MINISTERUL TRANSPORTURILOR, CONSTRUCŢIILOR Şl TURISMULUI

ORDINUL Nr. 647

din 23.10.2003

pentru

aprobarea

reglementării

tehnice

„Ghid de

proiectare a

construcţiilor

pentru tratarea

apei în

vederea

potabilizării",

indicativ GP

087-03

în conformitate cu prevederile art. 38 alin. 2 din Legea nr. 10/1995 privind calitatea în construcţii, cu modificările ulterioare ale art. 2 pct. 45 şi ale art. 5 alin. (4) din Hotărârea Guvernului nr. 740/2003 privind organizarea şi

funcţionarea Ministerului Transporturilor, Construcţiilor şi Turismului,Având în vedere avizul nr. 18/27.05.2003 al Comitetului Tehnic de Specialitate,Ministrul transporturilor, construcţiilor şi turismului emite următorul

ORDIN:

Art. 1. - Se aprobă reglementarea tehnică „Ghid de proiectare a construcţiilor pentru tratarea apei în vederea potabilizării", indicativ GP 087-03,'elaborată de PROED S.A. - Bucureşti şi prevăzută în anexa1 care face parte integrantă din prezentul ordin.

Art. 2. - Prezentul ordin va fi publicat în Monitorul Oficial al României, Partea l.

Art. 3. - Direcţia Generală Tehnică va aduce la îndeplinire prevederile prezentului ordin.

MINISTRU, MIRON TUDOR MITREA

Anexa se publică în Buletinul Construcţiilor editat de Institutul Naţional de -ercetare-Dezvoltare în Construcţii şi Economia Construcţiilor

MINISTERUL TRANSPORTURILOR, CONSTRUCŢIILOR Şl TURISMULUI

GHID DE PROIECTARE A CONSTRUCŢIILOR

PENTRU TRATAREA APEI ÎN VEDEREA

POTABILIZĂRII

INDICATIV GP 087-03

Elaborat de:

PROED S.A. - Bucureşti

Director general: Responsabil lucrare:

Departamentul Tehnologia apei, transporturi, salubritate - TATS

Şef departament: ing. Nicolae BOLCU

Şef proiect: dr. ing. Mihai TEODORESCU

Avizat de:

DIRECŢIA GENERALĂ TEHNICĂ - MTCT

Director general: ing. ion STĂNESCU

Responsabil de temă: ing. Georgeta VASILACHE

CUPRINS1. Prevederi generale........................................................................ 9

1.1. Obiectul ghidului .............................................................. 9

1.2. Domeniu de aplicare ....................................................... 11

1.3. Utilizatori ....................................................................... 11

l .4. Necesitatea corectării şi îmbunătăţirii calităţilor apei din

surse naturale în vederea potabilizării ............................ 12

l .5. Armonizarea prescripţiilor de proiectare cu normele

Uniunii Europene .......................................................... 17

2. Principalele scheme tehnologice din cadrul staţiilor de

tratarea apei............................................................................. 18

2.1. Corectarea calităţilor apei ............................................... 19

2.2. Scheme tehnologice ........................................................ 23

3. Proiectarea tehnologică a construcţiilor şi instalaţiilor

pentru tratarea apei .......................................................... 50

3.1. Coagularea şi flocularea substanţelor coloide.................. 50

3.1.1. Procesul de coagulare şi floculare ........................ 50

3.1.2. Scheme tehnologice şi reactivi utilizaţi în

tehnica tratării apelor.............................................. 55

3.1.3. Stabilirea dozelor de reactivi utilizaţi în tehnica

tratării apelor.......................................................... 56

3.1.4. Proiectarea construcţiilor şi instalaţiilor în care

se utilizează reactivi ............................................... 59

3.1.5. Amestecul reactivilor cu apă brută....................... 74

3.1.6. Sistemele de distribuţie a apei brute, de amestec

a apei cu coagulantul şi camerele de reacţie........... 75

3.1.7. Camerele de reacţie .............................................. 78

ing. Lucian DASCĂLU

dr. ing. Minai TEODORESCU

3.2. Proiectarea tehnologică a construcţiilor pentrudecantarea apei ............................................................... 793.2.1. Date de bază......................................................... 793.2.2. Procesul de decantare, alegerea tipului de

decantor şi a parametrilor de dimensionare............ 813.2.3. Decantoare orizontale........................................... 873.2.4. Decantoare verticale............................................. 983.2.5. Decantoare radiale................................................ 983.2.6. Decantoare suspensionale .................................. 1013.2.7. Decantoare lamelare.....................................'..... 112

3.3. Proiectarea tehnologică a construcţiilor pentrudecantarea apei ............................................................. 1133.3.1. Date de bază ...................................................... 1133.3.2. Criterii pentru alegerea parametrilor tehnologici

şi constructivi ai staţiilor de filtrare....................... 1153.3.2.1. Influenţa concentraţiei suspensiilor la

intrarea şi ieşirea din staţia de filtrare ......... 1153.3.2.2. Alegerea naturii compoziţiei

granulometrice şi grosimii stratului filtrant 1173.3.2.3. Viteza de filtrare şi reglajul funcţionării

filtrelor....................................................... 1283.3.2.4. Alegerea intensităţilor şi tehnologiei

de spălare a filtrelor rapide.......................... 1343.3.3. Tehnica filtrării apei........................................... 143

3.3.31. Filtre lente ............................................. 1443.3.3.2. Filtre rapide........................................... 1493.3.3.3. Filtre cu dublu curent............................. 1673.3.3.4. Filtre de construcţie specială.................. 177

3.3.3.5. Pavilionul tehnologic şi construcţiastaţiilor de filtrare....................................... 183

3.3.3.6. Dispoziţii, prevederi şi măsuri caretrebuie asigurate prin proiectarea, execuţia,recepţia şi exploatarea staţiilor de filtrare .. 186

3.3.3.7. Principalele elemente care trebuie avuteîn vedere la execuţia staţiilor de filtrare ..... 188

3.3.3.8. Principalele condiţii care trebuie avuteîn vedere la execuţia staţiilor de filtrare ..... 191

3.4. Dezinfectarea apei......................................................... 1953.5. Tratarea nămolului ....................................................... 195

3.5.1. Date privind natura şi structura nămolurilor....... 1953.5.2. Scheme generale de tratare a nămolului.............. 201

3.6. Utilaje folosite frecvent în procesele de tratare aapei .............................................................................. 213

3.7. Necesitatea reabilitării staţiilor existente de tratare aapei .............................................................................. 214

4. Principiile de proiectare a sistemului de monitorizare,automatizare, dispecerizare a staţiilor de tratare a apei ..... 215

5. Asigurarea exigenţelor de calitate pentru construcţii, igienăşi sănătatea oamenilor şi refacerea protecţiei mediului........ 221

5.1. Condiţii tehnice şi criterii de performanţă pentru

asigurarea cerinţelor de calitate..................................... 222

5.1.A. Rezistenţa şi stabilitatea la sarcini statice,dinamice şi seismice............................................. 222

5.1.B. Siguranţa în exploatare ...................................... 2235.1.C. Siguranţa la foc.................................................. 225

5.1 .D. Igiena, sănătatea oamenilor, refacerea şi

protecţia mediului................................................. 226

5.1 .E. Izolaţia termică, hidrofugă şi economia de

energie ................................................................. 227

5.1.F. Protecţia împotriva zgomotului.......................... 227

5.2. Urmărirea în timp a execuţiei lucrărilor..................:...........

Bibliografie................................................................................... 228

ANEXEAnexa l................................................................................ 230Anexa 2................................................................................ 234Anexa 3................................................................................ 236Anexa 4................................................................................ 251

Anexa 5................................................................................ 257Anexa 6................................................................................ 259

Anexa 7................................................................................ 264Anexa 8................................................................................ 265Anexa 9................................................................................ 266Anexa 10.............................................................................. 277Anexa 11.............................................................................. 278Anexa 12.............................................................................. 279Anexa 13.............................................................................. 281Anexa 14.............................................................................. 283Anexa 15.............................................................................. 285Anexa 16.............................................................................. 287Anexa 17.............................................................................. 289Anexa 18.............................................................................. 290Anexa 19.............................................................................. 292Anexa 20.............................................................................. 297Anexa 21...............................................'.............................. 299Anexa 22.............................................................................. 300

GHID DE PROIECTARE A CONSTRUCŢIILOR PENTRU TRATAREA APEI ÎN VEDEREA POTABILIZĂRII

1. PREVEDERI GENERALE

1.1. Obiectul ghiduluiStaţiile de tratarea apei sunt unităţi complexe de instalaţii tehno-

logice şi construcţii care au funcţiunea de a prepara, din apele surselor naturale, apă potabilă care să corespundă unui anumit standard de calităţi fizico-chimice şi bacteriologice.

Schemele tehnologice ale staţiilor de tratare sunt foarte diversificate, ele depinzând de multiple condiţii şi în principal de:

— caracteristicile fizico-chimice şi bacteriologice ale apeide la sursa ce urmează a fi tratată;

- exigenţele de calitate ce se impun pentru apa tratată;- mărimea debitului de apă tratată;- gradul de automatizare şi dotare a staţiei în cadrul

bugetului disponibil;- condiţiile naturale de climă;- mărimea amplasamentului disponibil pentru

implementarea staţiei de tratare în cadrul sistemului de alimentare cu apă;

-tehnologiile de tratare şi echipamentele disponibile;- standardul de viaţă al populaţiei.

Din NTPA-013/7 Februarie 2002 „Norme de calitate pe care trebuie să le îndeplinească apele de suprafaţă utilizate pentru potabi-lizare" vor putea fi avute în vedere condiţiile pentru stabilirea surselor eligibile pentru apa potabilă.

Aprobat de: MINISTRUL TRANSPORTURILOR, CONSTRUCŢIILOR ŞI TURISMULUI, cu ordinul nr. 647 din 23.10.2003

Indicativ GP 087-03

Elaborat de:PROED S. A. - Bucureşti

Prezentul Ghid de proiectare a construcţiilor pentru tratarea apei în vederea potabilizării este conceput, pentru a stabili principiile ce trebuie avute în vedere la definitivarea schemei tehnologice a staţiei de tratare, ţinând seama de calitatea apei la sursă şi de variaţiile acesteia, de mărimea debitului de apă, precum şi obiectivele şi perfor-manţele ce se impun pentru fiecare treaptă din procesul tehnologic.

Ghidul pune la dispoziţia specialiştilor care proiectează staţii de tratare, elementele teoretice, tehnologice şi constructive privind aceste lucrări.

Prevederile ghidului urmăresc armonizarea prescripţiilor de proiectare cu specificaţiile şi reglementările tehnice din domeniu, cunoscute atât pe plan intern cât şi internaţional. De asemeni urmă-reşte implementarea legislaţiei UE în vigoare Directiva 98/83 privind calitatea apei potabile.

Ghidul nu se referă la calcule de stabilitate şi rezistenţă ale construcţiei, acestea urmând să fie executate conform standardelor şi reglementărilor tehnice de specialitate existente propunându-se să se evidenţieze numai prescripţiile tehnice privind exigenţele de calitate referitoare la Legea 10/95.

Tehnologiile referitoare la corectarea unor calităţi chimice, ca demineralizarea, desalinizarea, deferizarea şi demanganizarea apei etc. care au un caracter special şi au o frecvenţă de aplicare mai redusă nu sunt cuprinse în prezentul ghid. Au fost introduse şi anumite tipuri de instalaţii care au fost realizate frecvent în decursul ultimilor 30 ani care sunt în prezent depăşite din punct de vedere tehnic (în special decantoare şi filtre) dar a căror cunoaştere este utilă pentru cazurile de retehnologizare şi modernizare a staţiilor de tratare a apei, existente.

În conformitate cu STAS 4273-Constructii Hidrotehnice „înca-drarea în clase de importanţă" în ghid sunt prezentate obiecte (construcţii) ce constituie părţi determinante în fluxul tehnologic pentru obţinerea apei potabile, acestea încadrându-se în categoria de importanţă normală (C) sau categoria de importanţă redusă (D)cu respectarea cerinţelor de verificare. Stabilirea categoriei de importanţă a unei construcţii se face de proiectant.

10

Conform Legii nr. 10 privind calitatea în construcţii şi prevederilor regulamentelor legiferate prin H.G. nr. 766/1997 anexa 3 a Regulamentului privind stabilirea categoriei de importanţă a construcţiilor şi a Regulamentului pentru verificarea şi expertizarea tehnică a proceselor, a execuţiei tehnice a proceselor, a execuţiei lucrului şi a construcţiilor, obiectele ce intră în componenţa staţiilor de tratare a staţiilor de epurare se încadrează în categoria de importanţă normală la care exigenţa de verificare obligatorie este: rezistenţa şi stabilitatea construcţiilor (Ai), siguranţa în exploatare (B9), igiena, sănătatea oamenilor şi protecţia mediului (D)

În prezentul ghid obiectele (construcţiile) prezentate „nu compromit siguranţa personalului, animalelor domestice şi bunurilor" prevăzându-se şi exigenţele esenţiale conform directivei 89/106/CEE.

(vezi pct. 5).Proiectarea construcţiilor pentru tratarea apei se face în conformi-

tate cu prevederile Legii 10/1995 privind calitatea în construcţii urmărindu-se realizarea şi menţinerea pe întreaga durată de existenţă a construcţiei, a cerinţelor de calitate obligatorii (rezistenţă şi stabilitate, siguranţa în exploatare, igiena, sănătatea oamenilor şi protecţia mediului

etc.).Terminologia şi denumirile folosite în prezentul ghid privind

construcţiile şi instalaţiile de tratarea apei în vederea potabilizării sunt cele utilizate în STAS 10898 şi reglementările apărute ulterior acestuia.

1.2. Domeniu de aplicareSe aplică în activitatea de proiectare şi exploatare a staţiilor de

tratare pentru potabilizarea apei pentru toate tipurile de localităţi.

1.3. UtilizatoriGhidul se adresează proiectanţilor care elaborează proiecte,

Caiete de Sarcini, Documentaţii de Licitaţie şi detaliile de execuţie, pentru construcţiile de tratarea apei, verificatorilor de proiecte, experţi tehnici, cât şi organelor administrative publice centrale şi locale cu

11

atribuţii în domeniu, administratorii folosinţelor de apă şi prestatorii de servicii, personalului responsabil cu execuţia şi exploatarea lucrărilor.

1.4. Necesitatea corectării şi îmbunătăţirii calităţilor apei din sursele naturale în vederea potabilizării

Corectarea şi îmbunătăţirea calităţilor apei din sursele naturale în vederea potabilizării este procesul de tratare, prin care se urmăreşte aducerea calităţii apei la condiţiile cerute de consumator.

1.4.a. Impurificatori minerali au influenţe asupra calităţilor organoleptice, asupra comportamentului în reţelele de conducte, asupra aspectului estetic, dar nu au efecte semnificative asupra sănătăţii consumatorilor.

Turbiditatea trebuie eliminată pentru a permite o bună dezin-fecţie, pentru a îndepărta poluanţii absorbiţi pe materiile în suspensie şi pentru a evita depunerile din conducte, precum şi pentru a da apei un aspect estetic şi de eliminare a culorii.

Culoarea poate fi datorată anumitor impurităţi minerale (ca fierul şi manganul) dar şi materiilor organice (acizi humici sau fulvici). Ea trebuie eliminată pentru a face apa plăcută la băut, această eliminare putând fi însoţită de eliminarea anumitor substanţe organice ce generează compuşi haloformi.

Mineralizarea. Echilibrul calco-carbonic rezultat din alcalini-tatea, duritatea, acidul carbonic dizolvat şi pH-ul apei, evită depunerile de calcar sau coroziunea reţelelor.

Un conţinut ridicat de sulfaţi poate da un gust neplăcut şi efecte laxative, iar un conţinut important de cloruri dă gust neplăcut şi efecte de coroziune. Apele cu conţinut de H2S dizolvat au un miros neplăcut şi pot avea efecte laxative.

Amoniul NFV, fără a avea efecte directe asupra sănătăţii, este un indicator al poluării apelor de suprafaţă. Eliminarea lui se impune întrucât poate permite proliferarea anumitor bacterii în reţelele de distribuţie.

În ceea ce priveşte efectele impurificatorilor din apă asupra sănătăţii pot fi caracterizate ca urmare a experimentelor efectuate pe animale cu sensibilităţi apropiate de cele ale omului:

• Toxicitate ridicată: cele care provoacă moarte în scurt timp.Doza letală exprimă cantitatea de substanţă care provoacă în 24 ore moartea a 50% din indivizi.

• Toxicitate cronică: doza care luată în fiecare zi provoacă omoarte prematură, în legătură cu această toxicitate se defineşte „doza zilnic acceptabilă" care poate fi ingerată zilnic toată viaţa.

• Mutagenicitate: prin care se provoacă anumite mutaţii înfuncţie de dozele ingerate.

• Efecte cancerigene: Expunerea la produsul examinat sauînghiţirea lui provoacă apariţia unei tumori maligne.

Principalii impurificatori minerali sunt:• Metale: cadmiul, cromul, plumbul, mercurul, seleniul, şi

arsenicul care trebuie înlăturate din apă prin procesul de eliminare a suspensiilor care reţin prin adsorbţie aceste metale.

• Nitraţii a căror nocivitate la concentraţii mari este la origineamethemoglobiniei sugarilor.

• Fibrele de azbest inspirate din aer au efect cancerigen, dar lacele din apă nocivitatea nu a fost demonstrată. Ele se reţin în instalaţiile de reducere a turbidităţii.

• Duritatea nu are efecte asupra sănătăţii dar dedurizarea apeiîn schimbătoare de ioni în ciclu, sodiu conduce la creşterea conţinutului de sodiu care la concentraţii mari favorizează hipertensiunea. Se recomandă utilizarea apelor cu duritate cât mai redusă.

12 1

3

Fluorul în concentraţii mari provoacă fluoroza oaselor şi în astfel de cazuri trebuie eliminat.

1.4.b. Impurificatori organici

1.4.b.l. Impurificatori organici naturali

Substanţele organice naturale ce se găsesc în apele subterane şi mai ales în cele de suprafaţă se clasează în 6 grupe principale:

- substanţe humice;- acizi hidrofilici;- acizi carbonilici;- pesticide şi aminoacizi;- hidraţi de carbon;-hidrocarburi.

Aceste substanţe organice se pot cuantifica fie prin indici globali cum este oxidabilitatea cu permanganat şi carbon organic total sau prin măsurarea substanţelor bine definite sau a grupurilor ce reacţionează împreună.

Ele au origine naturală sau provin din deversări urbane sau industriale şi ele trebuie reduse în apa tratată cât mai mult posibil întrucât nu este posibil de a se stabili o relaţie între parametri i .globali şi o măsură a toxicităţii, sau ciclotoxicităţii, sau efectelor cancerigene sau mutagene, şi în consecinţă de a stabili concentraţii limită bazate pe un oarecare efect asupra sănătăţii consumatorului, dar aceşti indicatori globali permit urmărirea eficienţei în treptele procesului tehnologiei de tratare şi optimizarea în exploatare a acestui proces între mai multe alternative.

1.4. b. 2. Impurificatori organici de sinteză

Dintre impurificatorii organici de sinteză trebuie avuţi în vedere ca având influenţe în procesul de tratare şi efecte nocive sau toxicitate: pesticidele şi produsele fitosanitare. Sunt utilizate în agricultură în lupta contra dăunătorilor plantelor, unele se hidrolizează rapid, altele

se acumulează în alimente. Unele sunt toxice, altele mutagene sau cancerigene.

în anul 1985 Organizaţia Mondială a Sănătăţii a dat limitele recomandările de conţinut şi limitele admise. In prezent acestea se regăsesc în Legea 458/2002.

Solvenţii cloraţi: substanţe ca dicloretan, dicloreten, tricloretan, din descărcări industriale, injecţii în foraje pierdute sunt cancerigene sau mutagene şi este important ca ele să fie eliminate.

Fenoli si derivaţi. Aceste substanţe, chiar la concentraţii foarte reduse în prezenţa clorului dau apei gust neplăcut de clor fenol, în mod normal reducerea conţinutului de fenol la l (μgi -1 asigură protecţia pentru gustul neplăcut. La această concentraţie clorfenolii nu mai prezintă pericol de sănătate pentru consumator.

Hidrocarburi. Provenind din descărcarea de produse petroliere ele pot contamina atât apele de suprafaţă cât şi pe cele subterane.

Biodegrabilitatea lor este lentă, în caz de poluare accidentală prezenţa lor la prizele de apă de suprafaţă este de durată limitată dar în pânzele de apă subterană prezenţa este de ordinul anilor.

Influenţe nocive şi toxicitate:- creează un film care împiedică reoxigenarea apelor de

suprafaţă şi în consecinţă auto-aerarea.- perturbă procesele tehnologice în staţiile de tratare a apei

în compartimentele de floculare, decantare şi filtrare.- apar gusturi şi mirosuri pentru urme variabile între

0,5 ngl"1 pentru benzină şi l ugl"' pentru uleiuri şi lubrefianţi.

Hidrocarburi policiclice aromatice. Substanţe ca benzopyrenul, benzofluoratenul, benzoperilenul, indonopirenul sunt substanţe foarte cancerigene şi ele trebuie eliminate complet înainte de distribuţia apei.

Policlordifenili, apăruţi în ultimi ani ca plastifianţi, solvenţi, lubrifiant, la fabricarea transformatoarelor şi condensatorilor. Aceştia au o mare stabilitate, sunt asimilabili de organisme. Fără a fi formal demonstrată, nocivitatea lor este foarte suspectată.

Detergenţi - agenţi de suprafaţă şi adjuvanţi.

14 1

5

Agenţi de suprafaţă slab biodegradabili produc o reducere a tensiunilor superficiale ceea ce le conferă proprietăţi de spălare. Cei anionici (alchilbenzen sulfonaţi) care dau probleme serioase în apă sunt în curs de înlocuire cu detergenţi, cu lanţuri lineare, biodegradabili în proporţie de 80 %.

Adjuvanţi: întăritori, aditivi, enzime.Concentraţia în apele de suprafaţă este de 0,05...6 mg/1 dar

este în curs de diminuare pe măsura introducerii detergenţilor biodegradabili.

Nocivitatea prezenţei lor se datorează formării de spumă care răspândeşte bacteriile şi viruşii (concentraţii peste 0,3 mg/1), încetinirii transferului de oxigen, apariţiei gustului de săpun, creşterii conţinu-tului de fosfaţi ce favorizează eutrofizarea şi dezvoltarea planctonului.

Detergenţii nu sunt toxici faţă de bacterii, de alge, de peşti cu atât mai mult cu cât concentraţia rămâne sub 3 mg/l.

1.4.c. Radioactivitatea prezentă în apa de consum poate conduce la apariţia de tumori.

1.4.d. Poluarea indusă poate fi produsă de utilizarea unor reactivi, a unor coagulanţi minerali, a polielectroliţilor adjuvanţi (pentru care trebuie prescrise doze maxime admise).

1.4.e. Impurităţi produse de reacţia unor reactivi cu substanţe organice din apă dând compuşi haloformici.

Această acţiune poate fi produsă de CIO" sau un alt halogen (brom, iod) pe baza reacţiei:

1.4.f. Impurităţi de natură biologică

Bacterii şi viruşi

Bacteriile indică o posibilă contaminare de viruşi patogeni pentru om. Dezvoltarea germenilor banali în reţelele de distribuţie produc consumul oxigenului dizolvat, coroziune, apariţia unor gusturi neplăcute.

Microorganisme

Fito şi zooplanctonul secretă substanţe care imprimă apei un gust şi miros neplăcut. Ele sunt patogene pentru om şi produc depozite în reţele precum şi apariţia condiţiilor de anaerobie.

1.5. Armonizarea prescripţiilor de proiectare cu specificaţiile şi reglementările din directivele cu normele uniunii europene 98/83 şi 89/106

Necesitatea alinierii legislaţiei existente privind calităţile ce -trebuie îndeplinite de apa potabilă cu normele directivei UE a condus la emiterea Legii 458/2002.

în tabelul 1.1. din Anexa l se prezintă o comparaţie între exigenţele de calitate impuse de Legea 458 şi cele prevăzute în STAS 1342- Apa potabilă.

Din această comparaţie rezultă exigenţe sporite la anumiţi indicatori precum şi extinderea numărului de indicatori ce trebuie monitorizaţi.

Legea 458/2002 prevede ca alinierea la noile norme să se realizeze până cel târziu în anul 2013. Ca urmare în staţiile de tratare existente este necesar să se realizeze retehnologizări şi modernizări care să asigure acest obiectiv.

Această acţiune trebuie precedată de efectuarea unor studii hidrochimice asupra calităţii apei, surselor şi a variaţiilor în timp a acestora, precum şi a unor studii de tratabilitate a apei la scară pilot, în perioade caracteristice din punct de vedere a calităţilor apei de la sursă

16 1

7

(turbidităţi, temperaturi, conţinut de microfloră, microfaună, substanţe organice, poluări accidentale).

în vederea efectuării acestor studii care au un rol determinant în stabilirea schemelor tehnologice a staţiei de tratare, precum şi în dimensionarea tehnologică a fiecărei trepte din staţia de tratare, este necesar ca toate laboratoarele de profil să fie dotate cu staţii pilot mobile. Aceste staţii dimensionate pentru debite de 50 - 150 I/h vor trebui să fie dotate, corespunzător acestor debite, cu instalaţii şi echipamente necesare treptelor de tratare: preoxidare, dozare reactivi coagulanţi şi adjuvanţi cărbune activ praf, decantoare, corecţie pH, filtre rapide de nisip, interoxidare cu CI2 şi ozon, filtre de cărbune activ, dezinfecţie cu clor. Fluxul tehnologic cu interconexiunile între treptele menţionate trebuie să permită by-pasarea unora din trepte.

Aceeaşi filieră de stabilire a schemei tehnologice şi dimensio-nare trebuie parcursă şi în cazul unor staţii noi de tratare.

în principal staţiile de tratare existente vor trebui completate, după caz, cu instalaţii de preoxidare şi interoxidare, instalaţii moderne de preparare şi dozare a reactivilor (granulari sau în soluţie), de preparare şi dozare polielectroliţi, de corectare a pH-lui (cu var sau un acid), instalaţii de ozonizare şi filtre de cărbune activ. Introducerea pe scară largă a monitorizării şi automatizării întregului proces tehnologic cu echipamente moderne de măsurare în flux şi de corectare în timp real a anumitor parametrii (turbiditate, temperatură, doza de reactivi etc.) va fi obligatorie, atât pentru obţinerea unei ape potabile, în limitele de calitate impuse, cât şi pentru optimizarea consumurilor de reactivi şi energie.

2. PRINCIPALELE SCHEME TEHNOLOGICE DIN CADRUL STAŢIILOR DE TRATARE A APEI

Întreaga cantitate distribuită în reţea trebuie să corespundă condiţiilor de calitate, nefiind de conceput realizarea unei reţele de distribuţie separate pentru apa efectiv consumată ca apă potabilă.

18

2.1. Corectarea calităţilor apei

în vederea satisfacerii condiţiilor impuse de diverse utilizări, corectarea calităţilor apei, se realizează prin procedee de tratare determinate de natura, echilibrul şi starea de dispersie a substanţelor minerale sau organice conţinute în apă, substanţe care, după caz, trebuie total sau parţial eliminate.

în vederea caracterizării corecte a apei ce urmează a fi tratată trebuie precizaţi o serie de termeni ştiinţifici utilizaţi, din care cei mai frecvent sunt următorii: turbiditate, indice de colmatare, titru alcalimetric ş.a. Pentru definirea acestora vezi Anexa 2.

Substanţele minerale sau organice se pot găsi în apă în 3 stări de dispersie: substanţe dizolvate; dispersii coloidale; suspensii gravimetrice.

• Substanţele dizolvate în apă sunt dispersii moleculare (soluţii), particulele fiind ca mărime sub l mu. In apă pot fi dizolvate substanţe minerale (cloruri, carbonaţi şi bicarbonaţi, sulfaţi, oxizi, bioxizi, azotaţi de sodiu, de potasiu, de calciu, de magneziu, de fier, de siliciu etc.), substanţe organice (resturi de plante şi animale, compuşi conţinând carbon, hidrogen şi uneori oxigen şi azot), sau gaze (oxigen, azot, bioxid de carbon, metan, hidrogen sulfurat).

Substanţele dizolvate imprimă apei reacţia caracteristică (pH), care are o deosebită importanţă, în special la tratarea apei cucoagulant.

Substanţele dizolvate în apă formează soluţii de electroliţi, neutre din punct de vedere electric (suma sarcinilor electrice pozitive ale cationilor este egală cu suma sarcinilor negative ale anionilor), având o conductibilitate electrică cu atât mai mare cu cât concentraţia soluţiei este mai mare.

Normele sanitare sau normele tehnice corespunzătoare proceselor tehnologice unde se foloseşte apa stabilesc anumite limite admisibile pentru conţinutul în apă a substanţelor dizolvate, pentru duritate, alcalinitate sau agresivitatea apei faţă de construcţiile cu care vine în contact (metale, betoane). Dacă aceste limite admisibile sunt depăşite, devine necesară corectarea calităţilor apei (deferizarea,

19

demanganizarea, reducerea durităţii, desalinizarea, eliminarea gazelor dizolvate, defluorarea apei); pentru eliminarea mirosului şi gustului apei se folosesc fie metode chimice (cu sulfat de cupru şi clor), fie filtrări prin cărbune activ.

• Dispersiile coloidale sunt constituite din cele două faze, apa sisubstanţele în dispersie, care se prezintă sub formă de particule demai multe molecule cu mărimea între l si 100 m/u (compuşi dealuminiu, de siliciu, de fier şi compuşi organici). Datorită forţelorsuperficiale de la suprafaţa de separaţie între apă şi particuledispersiile coloidale nu au decât o slabă tendinţă de depunere şi pentrusepararea lor din apă este necesar să se trateze apa în prealabil cu uncoagulant (de obicei un hidrat metalic), care are proprietatea de aaglomera aceste particule în dispersie coloidală, aducându-le în starede suspensie gravimetrică, pentru a fi astfel separate din apă prindecantare şi filtrare.

• Din categoria substanţelor organice în suspensie fac parte şimicroorganismele vii (planctonul), sau moarte si în stare latentă(pseudoplanctonul). Această floră şi faună a apelor dă indicaţii asupracompoziţiei chimice a apei (microorganisme feruginoase, sulfuroaseetc.), precum şi a stării sanitare a apei (alge verzi şi diatomee, larvesau ouă de viermi intestinali, bacterii banale sau patogene).

Decantarea şi filtrarea reduc numai parţial conţinutul de materii organice din apă. Reducerea lor şi în special a numărului de bacterii sub limita admisibilă constituie procesul de dezinfectare a apei, care se bazează fie pe acţiunea unor agenţi chimici (clorul şi ozonul), fie a unor agenţi fizici (electricitatea, razele ultraviolete), fie prin reţinerea lor în membrana biologică a filtrelor lente.

• Particulele în suspensie gravimetrică cu mărimea de peste100 um constituie sisteme în care faza solidă se separă din apă întimp relativ scurt, fie prin decantare, în cazul particulelor cugreutatea specifică mai mare decât a apei (nisip, resturi de vegetaleetc.), fie prin ridicarea la suprafaţa apei, în cazul particulelor cugreutatea specifică mai mică decât a apei (uleiuri şi grăsimi).

Separarea din apă a suspensiilor gravimetrice se face prin procedee fizice de sedimentare flotare şi filtrare.

În staţiile de tratare curente, conţinând tratarea cu reactivi coagulanţi, decantarea, filtrarea şi dezinfectarea apei, se obţine în general numai o limpezire, prin eliminarea dispersiilor coloidale şi gravimetrice, şi o dezinfectare a apei. în aceste staţii nu se obţine decât o reducere parţială a substanţelor organice şi nu se schimbă, în general, mineralizarea apei.

Pentru a se reduce mineralizarea apei este necesar să se apeleze la tratări chimice cu var pentru reducerea durităţii, cu schimbători de ioni pentru demineralizarea mai avansată, iar în anumite condiţii de concentraţii mari de săruri, la electroliză sau osmoză inversă. De asemenea, pentru reducerea substanţelor organice sub anumite limite, mai ales prezenţa în apă a micropoluanţilor sau fenolilor trebuie să se recurgă la tratări cu ozon, urmate de cele mai multe ori de filtrare cu cărbune activ, această tratare având efecte şi în eliminarea culorii şi a mirosului apei.

La alegerea schemei de tratare a apei se examinează deopotrivă calităţile naturale ale apei, cât şi natura şi influenţa impurificatorilor datoriţi contactului apei cu diverse surse de poluare.

Dintre calităţile naturale ale apei factorii care se examinează în principal sunt:

- Conţinutul în oxigen. Apele lipsite de oxigen dizolvat încantităţi suficiente sunt neplăcute la gust. în consecinţă, în special încazul apelor subterane lipsite de oxigen dizolvat este indicată o aerare.Dimpotrivă oxigenul în cantităţi apropiate de punctul de saturaţiepoate conduce la fenomene de coroziune a tuburilor metalice.

- Temperatura apei. Temperatura apelor subterane cu o bunăconstanţă în tot timpul anului şi care nu coboară de 10°C este unfactor care facilitează adoptarea unor procedee de tratare stabile întimp pentru aceste ape. Scăderea temperaturii în cazul apelor desuprafaţă sub valori de + 10°C conduce la dificultăţi în proceselechimice de floculare, pe care le întârzie, fiind necesară intervenţiaajutătorilor de coagulare.

20 2

1

Temperaturile mai ridicate pot conduce în schimb la dezvoltări importante ale planctonului, la suprasaturarea apei cu gaze dizolvate, care produc, de asemenea, inconveniente în staţiile de tratare, în special în procesul de limpezire a apei.

Dar, de regulă, nu se întreprind măsuri speciale pentru modifi-carea temperaturii apei, acestea fiind prohibitive din punct de vedere al costului.

- Materii în suspensie. Acestea provin în principal din antrenarea în mod natural, pe cursurile de apă, a materialelor mai finesau mai grosiere din bazinul hidrografic, în special în perioadele deprecipitaţii şi de ape mari. Acestea trebuie studiate pentru a secunoaşte starea lor de dispersie, natura şi starea lor de echilibru în apă,comportarea lor în procesele de coagulare-floculare şi limpezire.

- Conţinutul în materii organice. Materiile organice conţinute în apă trebuie examinate din punct de vedere al originii lor precum şi al oxidabilităţii. Dacă acestea sunt de origine vegetală şi nenocive o concentraţie mai mare a lor nu trebuie să atragă măsuri de reţinere în staţiile de tratare, măsuri în general costisitoare, fiind necesare de obicei tratări cu oxidanţi puternici (ozon, dioxid de clor) şi reţineri înfiltre cu cărbune activ, în cazul apelor cu conţinut de substanţe organice trebuie testată oxidabilitatea cu clor gazos până la punctul critic cu aplicarea acestei tratări în cazul când dozele de clor rezultate nu depăşesc 2-3 g/m3.

- Culoarea, gustul apei şi provenienţa acestora.

- Natura şi cantităţile de plancton care pot produce dificultăţiîn procesul tehnologic de tratare a apei.

- Poluanţii şi micropoluanţii organici în principal fenolii şi derivaţii acestora, hidrocarburile ca: petrolul, uleiurile sau lubrefianţii,kerosenul, benzina; detergenţii ca: agenţi de suprafaţă anionici, cationici sau neionici, adjuvanţii şi pesticidele, natura şi mai ales degradabilitatea acestora, reacţia acestora faţă de tratarea cu agenţi oxidanţi ca: ozonul, dioxidul de clor şi clorul şi adsorbţia lor pecărbune activ, praf sau granulat.

2.2. Scheme tehnologice pentru staţiile de tratarea apei

În tabelul 2.1. sunt arătate pentru o orientare generală insta-laţiile de tratare necesare în vederea potabilizării, corespunzând categoriilor de ape de la sursele de apă subterană sau de suprafaţă.

Proprietăţile fizice, chimice şi bacteriologice ale apei la sursă şi condiţiile de calitate cerute de consumator determină procesele tehnologice de tratare a apei.

Condiţiile de calitate pentru apa potabilă din STAS 1342 vor trebui să se alinieze la prevederile Legii 458/2002 privind calitatea apei potabile în următorii 9 ani. Pentru a îndeplini noile condiţii de calitate vor trebui făcute investiţii importante pentru retehnologizarea staţiilor de tratare existente care nu pot în prezent să îndeplinească noile condiţii impuse de Directiva UE 98/83

Dimensionarea staţiilor de tratare se face ţinând seama de calitatea apei la sursă, în limitele admise pentru calităţile apei de categoria sursei respective (vezi pct. bibliog. 14 şi NTPA 013 /2002).

În condiţiile actuale când în majoritatea cursurilor de apă se descarcă numeroase canalizări de ape uzate industriale, este posibil şi adesea inevitabil să apară modificări accidentale ale calităţilor apei, datorită unor defecţiuni în sistemele de epurare sau a unor descărcări importante de substanţe poluante ce nu pot fi reţinute în staţiile de epurare. Aceeaşi situaţie se poate ivi pe cursurile de apă navigabile datorită scăpărilor de produse petroliere sau alte substanţe nocive, în general staţiile de tratare nu pot fi concepute şi dimensionate pentru astfel de situaţii accidentale, şi ca urmare în schema tehnologică a alimentărilor cu apă din astfel de surse este necesar să se prevadă un rezervor tampon, înaintea staţiei de tratare, care să conţină o rezervă de apă de 2-5 zile, rezervă la care se poate apela în perioadele de degradare a calităţii apei la sursă, în general aceste rezervoare, constituite din bazine deschise, se folosesc şi ca predecantoare, pentru a se evita stagnarea îndelungată a apei.

Precizarea schemelor tehnologice, metodelor şi treptelor de tratare se face ţinând seama pe de o parte de natura, starea fizico-

22

23

chimică şi concentraţia substanţelor conţinute în apa brută, stabilite pe baza unui studiu prealabil în laborator sau pentru debite de peste 100 l/s în staţii pilot şi pe de altă parte de limitele admise pentru aceste substanţe, în apa tratată, de normele de calitate pentru apa potabilă. La alegerea schemei tehnologice de tratare a apei trebuie adoptate instalaţiile şi construcţiile care asigură procesul de tratare cel mai eficient şi în acelaşi timp cel mai simplu din punct de vedere tehnologic, indicaţiile de principiu fiind date în tabelul 2.2.

Amplasamentul staţiei de tratare se alege în funcţie de planul general şi de schema tehnologică a sistemului de alimentare cu apă, între sursa de apă şi rezervoarele reţelei de distribuţie.

Amplasamentul, cât şi întregul proiect al staţiei de tratare trebuie să fie avizate de Ministerul Sănătăţii conf. Ord. MS nr. 536/97 şi Ord. MSF nr. 117/1997 şi trebuie să aibă asigurate zonele de protecţie sanitară, conform HGR nr. 101/1997

Este recomandată adoptarea fluxului tehnologic în cascadă folosind aducţiunea sau pomparea apei de la sursă la o cotă care să permită curgerea gravitaţională prin toate treptele de tratare. Dacă amplasamentul nu permite aşezarea în trepte a diferitelor comparti-mente ale staţiei de tratare, fluxul în cascadă menţionat se poate realiza prin adoptarea unor construcţii de tip grupat sau etajat.

Prin gruparea şi concentrarea instalaţiilor în construcţii unice sau cuplate se obţin în general importante avantaje tehnice şi economice, ca economie de spaţiu, de conducte, cabluri, canale de legătură şi o exploatare mai simplă.

Ca regulă generală, trebuie preferate procesele tehnologice care se pretează la automatizare, respectiv la o exploatare cât mai simplă.

Planul general al staţiei trebuie astfel ales încât să permită extinderea staţiilor de tratare în toate compartimentele lor. La proiectarea schemelor generale de alimentare cu apă trebuie avută în vedere posibilitatea avantajoasă de grupare a staţiilor de tratare cu rezervoarele şi eventual cu staţiile de pompare deservind reţeaua de distribuţie.

Tipodimensiuni de staţii de tratare, modularea tipodimensiunilor

Este recomandabil ca debitul de dimensionare al staţiilor de tratare să fie rotunjit în scopul modulării şi tipizării acestor instalaţii -în conformitate cu tabelul 2.3, care utilizează pentru debite şirul fundamental al numerelor normale cu raţia:

Staţiile de tratare pot fi livrate în module monobloc prefabri-cate; cele din categoria până la 63 m3/h (20 dm3s), pot fi considerate ca unităţi mici şi ele pot fi livrate în module monobloc prefabricate, cele cu debite cuprinse între 21 şi 120 dm3/s staţii medii, iar cele cu debite peste 120 dmVs, intră în categoria staţiilor mari de tratare. Staţiile de tratare cu debite ce depăşesc 3 m3/s, sunt concepute ca un multiplu de module din ultima categorie.

24 25

3. PROIECTAREA TEHNOLOGICĂ A CONSTRUCŢIILOR ŞI INSTALAŢIILOR PENTRU TRATAREA APEI

3.1. Coagularea şi flocularea substanţelor coloide

3.1.1. Procesul de coagulare şi floculare

Natura substanţelor coloidale în apă este. de obicei, foarte complexă; substanţele anorganice provin, în primul rând . din diferite argile şi apoi din particule de nisip, carbonaţi de calciu, hidroxizi de fler şi de mangan etc.

Substanţele organice coloidale provin din procesele de degra-dare a plantelor, algelor şi bacteriilor (denumite substanţe Inimice), precum şi din procesele de degradare ale impurificatorilor evacuaţi de industrii şi oraşe.

Dimensiunile coloizilor variază, în general, între 0 ,1-10 μ (coloizi proveniţi din argile de obicei între 0,1-0,2 ju. iar substanţele Inimice între 2 şi 10 μ.).

Întrucât în procesele de decantare viteza de depunere aparticulelor depinde de diametrul particulelor la pătrat (Stokes),evident că pentru a se obţine viteze bune de decantare este necesară oaglomerare a particulelor coloidale. vizând mărirea diametruluiparticulelor. Particulele coloide au tendinţa să-şi păstreze datorităefectului de respingere reciprocă generat de sarcina electrică (deobicei negativă) dimensiunile iniţiale, respectiv starea de dispersie.Schema încărcării electrice a coloizilor este reprezentata în figura 3.1.

Datorită încărcării electrice negative, ia naştere la suprafaţacoloidului o zonă staţionară încărcată pozitiv. Această zonă staţionarăgenerează o a doua zonă difuză, în care concentraţia ionilor pozitividescreşte spre periferie. Diferenţa de potenţial în acest strat este

diferenţa de potenţial zeta ξ,

Acest potenţial zeta. care poate fi măsurat cu un aparat de micro-electroforeză („zetametru"). exprimă forţa de respingere a coloizilor şi, prin aceasta, stabilitatea unui sistem coloidal.

In prezent există un aparat denumit SCD, care este un analizor, on line de încărcare electrocinetică. ce oferă monitorizarea, măsurarea şi funcţiile de control pentru procesul de coagulare.

SCD este singurul instrument on-line care măsoară direct rezultatul adaosului de coagulant.

SCD măsoară instantaneu curentul electric generat între doi electrozi prin contra-ioni tară sarcină în mostra continua de apă sau apa uzată. Contra-ionii sunt mărginiţi hidraulic de particule coloidale libere prezente în mostra de apă care sunt absorbite în pereţii celulei probei.

50

51

Acţiunea de mărginire este cauzată de un piston acţionat de un motor care imprimă o mişcare de du-te vino în gaura celulei care îndepărtează hidraulic ionii şi îi trece peste electrozi. Rezultatul este, un curent de curgere alternativ care este proporţional cu condiţia de încărcare a apei. Condiţia de încărcare sau densitatea netă de încărcare, depinde de excesul de ioni pozitivi sau negativi prezent în apă după coagulare.

Semnalul de curent de curgere de la electrozii probei este procesat de panoul electronic principal care primeşte şi un semnal de sincronizare de la un disc canelat montat în axul motorului. Rezultatul este o ieşire de 4 - 20 miliamp. şi se afişează în unităţi de curent de curgere, care este proporţional cu condiţia de încărcare a mostrei. Această ieşire poate fi apoi utilizată pentru a monitoriza sau controla procesul de coagulare. In figura 3.2. este arătat curentul tipic de ! curgere vis â vis de curba dozei de coagulant.

Fig. 3.2. - Variaţia dozei de coagulant în funcţie de curentul de curgere

SCD permite monitorizarea continuă a procesului de coagulare, furnizând astfel o calitate constantă a apei în diferite condiţii de tratare. SCD asigură:

- dozarea uniformă de chimicale proporţională cu conţinutul de solide în suspensie din apă sau apa uzată;

- dozarea uniformă de chimicale indiferent de fluctuaţiileîn solide în suspensie şi/sau debitul de apă brută;

52

- dozarea uniformă de chimicale indiferent de variaţiile înconcentraţiile soluţiei chimice de coagulant.

În aplicaţiile de tratarea apei, SCD va menţine un punct de setare care a fost selectat utilizând testele jar sau alte observaţii. Acest punct de setare corespunde condiţiei optime de încărcare în apa tratată care furnizează o bună calitate a apei, şi totodată asigură:

- utilizarea redusă de coagulant pentru aceiaşi calitate aapei tratate, rezultând reducerea costurilor;

volum redus de nămol datorită dozării optime de coagulant;

- funcţionări mai îndelungate ale filtrului datorită formăriireduse a nămolului;

- operarea automată a procesului de coagulare, permiţândreducerea mâinii de lucru sau operarea fără personal;

- aluminiu rezidual minim ca măsură de sănătate publică;- dozarea precisă şi consistenţa pentru eliminarea chistu

rilor Giardia;- un control mai strâns al pH-lui datorită dozării optime de

coagulant.

În figura 3.3. este indicată amplasarea tipică a aparatului pe fluxul tehnologic al staţiei de tratare a apei.

Destabilizarea unui sistem coloidal, înţelegând prin aceasta anularea sarcinilor electrice negative de respingere, se poate face fie prin adăugare de reactivi coagulanţi - de obicei săruri de metale trivalente (Al **; Fe** ). fie prin electroforeză.

In momentul în care un sistem este „destabilizat", particulele coloidale se pot apropia datorită mişcării browniene şi se pot aglomera; particulele aglomerate având o suprafaţă mai mică raportată la masă, constituie o formă termodinamică mai stabilă, cu nivel de energie mai mic.

Procesul de formare a particulelor aglomerate, uşor decantabile, cuprinde de fapt, 3 faze distincte:

1) Neutralizarea sarcinilor electrice prin adaosul de reactivi -coagulanţi: această neutralizare este favorizată de unamestec energetic, cât mai rapid.

2) Formarea microflocoanelor prin ciocnirea particulelor, caurmare a mişcării browniene; această fază este numită şi„pericinetică" (datorită faptului că mişcarea particulelor areloc în toate direcţiile).

3) Formarea macroflacoanelor, la care, în această fază,mişcarea are o singură direcţie - pe verticală; această fază semai numeşte şi „ortocinetică". Literatura de specialitateatribuie termenilor coagulare-floculare accepţiuni diferite, încele mai multe cazuri se utilizează pentru noţiunea coagularesensul corespunzător fazelor 1) şi 2), arătate mai înainte, iarpentru floculare cel corespunzător fazei 3) - ortocinetice.

Flocularea ortocinetică este legată de energia disipată. Gradientul de viteză medie G determină probabilitatea de întâlnire a particulelor --

(în coagulare 400-lOOOs -1. în floculare de ordinul 100 s -1):

3.1.2. Scheme tehnologice şi reactivi utilizaţi în tehnica tratării apelor

La alegerea schemelor care utilizează reactivi se are în vedere în mod special:

• gruparea fluxului tehnologic în cascadă:• gruparea gospodăriilor de reactivi în clădiri monobloc;• asigurarea de tehnologii în flux continuu;• introducerea automatizării;• posibilitatea extinderii instalaţiilor

In tabelul 3. l sunt indicate etapele de agregare.

Precizarea metodelor de tratare, respectiv a schemei de adoptat pentru reactivi şi a dozelor de utilizat (care dimensionează staţia) se face, de regulă, pe baza unui studiu de laborator (studiu hidrochimic) sau a datelor ce se pot obţine din experienţa în exploatare a unei staţii de tratare care utilizează aceiaşi sursă de apă brută.

În cazul în care se conturează o schemă complexă, cu mai mulţi reactivi, devine necesar să se efectueze studii mai detaliate pe o staţie pilot.

Proprietăţi fizico-chimice ale reactivilor şi adjuvanţilor utilizaţi în tratarea apei, precum şi criterii de utilizare a reactivilor cu caracter orientativ se prezintă în tabelele 3.2 ÷3.17 din Anexa 3.

3.1.3. Stabilirea dozelor de reactivi uzuali

Dozele de reactivi pentru tratarea apei se stabilesc pe baza testelor de laborator ce se efectuează zilnic, utilizând metoda „Jar test" şi aparatajul specializat, indicat în fig. 3.4.

tratare pentru un anumit grad de turbiditate a apei (de exemplu la ape cu 500-600 mg/1 suspensii se vor încerca dozele de 45;50;55;60;65 şi 70 mg/1). Se amestecă l minut cu 60-80 rot./min şi 15 minute cu 30 rot/min. în fiecare vas şi apoi se observă în flecare vas se formează flocoane, care se depun în cea mai mare parte în următoarele 30 minute, lăsând apa în repaos; doza găsită se aplică în instalaţia de tratare.

Dacă apa decantată are un pH < 6,5 se reface determinarea adăugând 1-3 picături de lapte de var pentru a aduce pH-ul între 6,5 şi 7 sau mai mult.

O determinare asemănătoare se poate face pentru stabilirea coagulantului cel mai indicat.

Vasele de încercare în laborator se pot dota cu agitatoare mecanice.

Pentru calcule orientative, la proiectarea gospodăriilor de reactivi se pot admite dozele indicate în tabelul 3.18.

Tabel 3.18.

Fig. 3.4. - Dispozitiv pentru stabilirea dozelor de coagulant (Jar-test)

Doza optimă de coagulant se stabileşte astfel: în 5-6 vase de 11 se introduce apa de tratat. Se introduce în fiecare vas o doză progresivă de coagulant preparat cu concentraţia de 10 % (o picătură de soluţie corespunde astfel la « 5 mg iar l cm 3/1OOmg coagulant). Dozele se aleg din 5 în 5 mg/1 în jurul dozei cunoscute din practica de

56

Doza de var, respectiv carbonatul de sodiu şi soda caustică necesară alcalinizării se poate calcula cu relaţia:

D, =(0,05DS -A + 2K) (mg/dm3);

Dv = doza de var (mg/dm ) (Ca(OH)2), respectiv soda causticăsau carbonat de sodiu;

D, = doza de coagulant (mg/dm3) (sub formă pură); A = alcalinitatea naturală a apei în grade (ca duritate temporară); K = l0 (mg/dm3) pentru var - 18,3 mg/dm3 pentru sodă şi

I4,3mg/dm3 pentru sodă caustică.

Dacă doza de calcul Dr are o valoare negativă, alcalinizarea nu este necesară.

Doza de clor se stabileşte în laborator, prin încercări. Pentru operaţia de preclorare se utilizează doze de CI2 cuprinse între 3 şi 15mg/dm3.

Pentru operaţia de dezinfecţie a apei (postclorare) dozele uzuale de C12 variază, de regulă, între 0,5 şi l mg/dm3.

Doza de clor se poate stabili şi în funcţie de conţinutul apei în substanţe organice, după datele orientative prezentate în tabelul 3.19.

Doza de amoniac este de obicei 1/4 - 1/10 din doza de clor.Doza de cărbune activ, când aceasta se introduce înaintea

decantării este de până la 15 mg/dm3, iar când se introduce înaintea filtrării, doza minimă este de aprox. 5 mg/dm3.

Reactivii se introduc în apă în următoarele locuri:1) Clorul - la operaţia de preclorare - în conducta de apă brută

(cu luarea măsurilor de protecţie împotriva coroziunii).2) Reactivii coagulanţi în conducta de intrare în amestecător

sau înainte de aceasta.3) Varul pentru alcalinizare se introduce în amestecător,

preferabil înainte de coagulant.4) Silicea activă şi polielectroliţii m bazinul de amestec după

reactivii coagulanţi.5) Cărbunele activ se introduce fie odată cu coagulantul, în

amestecător (însă cu cel puţin 10 minute după introducereaclorului), fie după ieşirea apei din decantoare.

6) Clorul fi amoniacul necesari la dezinfecţia apei se introducîn apa filtrată; în cazul prezenţei fenolilor în apă, amoniaculse introduce înainte de clor, atât în operaţia de preclorare, câtşi în cea de postclorare.

3.1.4. Proiectarea construcţiilor şi instalaţiilor pentru reactivi

Stabilirea tipurilor de reactivi şi dozele de utilizare ale acestora se precizează, cum s-a arătat la paragraf. 3.1.2. şi 3.1.3., prin studii hidrochimice şi probe de laborator, determinând apoi amploarea construcţiilor şi instalaţiilor pentru staţia de reactivi, în cele ce urmează se face o prezentare a principalilor parametri şi condiţii de care trebuie să se ţină seama la proiectare.

a) Sulfatul de aluminiu - Sulfatul de aluminiu folosit pentru tratarea apei (STAS 342) se prezintă fie sub formă de bulgări, granular şi plăci (mai rar sub formă de soluţie). Se livrează în lăzi, butoaie de lemn, în containere speciale sau de obicei în vrac, fie sub formă granulară în saci sau containere de l tonă.

Stocarea se poate face la loc uscat atunci când aceasta se depozitează ca atare. Deoarece este foarte higroscopic şi în contact cu umezeala îşi schimbă calităţile, sulfatului de aluminiu în plăci este recomandat ca acesta să se stocheze umed.

58

59

Depozitele pentru păstrarea reactivilor se amplasează în apropi-erea încăperii pentru prepararea soluţiilor.

La determinarea suprafeţei depozitului uscat pentru coagulanţi, se recomandă a se lua în consideraţie înălţimea maximă a stratului de 2 m.

La stabilirea duratei pentru care se dimensionează stocarea trebuie ţinut seama de posibilităţile locale de aprovizionare cu reactivi, mărimea şi importanţa staţiei de tratare, consumul zilnic de reactivi.

In general se recomandă să se asigure în depozit cantitatea de sulfat corespunzătoare consumului pentru 30 zile. La staţii de tratare unde se poate asigura o aprovizionare ritmică corespunzătoare unui consum pentru o perioadă mai redusă, nu însă sub 15 zile.

La determinarea capacităţii depozitului se ia în consideraţie doza maximă de coagulant corespunzătoare perioadelor din an în care apa brută are turbiditatea maximă. Această doză se stabileşte prin analize de laborator.

Deoarece sulfatul de aluminiu are solubilităţi variabile în funcţie de temperatură, în staţiile unde se prevede depozitarea uscată, prepararea soluţiilor se poate face în două trepte:

- una pentru soluţia concentrată aprox. 20%;- una pentru soluţie diluată 5 - 1 0 %.

Depozitarea umedă se face în bazine a căror volum se determină ţinând seama că la l t sulfat de aluminiu corespunde un volum necesar al bazinului de 1,50 m3.

Dozarea se poate face fie direct (soluţie a 20 %), fie printr-o soluţie de lucru intermediară, cu o concentraţie de 5 - 10 %, care se prepară în bazine a căror volum se determină astfel:

Prepararea soluţiei de sulfat de aluminiu se face ţinând seama de următoarele:

1) Sulfatul bulgări se descarcă în bazine prevăzute cu grătare delemn deasupra fundului. Interspaţiile între barele grătaruluise prevăd de 10-15 mm.

2) Apa pentru dizolvarea sulfatului trebuie să aibă o temperatură de 15-20°C. Aceasta se obţine din amestecarea apei recicu apă caldă, de la centrala termică a staţiei de tratare.

3) O dizolvare corespunzătoare se poate obţine, în cazul în careeste necesară dizolvarea în timp scurt, prin barboare cu aer(insuflarea de aer sub grătarul de lemn).

4) Soluţia de lucru diluată, cu o concentraţie de 5-10%, seprepară din soluţia 20 - 25 % la care se adaugă apă. înbazinele de soluţie diluată omogenizarea se poate face cudispozitive mecanice - agitatoare cu palete - sau cu unsistem de obstacole create în circulaţia soluţiei de laintroducerea în bazin până la punctul de plecare din bazin.

In cazul agitării mecanice sau pneumatice se recomandă ca puterea motorului utilizat să fie de cel puţin 0,30 kW/m de soluţie stocată.

In cazul folosirii sistemului hidraulic (recirculare) se ia în consideraţie un debit minim de recirculare egal cu 2 l/s/l m3 stocat.

În figura 3.5. se prezintă o diagramă pentru determinarea parametrilor necesari proiectării de instalaţii pentru sulfatul de aluminiu livrat în vrac.

Se recomandă ca rezervoarele pentru soluţii să aibă fundul înclinat (> 10 %) spre başa de colectare a soluţiei.

Golirea bazinelor se face printr-o conductă cu diametrul de minimum 100 mm.

Conductele de plecare a soluţiei se amplasează la minimum 200 mm de la fund.

Pereţii bazinelor se protejează cu materiale rezistente anti-corozive.

61

volumul depozitului = 86 m3;cuvele de stocare-preparare = 4 buc. x 25 m3;dozare 2 +1 pompe;dozatoare cu turaţie variabilă q = 20 1/min.

b) Silicea activă

Silicea activă se obţine prin amestecul silicatului de sodiu industrial cu un acid sau cu alţi reactivi care în soluţie dau reacţie acidă (acidul sulfuric, acidul clorhidric, clor, sulfat de aluminiu).

În procedeul discontinuu de preparare a silicei active aceasta rezultă după o activare a silicatului de sodiu cu acid sulfuric, sulfat de aluminiu sau clor şi după maturarea amestecului, alternativ în două secţiuni din care una este în preparare şi alta în dozare.

Depozitarea silicatului de sodiu se face în spaţii închise special amenajate, în care să se poată asigura o temperatură minimă de +5°C; se recomandă sa se asigure în depozit o cantitate de silicat de sodiu necesară pentru 15 zile. Prepararea unui strat de soluţie se poate face în recipienţi (protejaţi adecvat) similar cu cele din figura 3.6.; unele dimensiuni sunt date în tabelul 3.20.

Exemplu:Date: Q = 2000 m 3/h;

doza maximă = 1000 g/m3; doza medie = 40 g/m3 ; depozit pentru 30 zile.

Rezultă: consum maxim = 4,8 t/zi; consum mediu =700 t/an;

62

63

c) Hidroxidul de calciu (varul)Varul folosit pentru tratarea apei se livrează, la unele staţii de

tratare existente, sub formă de var nestins - în bulgări, şi var stins, sub formă granulară, deshidratată de pulbere. Varul nestins în bulgări se transportă în vrac, iar varul stins se transportă ambalat în saci.

Depozitarea varului se face în spaţii special amenajate în acest scop şi anume:

- varul nestins în bulgări se depozitează în buncăre sau în spaţii de depozitare acoperite, construite din materiale incombustibile;

- varul stins se depozitează în ambalajul în care a fost livrat,pe platforme închise şi acoperite.

La stabilirea volumului depozitului se ţine seama de posibili-tăţile locale de aprovizionare cu var, de mărimea şi importanţa staţiei, de consumul de var. In general se recomandă să se asigure în depozit cantitatea de var necesară pentru 30 zile. în unele cazuri, în funcţie de cele arătate, durata pentru care se face stocarea poate fi redusă, dar nu va fi mai mică de 15 zile.

Cantitatea de var care se păstrează în depozit:

G = cantitatea de var din depozit (kg);Q = debitul de apă tratat (m 3/h);Z= numărul de zile pentru care se dimensionează depozitul

(15-30); D - doza de var necesară, exprimată în CaO (g/m3);La determinarea capacităţii depozitului se ia în consideraţie doza maximă de var necesară. c = conţinutul de Ca;

- în varul nestins în bulgări c = 60... 80 %;- în varul stins pulverulent c = 60... 67 %.

Pentru stabilirea volumului depozitului se ţine seamă de densi-tatea materialului:

- var nestins în bulgări: d = 1 t/m ;- var stins pulverulent: d= 0, 6... 0.7 t/m3 .

Staţiile de tratare cu var utilizează fie laptele de var provenit din varul stins în cadrul staţiei, fie direct varul hidratat pulverulent livrat în saci sau în vrac.

Pentru prepararea laptelui de var din var nestins se prevăd: un buncăr pentru primirea varului, un concasor, o instalaţie pentru stinge-rea varului, un separator pentru îndepărtarea sterilului, rezervoare pentru lapte de var şi mijloace pentru transportarea varului uscat şi a laptelui de var.

Capacitatea rezervoarelor (minimum două):

Q = debitul de apă de tratat (m 3/h);

n = numărul de preparări în 24 h, se ia între 3 şi 6;

D = doza de var exprimată în CaO (g/m3 );

c = concentraţia laptelui de var - se ia maximum c = 2 (%);

d = densitatea laptelui de var (g/cm3); în calcule se ia

d = l g/cm .

Rezervoarele pentru lapte de var trebuie prevăzute cu dispozitive pentru amestecare continuă spre a se evita depunerea varului. Amestecarea se poate realiza:

1) Hidraulic (prin pompe), viteza ascendentă a soluţiei înrezervor trebuind aleasă de minimum 5mm/s. Rezervoarelese prevăd cu funduri conice cu pantă de minimum 45°.Introducerea laptelui de var care circulă prin pompe trebuierealizată la partea inferioară a rezervorului, iar preluarea lapartea superioară.

2) Prin barbotare cu aer comprimat, introducerea aeruluifăcându-se la partea inferioară, printr-un sistem de ţeviperforate care să asigure repartizarea uniformă a aerului înrezervor. Debitul de aer se stabileşte considerând un debitunitar de 8-10 l/s m2.

66 6

7

3) Prin amestecătoare mecanice, viteza de rotaţie, a amestecă-l toarelor trebuind să fie de minimum 40 rot./min.

La fiecare rezervor de lapte de var se prevede posibilitatea evacuării depunerilor în canalul de scurgere, printr-o conductă cui diametrul de minimum l00 mm.

Diametrul conductelor pentru transportarea laptelui de var se! alege de minimum 50 mm, iar viteza de curgere în acesta se ia de minimum l m/s. Colurile conductelor pentru lapte de var se prevăd cu raza de minimum 5d (d este diametrul interior al conductei) şi creând posibilitatea demontării şi spălării conductelor.

Dozarea laptelui de var se face cu dispozitive concepute pentru, funcţionarea cu suspensii (pompe dozatoare, rezervor dozator cu amestecare hidraulică).

Prepararea şi dozarea laptelui de var din var bulgări conduce la instalaţii şi construcţii cu un volum mare şi la o exploatare ce reclamă personal numeros şi un proces tehnologic greoi în care se manipulează cantităţi importante de reactivi şi steril.

De aceea în ultima perioadă s-a trecut la utilizarea aproape exclusivă a varului hidratat pulverulent livrat în saci, sau pentru staţiile mai mari în vrac.

In figura 3.7. se prezintă diagrama pentru dimensionarea instalaţiilor de tratare cu var (dozare umedă şi dozare uscată) utilizând var hidratat livrat în saci.

Varul stins pulverulent poate fi introdus în apa brută direct sub formă de pulbere sau sub formă de lapte de var. Avantajul folosirii varului stins pulverulent constă în simplificarea instalaţiilor şi reducerea spaţiului necesar, mai ales în cazul introducerii varului în apa brută sub formă de pulbere. Din acest motiv se recomandă adoptarea acestei tehnologii, pentru dozare folosindu-se dozatoare de pulbere cu disc rotativ şi cuţite reglabile (vezi fig. 3.8.) sau dozatoare cu şnec.

Dozatorul uscat cu disc se instalează la partea inferioară a unui buncăr metalic în care se depozitează cantitatea de var pulverulent necesară pentru un consum de 8 - 24 h.

Fig. 3.7. - Staţia de reactivi, dimensionarea depozitului şi instalaţiei de dozare (umedă sau uscată) pentru varul granulat

Date: Q= 2000 m3/h;doza maximă = 25 g/m3; depozit pentru 30 zile.

Rezultă: consumul de var = l ,2 t/zi sau 440 t/an; volumul depozitului (buncăr) = 32 m3; suprafaţa depozitului (saci) = 16 m2; dozare uscată cu dozator cu şnec lOOkg/h.

Având în vedere că prin blocarea varului pulverulent la partea inferioară a buncărului intrarea acestuia în dozator poate fi îngreunată, între buncăr şi dozator este prevăzut un vibrator mecanic (eventual pneumatic) pentru afânarea materialului (în unele cazuri dozatorul este

68

69

el însuşi prevăzut cu vibrator, ceea ce face să nu mai fie necesare alte dispozitive suplimentare de afânare).

Pentru a se evita degajarea pulberii de var în incinta gospodăriei de var, introducerea varului în buncăr se face cu un sistem pneumatic de aspiraţie care preia varul direct din saci.

În cazul livrării varului stins pulverulent în vrac (ceea ce nu se recomandă la instalaţiile mici şi medii din cauza complicării instalaţiilor), acestea se depozitează în buncăre închise etanş, iar pentru vehiculare se prevede o instalaţie de transport pneumatic de tip ciclon, racordată direct la vehiculul care aduce varul la depozit.

La depozitele moderne cu şnec la instalaţiile de mare capacitate se utilizează aprovizionarea varului granulat în containere refolosibile de l m3 care se montează direct pe dozator şi apoi se refolosesc returnându-se la furnizor. Această tehnologie elimină instalaţiile de transvazare a varului din saci în dozator şi exhaustoarele pentru desprăfuire.

Amestecul varului deshidratat direct cu apa brută se face într-o cameră de amestec hidraulic, cu şicane, cu circulaţia apei pe verticală.

Amestecul varului granular se poate face prin intermediul unor vase de amestec cu apă dotate cu mixere, la concentraţii sub 0,8 % cu adaos de apă de la reţeaua staţiei.

Vasele de amestec se dimensionează la timpi de 5-7 min. şi sunt prevăzute pe conducta de alimentare cu apă cu flotor la nivelul de preaplin. Suspensia de var este trimisă la bazinul de amestec cu pompe clasice.

Fig. 3.8. - Schema unei instalaţii tehnologice pentru tratarea cu var

7. buncăr de alimentare8. dozator uscat rotativ9. de la reţeaua de apă10. recipient de amestec cu apă

11. la bazinul de amestec (prin curgere gravitaţională sau prin pompare)

d) Cărbunele activFolosirea cărbunelui activ se face în funcţie de schema

tehnologică adoptată pentru tratarea apei, fie sub formă de pulbere, fie sub formă de granule. Cărbunele activ sub formă de pulbere se introduce în apă în mod continuu, în doze de 5-20 g/m de apă tratată. Locul de introducere a cărbunelui activ sub formă de pulbere poate să fie înaintea treptei de decantare sau înainte de intrarea apei în filtre (soluţie uzual utilizată).

Introducerea cărbunelui activ pulbere înaintea filtrelor se face în special când apa are o încărcare mare de substanţe organice şi alge.

1. depozit de saci de varhidratat pulverulent

2. tijă de aspiraţie3. ciclon4. ventilator5. alimentator celular6. distribuitor

71

70

Cărbunele activ sub formă de granule se foloseşte în filtre similare cu filtrele de nisip deschise sau sub presiune. Filtrele cu cărbune activ granulat sunt, de obicei, filtre sub presiune care funcţionează cu o viteză de 20-50 m/h. Grosimea stratului de cărbune se ia 1-3 m, asigurându-se un timp de contact de minimum 3 min, (dimensiunea granulelor 1,5-3 mm). Pierderea de sarcină se poate considera de maximum 0,8 mH2O, la l m grosime strat de cărbune, la viteza maximă admisă. Stratul de cărbune activ trebuie spălat la 15 zile prin contracurent de apă. o sterilizare săptămânală, prin trecerea vaporilor de apă (de sus în jos) sau spălarea cu apă clorată (30 mg/l) este necesară pentru evitarea dezvoltării bacteriilor şi mucegaiului.

Pentru eliminarea excesului de clor, volumul cărbunelui activ granulat se ia de 1/25 din debitul orar maxim de apă tratată, în acest fel clorul este eliminat în întregime, chiar dacă doza de clor este mare. Regenerarea în acest caz nu este de obicei necesară, deoarece clorul este în cea mai mare parte transformat în acid clorhidric sub influenţa catalizantă a cărbunelui. Dacă totuşi regenerarea se dovedeşte necesară, aceasta se realizează prin trecerea vaporilor de apă timp de l h prin stratul de cărbune.

In figura 3.9. se prezintă o diagramă pentru dimensionarea unei instalaţii de cărbune activ şi schema tehnologică a unei asemenea instalaţii.

Pentru combaterea mirosului şi eliminarea fenolilor, volumul cărbunelui activ granulat se ia de 1/10 din debitul maxim orar de apă tratată. Regenerarea se face în medie la 3-6 luni, prin trecerea vapo-rilor de apă timp de l h prin stratul de cărbune , urmată de spălarea cu soluţie de soda 5 % la temperatura minimă de 80°C.

Intensitatea vaporilor de apă cu care se face regenerarea este de 15 - 20 l/s m2.

Deoarece prin spălări şi regenerări succesive se pierde o parte din cărbunele activ anual se completează materialul filtrant (de regulă este suficient să se prevadă ~ 7 % din volumul iniţial).

Cărbunele activ în pulbere sau granule se ambalează în saci. Depozitarea în stive a sacilor ca şi depozitarea în vrac, nu trebuie să

depăşească 1,50 m înălţime, pentru ca straturile inferioare să nu se încălzească sub greutatea masei de cărbune de deasupra, încăperea pentru depozitarea cărbunelui activ trebuie să corespundă condiţiilor pe care trebuie să le îndeplinească

depozitul pentru materiale uşor inflamabile conform normelor de pază şi stingere a incendiilor.

Fig. 3.9. - Staţia de reactivi, dimensionarea depozitului şi instalaţiei de dozare (umedă sau uscată) pentru varul granulat

Date: Q = 2000 m 3h;doza maximă = 25 g/m3; depozit pentru 30

zile. Rezultă: consumul de var = 1,2 t/zi sau 440 t/an;

volumul depozitului (buncăr) = 32 m3;suprafaţa depozitului (saci) = 16 m2;dozare uscată cu dozator cu şnec lOOkg/h.

e) Tratări specialePentru corectarea unor calităţi chimice ale apei sunt

necesare tratări speciale; având în vedere că acestea necesită studii speciale de

72 7

3

laborator nu vor fi cuprinse în prezentul ghid decât prin indicarea de principiu a metodei de tratare:

• Eliminarea calciului şi magneziului (pentru reducerea durităţiitemporare) se poate realiza prin tratare cu var, carbonat de sodiu sausodă caustică.

• Precipitarea siliciului prin adsorbţia silicei pe flocoane dehidroxid de Al, Mg sau Fe.

• Precipitarea metalelor, în principal prin neutralizareaefluenţilor acizi proveniţi din tratarea apelor de suprafaţă.

În Anexa 4 ce conţine tabelele 3.21. şi 3.22. sunt date materialele indicate a fi utilizate în instalaţiile de stocare, preparare şi dozarea reactivilor şi măsuri preventive pentru protecţia muncii la manipularea unor reactivi.

3.1.5. Amestecul reactivilor cu apa brută

Amestecul soluţiilor sau suspensiilor de reactivi cu apa brută se poate face în bazine cu pereţi şicană sau cu pereţi perforaţi, în camere de formă spirală, în bazine cu salt hidraulic sau în bazine cu agitatoare mecanice; acestea din urmă au, faţă de procedeele hidraulice de amestecare, avantajul că nu produc pierderi de sarcină importante în bazinul de amestec. In figura 3.10. din Anexa 5 sunt arătate principalele tipuri de bazine de amestec.

În camerele de amestec cu şicane, alegerea elementelor constructive se face ţinând seama de următorii factori: viteza v/ a apei la ieşirea din bazin se ia de 0,4 - 0,6 m/s, astfel încât să asigure o curgere liniştită spre camerele de reacţie, în spaţiile înguste d, dintre pereţii şicană, viteza apei se ia de 0,8 m/s, astfel încât să se asigure o turbionare intensă fără mari pierderi de sarcină.

Dimensiunile camerei, în conformitate cu notaţiile din fig. 3.10. din Anexa 5 se stabilesc astfel: lăţimea jgheabului la plecarea apei se alege constructiv d ≥ 0,60 m; pentru debitul Q al apei de tratat rezultă

La camerele de amestec cu pereţii găuriţi, dimensionarea se face în mod analog, ţinând seama că viteza apei în orificii se ia l m/s, iar coeficientul £ are valoarea între 1,4 şi 1,6; diametrul orificiilor se ia de 20- 1 00 mm.

Amestecul coagulantului în apa brută se poate face prin intro-ducerea soluţiei de reactiv în conducta de aspiraţie a pompelor de treapta I, sau direct în conducta de legătură la camerele de reacţie, când lungimea acestei conducte depăşeşte 50 diametre. La decantoa-rele cu cameră de reacţie centrală cu turbină, amestecul soluţiei de coagulant se face direct sub paletele turbinei.

3.1.6. Sistemele de distribuţie a apei brute, de amestec a apei cu coagulantul şi camerele de reacţie

Bazinele de amestec şi distribuţie

Apa brută se distribuie la intrarea în staţia de tratare în mod egal între decantoare prin intermediul bazinelor de distribuţie care au totodată rolul de a realiza amestecul rapid al apei cu coagulantul. Ele mai asigură un preaplin general la intrarea în staţia de tratare. Un rol important în buna funcţionare a decantoarelor îl are distribuţia egală a debitelor la fiecare unitate. Sistemul care asigură această repartiţie egală în modul cel mai simplu şi care se adaptează automat la

74 7

5

eventualele variaţii de debit este acela al deversoarelor de distribuţie. Aceasta se realizează riguros în acelaşi plan orizontal şi au lungimi egale la decantoare ce preiau debite egale; în cazul unor unităţi de decantare de diferite mărimi, ele au lungimi direct proporţionale cu debitele ce trebuie distribuite fiecărui decantor.

În fig. 3.11. este dată schema generală a unui bazin de distribuţie şi amestec cu 4 deversoare de distribuţie şi un deversor de preaplin, Camera centrală are şi rolul de amestec a reactivilor, fiind dotată în acest scop cu un amestecător rapid cu ax vertical. Volumul camerei de amestec se dimensionează la un timp de trecere al apei de aprox. 20 s.

In funcţie de debitul de apă, amestecătoarele se produceau în ţară şi care astăzi se regăsesc în staţii de tratare existente, au gabaritele de montaj şi caracteristicile din fig. 3.11. şi tabelul 3.23.

3.1.7. Camerele de reacţie

Formarea flocoanelor cu dimensiuni de 0,5-0,6 mm se produce într-un interval de timp de 5-30 min. după amestecarea rapidă reactivilor în apa brută. Pentru crearea unor condiţii favorabile formării acestor flocoane înainte de intrarea apei în decantoare se prevăd camere de reacţie adaptate în general tipului de decantor la care sunt utilizate.

În camerele de reacţie trebuie să se asigure viteze suficient de mari pentru a menţine flocoanele în suspensie, dar limitate pentru a nu le dezagrega. Aceste viteze depind de tipul de cameră utilizat şi în general ele trebuie să descrească pe parcursul timpului de reacţie astfel încât la intrare să fie limitele de 0.50-1,00 m/s. iar la ieşire] 0,20-0,01 m/s.

Soluţiile constructive prezentate în Anexa 6 (figurile 3.12. 3.17.) se vor aplica pentru eventuala completare a staţiilor de trata existente (fără cameră de reacţie) în vederea reabilitării lor.

La decantoarele moderne camerele de reacţie sunt înglobate i construcţia acestora sau sunt adiacente acestora fig. 3.16. din Anexa 6, în special în cazul decantoarelor longitudinale.

La decantoarele radiale se amenajează în centrul decantorului camere de reacţie tronconice turbionare având forma, şi cu vitezele de parcurgere indicate în figura 3.17. din Anexa 6.

Acest tip de cameră de reacţie se dimensionează pentru un t i m de reacţie de 6-10 min.

Camerele de reacţie din fig. 3.12. din Anexa 6 se dimensionează pentru viteze de 0,20-0,40 m/s şi timp de trecere 15-30 min. Lăţimea compartimentelor se ia 0,4-0,6m, iar pierderea totală de sarcină este de 2-4 cm H2O.

Sistemul cu camere succesive (3 sau 4) în care mişcarea este imprimată de palete cu viteze de rotaţie variabile descrescând de la 0,5 la 0,20 m/s de la primul la ultimul compartiment. Aceste palete sunt antrenate de motoare electrice cu reductor sau cu ajutorul aerului comprimat, cu o viteză de rotaţie care să nu depăşească limitele indicate.

3.2. Proiectarea tehnologică a construcţiilor pentru decantarea apei

3.2.1. Date de bază

Decantarea apei este procesul de eliminare a suspensiilor existente în apa surselor de suprafaţă, sau formate ca urmare a tratării cu agenţi coagulanţi - bazalt, în principal, pe sedimentarea şi evacua-rea concentrată a acestora sub formă de nămol.

Decantarea are drept scop reducerea turbidităţii, a conţinutului de substanţe organice etc.. în vederea utilizării apei ca atare în diferite procese industriale, sau în vederea limpezirii finale prin filtrare. Decantarea se mai utilizează şi în alte procese de tratare a apei cum este de exemplu decarbonatarea şi uneori deferizarea - demanga-nizarea apei.

Procentul depunerilor din conţinutul total de suspensii este variabil, în funcţie de scopul în care se foloseşte apa decantată.

Pentru apa potabilă este necesară o reducere a suspensiilor prin decantare la o valoare care să asigure după filtrare turbidităţi mai mici/ egale cu 5 NTU (unităţi nefelometrice de turbiditate). conform Legii 458/2002 Calitatea Apei Potabile - vezi Anexa l.

În prezent există în exploatare diferite tipuri de decantoare: cu funcţionare continuă, discontinuă şi pulsatorie. cu nivel liber sau sub presiune, cu circulaţia apei pe direcţie orizontală, verticală sau radială. şi suspensionale.

În general, decantoarele cu apa în repaus şi cu funcţionarea discontinuă au fost abandonate, datorită costului lor ridicat, calităţii variabile a apei livrate şi exploatării costisitoare.

În prezent, în tehnica decantării apei se aplică pe scară largă separatoarele suspensionale, care prezintă mari avantaje tehnice (volume reduse, reducerea suspensiilor până sub 5 NTU în apa decantată, eliminarea camerelor de reacţie independente de decantor şi reducerea dozelor de coagulant).

Independent de tip. schema tehnologică a unui decantor trebuie să conţină:

- un sistem de introducere şi distribuţie a apei brute:

78 7

9

- un spaţiu de decantare:- un spaţiu de sedimentare a nămolului decantat;- un sistem de colectare şi de evacuare a nămolului.

Unul dintre modurile de clasificare a decantoarelor ar putea fi:a) decantoare clasice (orizontale, radiale. verticale):b) decantoare suspensionale (statice, cu recircularea nămo

lului, cu viteză variabilă):c,) decantoare lamelare:d) decantoare modernizate (oricare t ip de la pct. a.b.c) c

lamele.

Fiecare din aceste elemente componente ale decantoarelo trebuie să corespundă unor condiţii tehnologice bine precizate, arătate în continuare.

• Sistemul de distribuţie al apei hruie trebuie să asigure o repartiţie uniformă a debitului între diferitele unităţi de decantoare şi o alta,cât mai uniformă, a debitului fiecărui decantor în secţiunea incipientăa spaţiului de decantare. De asemenea acest sistem trebuie să asigurepăstrarea stării de coeziune a flocoanelor din apa coagulată, adicăviteze suficient de reduse pentru a nu distruge aceste flocoane.

• Spaţiul de decontare trebuie să asigure condiţiile de depunerea suspensiilor până la limita cerută apei decantate (timp de parcurgere,volume, lungimi şi înălţimi decurgând din vitezele necesare peorizontală sau verticală etc.).

Forma şi amenajările spaţiului de decantare trebuie să asigure viteze cât mai uniforme în secţiunile normale pe curentul de curgere şi să împiedice curenţii de convecţie: în acest sens. la decantoarele orizontale se limitează lăţimea compartimentului la maximum I/10 din lungime, în general spaţiul de decantare corespunde unui volum egal cu 1,5-3 ori debitul orar maxim al decantorului.

• Sistemul de colectare a apei decantate trebuie să asigure prelevarea în mod uniform a apei, precum şi buna funcţionare a colectării apei pe timp de îngheţ, în acest scop se utilizează în general deversoare în formă de dinţi de ferăstrău, reglabile pe înălţime, şi

conducte sau jgheaburi colectoare, cu perforaţii situate sub adâncimea stratului posibil de gheaţă.

• Spaţiul de sedimentare a nămolului trebuie să asigure acumularea volumului de nămol, rezultate între două curăţiri; el este foartevariabil, în funcţie de tipul decantorului şi de sistemul de curăţire.

La decantoarele suspensionale, evacuarea continuă a nămolului reduce la minimum aceste spaţii pentru nămol.

• Sistemul de curăţire a nămolului se adaptează sistemului dedecantor şi poate fi de tipul mecanic cu raclor, la decantoareleorizontale şi radiale, de tip hidraulic, sau cu hidroelevator ori pompe,la cele cu funcţionare continuă şi de tipul sifon la decantoarelesuspensionale. Aceste sisteme trebuie să asigure: evacuarea nămoluluicu o concentraţie cât mai mare. fără a produce reamestecarea lui cuapa din decantor şi o funcţionare complet automată. De asemeneaaceste sisteme, şi în special podurile-raclor, trebuie protejate împotrivaefectului gheţii.

O problemă conexă la decantarea apei o constituie camerele de reacţie, care trebuie să asigure formarea flocoanelor ca urmare a tratării apei cu coagulant. Aceste camere de reacţie pot constitui obiecte separate de decantoare sau pot fi legate de construcţia acestora (adiacente la decantoarele orizontale şi incluse la cele radiale şi de tip suspensional).

3.2.2. Procesul de decantare, alegerea tipului de decantor şi a parametrilor de dimensionare

Procesul de decantare a apei poate fi caracterizat printr-o serie de parametri, printre care cei determinaţi sunt: viteza de sedimentare a particulelor în suspensie, timpul de decantare, vitezele de circulaţie a apei în secţiunea de decantare şi randamentul (reprezentat prin reţinerile procentuale de suspensii din apa brută).

La proiectarea decantoarelor se pune de fapt problema alegerii timpului şi a vitezei de sedimentare, care să satisfacă cerinţele date

80

81

privind randamentul decantării sau să asigure limita fixată pentru) conţinutul de suspensii din apa decantată.

Datorită condiţiilor fizico-chimice foarte diferite ale apelor ce trebuie tratate, condiţii variind nu numai de la o sursă la alta, în funcţie de condiţiile hidrologice, geologice etc., ci şi pentru aceiaşi sursă, în funcţie de factorii climatici, nu se pot stabili parametri, general valabili, pentru dimensionarea acestor instalaţii.

Este necesar ca pe baza unor studii directe asupra apei de tratat, efectuate în perioade caracteristice (viituri, temperaturi scăzute, ape medii etc.) să se stabilească la scara de laborator condiţiile medii şi excepţionale ale apei de tratat.

Parametrii pentru dimensionarea decantoarelor trebuie aleşi cui discernământ ţinând seama de aceste aspecte, astfel încât instalaţiile să funcţioneze cu randamente foarte bune în condiţiile apelor cu caracte-ristici medii şi să asigure apa de calitatea scontată chiar în condiţiile excepţionale ale unor ape cu conţinut mare de suspensii, sau la temperaturi scăzute etc.

Calculele riguroase tehnico-economice pentru dimensionarea decantoarelor în vederea obţinerii soluţiei optime nu pot fi practic făcute, ele cerând o desfăşurare a studiilor la sursa de apă pe termene; lungi. Totuşi, astfel de calcule sunt necesare şi se fac acceptând anumite aproximaţii privind prognoza calităţilor apei de tratat; ele ; trebuie să ţină seama de următoarele elemente:

1) Variaţia costului construcţiei decantoarelor cu volumulacestora

2) Variaţia consumului mediu anual de coagulant în funcţie deparametrii de bază pentru dimensionare (timp de decantare, lviteze de sedimentare).

3) Costul suplimentar a ajutai or Hor de coagulare pe timpulperioadelor excepţionale.

Prin stabilirea orientativă a 3-4 soluţii, în care să fie prinse valori de comparaţie ale elementelor de mai înainte, se pot obţine ; indicaţii asupra soluţiei celei mai economice.

La diverse doze de coagulant, efectul de coagulare se poate manifesta fie printr-o sedimentare difuză a flacoanelor (datorită |

82

faptului că ele sunt relativ slab dezvoltate, fie printr-o sedimentare accelerată şi concomitenta a tuturor flacoanelor sub forma unui pat de depuneri, la suprafaţă rămânând o zonă de apă limpede (cazul ce se produce când flocoanele sunt mari şi cu o bună coeziune).

O nouă generaţie de decantoare suspensionale sunt cele „lestate'' care utilizează o pulbere de nisip cuarţos ca suport pentru formarea flocoanelor. Din nămolul reţinut cu umiditate redusă sub 95 % pulberea suport este recuperată prin centrifugare şi reintrodusă în circuit. Aceste decantoare pot funcţiona cu viteze ascensionale foarte mari de peste 25 m/h.

În vederea stabilirii elementelor preliminare necesare alegerii tipului de decantor şi a principalilor parametri de dimensionare, se prezintă mai jos o tehnologie privind examinarea posibilităţilor de limpezire a apei.

Stabilirea efectului de coagulare se face prin metoda ,jar test" într-un aparat, în care cu diferite doze de coagulant se stabileşte efectul floculării (la o agitaţie de 40 rot./min cu o paletă de l x 5 cm, timp de 10 min.)

Stabilirea vitezei de decantare difuze se poate face la scară de laborator pe baza decantării statice, în vasele în care s-a stabilit efectulde floculare, folosindu-se în toate vasele aceiaşi doză de coagulant stabilită în prealabil ca având efectul optim.

După cele 20 minute de agitare apa se lasă în repaos, iar apoi la timpi variabili se sifonează o anumită cantitate de apă H, corespunzătoare la 1/2 din volumul vasului (aceiaşi cantitate din toate probele).

Sifonarea trebuie tăcută cu un tub / al cărui capăt este curbat în sus, pentru a se evita extragerea de nămol depus în jumătatea inferioară a vasului (fig. 3.18.).

Din fiecare probă extrasă se introduc în tuburi comparatoare cantităţi de apă decantată, care să asigure, la înălţimea de coloană d, aceiaşi transparenţă cu o coloană de înălţime b, de apă brută şi cu o coloană/ de apă floculantă.

Înălţimile de coloană de apă f < b<sunt invers proporţionale cu turbiditatea probelor respective, astfel încât efectul floculării şi decantării se poate exprima prin rapoartele:

- b/d reprezentând efectul de limpezire; -f/d reprezentând efectul de decantare.

Prin compararea acestor rapoarte, la diferitele doze de coagulant aplicate, se poate aprecia viteza de decantare maximă admisibilă Va în seria de experienţe făcută:

H= înălţimea coloanei de apă, în m, evacuată brusc prin sifonare din vasele în care se efectuează floculare (care se ia a 50 % din înălţimea vasului);

T= timpul scurs de la terminarea celor 20 min. de floculare, până la efectuarea sifonării apei decantate (min.).

Stabilirea vitezei de decantare accelerate în decantarea suspensională se poate face la scară de laborator şi ea corespunde vitezei curentului ascensional de apă care readuce în stare de suspensie nămolul în prealabil depus într-un vas cu apă floculată. Se lasă 5-10 min. pentru depunerea nămolului, iar apoi printr-un tub central se introduce un debit de apă floculată în mod discontinuu, astfel încât să se obţină progresiv o expan-siune a nămolului la nivelul iniţial de 250ml(flg.3.19.).

Viteza teoretică de decantare rezultă din raportarea debitului introdus, pentru ţinerea în stare de expansiune a nămolului, la secţiunea orizontală a vasului în care se face experienţa.

Notând pentru aceleaşi experienţe volumul aparent al nămolului depus faţă de volumul total al probei de apă. în funcţie de timp (pentru 1; 2; 3; 5; 15; 30; 60 şi 120 min.) se obţin date pe baza cărora se pot calcula alte elemente ale decantorului, cum ar fi başele de colectare a nămolului.

S-a constatat că în procesul de decantare difuză, prin adăugarea unei cantităţi de nămol deja depus, viteza de sedimentare a particu-lelor creşte; această observaţie a condus la punerea la punct a decantoarelor suspensionale. Cum îmbogăţirea directă a conţinutului de nămol pentru obţinerea vitezei maxime de filtrare nu poate fi experimentată direct, întrucât durează o perioadă apreciabilă de timp, s-a propus ca starea de coeziune a nămolurilor să fie studiată şi determinată pe baza gradului de expansiune ce-1 are nămolul când este supus unui curent de apă ascensional cunoscut: aceasta, întrucât s-a constatat că un strat de nămol supus unui curent ascendent de apă se dilată şi ocupă un volum aparent aproximativ proporţional cu viteza curentului de apă ce-l străbate, sau viteza V a curentului de apă este proporţională cu gradul de expansiune a nămolului:

V= viteza curentului ascensional (mm/s);K = coeficientul de coeziune a nămolului;H2 = volumul de nămol în timpul trecerii curentului de apă;Hl = volumul de nămol iniţial (pentru V= 0).

Dacă se notează H2Hl = E, gradul de expansiune a nămolului,

relaţia de mai înainte devine:

Rezultă că pentru un grad de expansiune E = 2 (nămolul înfoiat la dublul volumului iniţial), coeficienţii! de coeziune K este egal cu viteza de ascensiune a apei care traversează nămolul; acest grad de

84

85

expansiune caracterizează coeziunea nămolului şi se exprimă prin coeficientul K.

Stabilirea coeficientului K de coeziune a nămolului poate fi făcută după următoarea metodă:

1) Într-o eprubetă de 250 ml se introduce nămolul dintr-unul din vasele în care s-a făcut încercarea de coagulare-floculare şi se lasă în repaos 5 min.

2) Se sifonează nămolul pentru a rămâne în eprubetă ~ 75 cm3

volum aparent de nămol.

3) Se introduce încet în eprubetă un tub prelungit la parteasuperioară cu o pâlnie; capătul inferior al tubului se menţinela aprox. 10 mm de la fundul eprubetei.

4) Se introduce apoi cu ajutorul unui vas gradat de 100 cm' înmod discontinuu apă decantată (aceiaşi din care provinenămolul).

5) Se măsoară timpul w (s), corespunzător introducerii celorlOOcm' apă pentru volumele aparente ale nămolului de 75;100; 150 şi 200 cm'.

-K putând să fie determinat (fiind panta acestei drepte), f ie ca o ordonată corespunzătoare gradului de expansiune E = 2, fie ca valoare, unde intersectează dreapta prelungită axa ordonatelor, după cum rezultă din fig. 3.20.

La toate aceste determinări se notează temperatura, care joacă un rol important în coeziunea nămolurilor.

Fig.3.20. Diagramă pentru stabilirea coeficientului de coeziune k a particulelor coagulate

Starea de coeziune a nămolurilor joacă un rol important şi în procesul de filtrare a apei după cum este arătat în subcapitol 3.3.

Coeziunea particulelor coagulate, caracterizată prin coeficientul K, poate fi corectată prin ajutători de coagulare, astfel încât să se evite flocoanele fragile având K= 0,3...0,4 (care dau dificultăţi în procesele de tratare) şi să se asigure valori K = 0,8... 1,2 care se pot considera corespunzătoare unor ape corect tratate cu coagulanţi şi ajutători de coagulare, în vederea unei decantări şi filtrări eficiente.

Stabilirea vitezei de sedimentare în decantarea gravimetrică se face prin probe de sedimentare cu diferite doze de coagulant, stabilindu-se în funcţie de timp procentul de depuneri a particulelor de suspensii; rezultatele se pot exprima în diagrame de forma celor din figura 3.21. a, b.

3.2.3. Decantoare orizontale

Decantoarele sunt bazine prin care apa circulă în sens orizontal cu o viteză aproximativ constantă, firele de curent fiind paralele. In

86

87

v (mm/s)

Volumul aparent al nămolului

raport cu volumul

aceste bazine particulele aflate în suspensie se depun sub un unghi oarecare faţă de direcţia de parcurgere a apei.

Fig.3.21. Curbe de sedimentare a suspensiilor a

- în funcţie de timp;

b - în funcţie de vitezele de sedimentare;l-râu în regiuni de munte; p = depuneri în procente;2-râu în regiuni de şes; w = viteza de sedimentare (mm/s).

Decantorul propriu-zis nu-şi schimbă forma atât în cazul tratării apei cu coagulant, cât şi în lipsa acesteia.

88

Un decantor cuprinde o cameră de distribuţie, un compartiment de decantare şi unul de colectare a apei curate, în afara acestora se prevăd galerii pentru evacuarea nămolului depus în camera de decantare, şi uneori conducte de ocolire pentru perioadele când apa nu necesită o tratare.

Numărul de bazine este în general minim trei, astfel încât în timpul scoaterii din funcţiune a unui bazin vitezele în celelalte bazine să nu crească cu mai mult de 50 %.

Secţiunea se calculează la mijlocul compartimentului de decantare, admiţându-se o viteză de curgere pentru decantoarele fără coagulant de maximum 3 mm/s. Pentru decantoarele în care apa s-a tratat cu coagulant se poate merge până la 10 mm/s. în literatură această limită este de 15 mm/s.

Câteva exemple de viteze adoptate la lucrări din străinătate sunt: Washington 3,6 mm/s; Cleveland 12 mm/s; Moscova 5,6 mm/s.

Lungimea L a compartimentului de decantare:

α = coeficientul de neuniformitate, care se ia între 1,2 şi 1,5;v = viteza de curgere la mijlocul compartimentului (m/s);u = viteza de sedimentare a particulelor în suspensie, care se

determină experimental (m/s); H= adâncimea utilă a decantorului (m); de obicei se consideră

între 1,50 şi 3,20, preferându-se adâncimile mai mici, caredau un randament mai bun.

O metodă de calcul mai exactă introduce viteza medie de pulsaţie a particulelor vz rmed:

este coeficientul de rugozitate (pentru beton 0,012-0.014).Cu această viteză de pulsaţie se reduce viteza teoretică de

sedimentare u obţinută în laborator pe baza studiilor gravimetrice şi se ajunge la viteza de sedimentare de calcul:

89

şi; în sfârşit, lungimea L, suprafaţa F şi lăţimea B a decantorului:

Se recomandă să se facă studii gravimetrice pentru determinarea vitezei de sedimentare în toate cazurile. Aceste studii trebuie făcute pe o perioadă mai lungă (~ l an) ca să cuprindă şi o perioadă de viitură sau de ape mari.

În lipsa unor date experimentale, pentru instalaţii mici în sisteme de apă potabilă, în calcule preliminare se poate admite ca dimensionarea să se facă în funcţie de un timp de decantare de ~ 2-4 h, în cazul sedimentării naturale şi 1,5-2,5 h în cazul sedimentării activate cu coagulanţi.

Lăţimea bazinului nu trebuie să depăşească = 1 / 1 0 din lungime şi să nu aibă în nici un caz mai mult de 8 m. Lăţimile mai mici sunt de preferat, deoarece se evită formarea curenţilor transversali, dăunători procesului de decantare.

Pentru a reduce lăţimea bazinelor se prevăd uneori pereţi longitudinali, care să nu aibă continuitate pe fund (sistem aplicat la alimentarea cu apă din Galaţi). Uneori se prevede parcurgerea şicanată a apei, prin executarea unui perete longitudinal, al cărui capăt să fie liber. Uneori acest sistem nu are rezultate satisfăcătoare, deoarece apa îşi modifică viteza la capătul şicanei, producând tulburări în procesul de sedimentare.

Din cercetările făcute a rezultat că la o viteză a apei în decantor de 5-6 mm/s, întoarcerea apei pe lângă pereţii despărţitori nu provoacă \ dificultăţi, în timp ce pentru viteza de *10 mm/s se încetineşte vizibil procesul de decantare.

Înălţimea compartimentului de sedimentare trebuie să fie de 2,50-3,00 m ajungând la maximum 6 m. Această înălţime este compusă din înălţimile parţiale indicate în figura 3.22.

90

Fig. 3.22. Secţiune transversală printr-un decantor orizontal

hs - înălţime de siguranţă (0,15-0,20) m;hg - înălţime pentru formarea gheţii (0,3-0,5);hu - înălţime utilă (l ,5-3,2) m;h d - înălţime pentru depunerile de nămol.

În general, bazinele de decantare în climatul de la noi din ţară se execută neacoperite, în acest fel se obţine o economie în costul lucrării şi o exploatare mai lesnicioasă.

Un factor care influenţează asupra procesului de decantare este şi temperatura diferită de cea din bazin, procesul de decantare suferă.

În figura 3.23 este arătată schematic circulaţia apei într-un decantor orizontal - în condiţii de laborator - pentru un grad diferenţă între apa din decantor şi cea care intră în acesta.

Fig. 3.23. Circulaţia într-un decantororizontal în funcţie de diferenţa de

temperatură a apei de la intrarefaţă de cea din decantor

În vederea evitării degradării construcţiei în timpul iernii, din cauza formării gheţii, se prevăd pereţi evazaţi cu « 1 : 1 0 , adoptându-se uneori chiar pereţi cu înclinarea de l : 3 la partea superioară (de la w 0,5 m sub nivelul apei).

Panta mediană a fundului decantorului se ia de «1-5 %, la decantoarele cu curăţire mecanică şi este inversă sensului de parcurgere a apei, deoarece cantitatea cea mai mare de depuneri se face în prima porţiune a decantorului (în primele minute se fac cele mai multe depuneri).

In prima parte se prevede aşa zisa pâlnie de nămol, care se întinde pe aprox.1/8-1/4 din lungimea bazinului şi are pante pronunţate până la 45°; de pe fundul acestei pâlnii pornesc conducte de evacuare a nămolului.

în figura 3.24. din Anexa 7 se prezintă decantoarele orizontale cu curăţire mecanică a nămolului care sunt în prezent tipizate, având caracteristicile din tabelul 3.24.

La decantorul cu curăţare hidraulică, fără pompare, se amena-jează o pantă transversală de minimum 5% spre rigola de colectare şi evacuare a nămolului. Aceasta va avea o pantă longitudinală care să asigure o viteză mai mare de l m/s pentru curgerea nămolului. Intrarea apei trebuie să se facă cât mai uniform şi pe întreaga suprafaţă a decantorului.

Pentru aceasta se foloseşte sistemul cu deflectoare (fig. 3.25.). Acest sistem se utilizează în special la decantoarele care folosesc coagulanţi, dându-se o formă specială acestor deflectoare, pentru a nu distruge flocoanele formate în bazinele de reacţie.

Se recomandă ca deflectoarele să fie calculate pentru viteze de 0,2-0,3 m/s şi pentru debite de 4-7 l/s m2, şi să fie aşezate la distanţe de 1,00-1,25 m pe orizontală şi verticală, uniform amplasate pe peretele frontal. Evacuarea apei decantate se face pe întreaga secţiune şi astfel încât să nu tulbure procesul de sedimentare.

Rezultatele cele mai bune s-au obţinut prin deversoare transver-sale pe întreaga lăţime a decantorului. Pentru a permite măsurarea lesnicioasă a debitului, la unele instalaţii s-au adoptat deversoare multiple triunghiulare.

92

Fig. 3.25. Detalii de sisteme de distribuirea apei îndecantoare prin deflectoare

a- secţiune longitudinală prin decantor;b- secţiune transversală prin decantor cu aşezarea defectoarelor; c- detaliu sferic;d- vedere în plan a unui decantor cu deflectoare cilindrice cu tuburi în

formă de T1. ţeava de oţel;2. bare de fixare a calotei;3. calotă din tolă de tablă.

In unele cazuri deversoarele pot fi prelungite şi în lungul pereţilor longitudinali, fără a se depăşi 1/7 -1/8 din lungimea totală a compartimentului de sedimentare. Colectarea apei decantate se poate face şi prin orificii sau fante înecate, amplasate sub nivelul stratului de gheaţă.

Pentru reţinerea corpurilor plutitoare se prevăd pereţi semi-scufundaţi la ieşirea din decantor, care însă nu trebuie să fie prea adânci, deoarece pot înrăutăţi procesul de decantare prin antrenarea particulelor depuse pe fundul decantorului.

În cazul decantoarelor longitudinale se utilizează de obicei sistemul de îndepărtare mecanică a depunerilor, printr-un raclor (fig. 3.26.) care străbate bazinul cu o viteză redusă (de obicei'« 1/2 din viteza curentului apei în decantor). Cursa activă a raclorului cores-punde cu sensul invers al curentului apei. Pentru ca raclorul să revină în poziţie normală de lucru, lama lui este scoasă din apă la partea din amonte şi parcurge bazinul până la punctul de ieşire unde este din nou introdusă Iama în apă. Viteza de parcurgere în afara cursei de lucru se ia de aprox. 30 ori viteza de curăţire.

Acelaşi dispozitiv poate fi utilizat la curăţirea mai multor compartimente, mutarea de pe un decantor pe altul făcându-se cu ajutorul unui pod transbordor.

S-au realizat şi decantoare orizontale suprapuse, aşa numitele „decantoare etajate".

Amenajarea acestui tip de decantoare se bazează pe faptul că încărcarea superficială a unui decantor (raportul dintre debitul orar şi suprafaţa orizontală a bazinului, a cărui valoare-limită superioară corespunde vitezei de sedimentare a particulelor) nu depinde de înălţimea acestuia. Rezultă că introducerea unuia sau mai multor planşee intermediare pe de o parte micşorează încărcarea superficială.

94 9

5

prin faptul că amplifică suprafaţa cu numărul de etaje, iar pe de altă parte înlesneşte separarea particulelor, prin reducerea distanţei care trebuie parcursă de acestea pentru a ajunge la suprafaţa de adeziune Din motive practice numărul planşeelor intermediare este limitat pentru a permite evacuarea depunerilor.

Avantajele acestor decantoare constau în economia de teren (reducere de 65 % în cazul decantoarelor cu 3 etaje şi de 75 % pentru cele cu 4 etaje) şi o mai redusă influenţare a procesului de decantare de către agenţii atmosferici, în schimb este mai complicată evacuarea depunerilor, care necesită şi un consum destul de mare de apă. procedeele de colectare mecanică a nămolului fiind dificil de aplicat.

3.2.4. Decantoare verticale

Decantoarele verticale sunt de formă cilindrică şi mai rar paralelipipedică, acoperite şi neacoperite, prin care apa circulă de jos în sus. Forma poligonală în plan se aplică în cazul în care se prevăd mai multe bazine cu pereţi comuni.

Decantoarele verticale se utilizează în locurile unde nu există spaţiu suficient şi numai în cazul instalaţiilor mici (până la * 15.000 nrVzi). Astfel de decantoare nu se mai construiesc în prezent, deoarece au] randamente scăzute.

3.2.5. Decantoare radiale

Decantoarele radiale au raportul D/H mai mare decât 6, iar curentul de apă este radial. de la cilindrul central spre periferie. Apa este colectată într-un jgheab aşezat pe conturul decantorului.

Aceste decantoare sunt în prezent tipizate având forma şi dimensiunile din figura 3.27. şi tabelul 3.25.Randamentul acestor decantoare este bun, deoarece viteza merge! descrescând, astfel că sedimentarea se face în condiţii mai bune. Decantoarele radiale se folosesc în special în instalaţii mari.

Colectarea depunerilor se face continuu înspre centrul construcţiei, cu ajutorul unui raclor, care are mărimea razei (sau uneori a diametrului) decantorului şi se mişcă în jurul centrului construcţiei.

96

Viteza de rotaţie a braţelor raclorului este mică, astfel încât să nu se deranjeze procesul de decantare. Această viteză este de ≈ l cm/s. n mod obişnuit se consideră ≈ 3 rot./h ca suficiente.

Raclorul este acţionat de un motor electric amplasat la centrul decantorului, în special la construcţiile mici (până la 20 m), sau motorul este amplasat la periferie deplasându-se pe o cale de rulare care în multe cazuri constituie chiar peretele decantorului, nefiind necesară în acest caz amplasarea unei şine speciale. Puterea motorului de antrenare a mecanismului este de 2 ÷ 4 kW.

Din partea centrală unde sunt adunate depunerile şi care mai adâncă, evacuarea nămolului se face prin pompare sau prin sifonare. Partea centrală are pereţii cu pante de ~ 45°.

Evacuarea nămolului se face uneori automatizat, intermitent, printr-o vană comandată electric de un dispozitiv de ceasornic. Deschiderea vanei se face la ~ 15 s.

Conducta de intrare a apei brute şi cea de golire a nămolulu sunt amplasate în galerii, sub .radierul decantorului, acoperite cu dale de beton.

Dimensionarea se face în funcţie de viteza de depuneresuspensiilor, care se stabileşte

experimental. Se calculează timpul de sedimentare:

T = h/v (s) h = adâncimea apei la ieşirea din decantor, care se ia de obicei

între l,50 şi 3,00 m; v = viteza de sedimentare (m/s)

Pe baza timpului de decantare se determină volumul util

al decantorului:

Q = debitul apei brute (mVs); T= timpul de sedimentare (s).

Diametrul cilindrului central este de 3-7 m (atunci când acesta nu serveşte drept bazin pentru reacţia cu soluţie de coagulant).

Panta fundului decantorului de la periferie spre centru este cuprinsă între 5 şi 10%, astfel încât la centru să nu depăşească

99

adâncimea H de 3 ÷ 5 m. Adâncimea totală se consideră cu 30 cm mai mare decât cea utilă (de calcul), pentru asigurarea spaţiului pentru depuneri.

In funcţie de elementele geometrice apreciate şi de volumul spaţiului calculat se stabileşte şi diametrul decantorului, care în gene-ral nu trebuie să depăşească 60 m, din cauza greutăţilor de execuţie a raclorului. După dimensionare se verifică raportul D/H care trebuie să fie mai mare de 6 şi viteza medie a apei care nu trebuie să depăşească 0,02 m/s.

Viteza medie la jumătatea traseului curentului de apă se determină cu următoarele formule:

D, d şi T sunt notaţii cu cele din formulele anterioare;rm = raza medie, de Ia centru până la mijlocul drumului parcurs

de curentul de apă până la periferia decantorului; secalculează cu formula:

Pentru distribuţia uniformă a apei din tubul central se prevăd dispozitive de distribuţie cu deflectoare, cu tuburi în formă de T, sau pereţi inelari amplasaţi în faţa orificiilor de distribuţie.

Decantoarele radiale au fost tipizate pentru diferite diametre de 16; 25, 30; 40 şi 45 m.

În figura 3.28. este dată o diagramă de dimensionare a decantoarelor radiale în funcţie de debit şi de timpul de decantare T determinat la acest paragraf.

La stabilirea tipurilor de decantoare s-a ţinut seama de necesitatea unui volum de decantare suplimentar de ~ 30 % care să compenseze neuniformitatea distribuţiei şi colectării apei în secţiunile normale de curgere.

3.2.6. Decantoare suspensionale

Decantarea suspensională are loc prin mişcarea ascendentă a apei, după introducerea coagulantului, printr-un strat de nămol format din flocoanele depuse anterior şi menţinut în suspensie, fie prin viteza ascendentă a apei, fie prin agitare mecanică. Limpezirea apei ca urmare a trecerii printr-un pat de flocoane menţinute în suspensie este un fenomen complex, care depinde de foarte mulţi factori, printre care: chimismul apei, pH-ul, calitatea flocoanelor (ca filtrabilitate, rezistenţă, mărime, formă, capacitate de adsorbţie, greutate), diluţia suspensiei, viteza şi temperatura apei. forma geometrică şi organizarea interioară a decantorului etc.

100 10

1

Limpezirea apei prin trecerea acesteia printr-un strat de suspensii este cunoscută încă de la sfârşitul secolului trecut, însă nu a început a fi utilizată pe scară industrială decât în ultimii 25 ani, găsindu-şi o largă aplicare în majoritatea staţiilor de tratare noi, ca şi în cazul modernizării] staţiilor vechi, prin reechiparea unor construcţii depăşite tehnic, în prezent se cunosc peste 100 tipuri de decantoare suspensionale, ce se l pot grupa, după principiul de funcţionare, în 4 grupe:

1) Decantoare suspensionale statice, în care menţinerea însuspensie a stratului se face prin curentul ascendent al apei; j

2) Decantoare suspensionale cu agitare mecanică a stratului desuspensii;

3) Decantoare suspensionale cu circulaţie de nămol;4) Decantoare suspensionale cu funcţionare discontinuă

(pulsatorie).

Principalele avantaje ale decantoarelor suspensionale:1) Calitatea mai bună a apei tratate, în comparaţie cu tipurile j

clasice de decantoare;2) Economie de coagulant, prin utilizarea coagulantului rema

nent în nămol şi a efectului adsorbant al flocoanelor dinstratul de nămol.

3) Economie de volum şi spaţiu, spaţiile pentru amestec şireacţie fiind încorporate în construcţia decantorului.

Dezavantajele decantoarelor suspensionale:1) Necesitatea unei supravegheri mai atente şi a unui personal

mai calificat;2) Dependenţa mai mare a performanţelor obţinute de corecta

dozare a reactivilor;3) Necesitatea amplasării, în anumite condiţii de climă, în

construcţii închise.

Domeniul de aplicabilitate a decantoarelor suspensionale este delimitat, orientativ, astfel:

1) Pentru ape a căror turbiditate, în mod obişnuit, nu scade pentru o perioadă mai îndelungată de timp. sub 50 grade, în scara silicei;

2) Pentru ape a căror turbiditate nu depăşeşte, în mod obişnuit,o perioadă mai îndelungată de timp, 1500 grade, în scarasilicei;

3) Pentru cazul în care coeficientul K de coeziune a nămoluluieste mai mare decât 0,80 m/h.

Depăşirea limitei inferioare a turbidităţii face neeconomică utilizarea decantoarelor suspensionale, apărând mai avantajoase alte scheme de tratare, eventual cu trecerea apei coagulante direct în filtre. Pentru ape cu turbiditate mai mare de 1500 grade, utilizarea decan-toarelor suspensionale apare de asemenea neeconomică, deoarece, pe de o parte, creşte mult capacitatea de apă ce se consumă pentru evacu-area nămolului, iar pa de altă parte concentratorul de nămol capătă o extindere prea mare în raport cu volumul total al decantorului. în asemenea cazuri se recomandă includerea în schema de tratare a unor predecantoare, care să reducă turbiditatea sub limita recomandată.

În cazul apelor la care coeficientul de coeziune a nămolului, rezultat prin coagularea suspensiilor, este sub limita recomandată, este necesar să se încerce utilizarea unor adjuvanţi, pentru corectarea proprietăţilor nămolului.

Problema adoptării decantoarelor suspensionale în schema de tratare a apei trebuie rezolvată pe baza unor studii de laborator sau chiar pe model şi prin compararea tehnico-economica a soluţiei cu alte soluţii tehnologice, în special când caracteristicile apei rezultate din studii sunt apropiate de limitele de economicitate sus menţionate.

Tipurile de decantoare suspensionale statice se caracterizează prin menţinerea în suspensie a stratului de depuneri, datorită curen-tului ascendent de apă. în general, fără ca acestea să fie obligatorii, aceste decantoare sunt dotate cu o cameră de reacţie centrală. Forma lor în plan este de regulă circulară, cu diametru sub 10 m, utilizându-se astfel pentru debite până la 100 l/s; pentru debite mai mari se adoptă forma dreptunghiulară, putându-se ajunge astfel până la capacităţi de 3000 l/s.

Decantoarele suspensionale statice produc adesea dereglări în stratul suspensional pe care viteze sporite ale apei îl expandează şi-1 antrenează, nedorit în sistemul de colectare a apei decantate.

102

103

Din acest motiv sistemul trebuie aplicat cu prudenţă numai în cazurile când nămolul are o bună coeziune (K ≥ O,7...0,8) şi când există un control riguros al debitelor de apă introduse în staţiile de tratare.

Tipurile de decantoare cu agitare mecanică se caracterizează prin faptul că sunt dotate cu racloare pe radier, care prin rotire lentă produc atât strângerea nămolului în başele circulare de concentrare şi evacuare, cât şi agitarea lentă a nămolului din stratul suspensional, pentru a-1 menţine în stare de suspensie. La acest tip de decantoare, care este utilizat în general pentru debite mari, Ia care rezultă diametre de peste 40m, nu există concentratoare propriu-zise de nămol, dis-tincte, neinfluenţate de mişcarea apei în decantor.

Decantoarele cu recircularea nămolului se caracterizează prin introducerea, prin curgere liberă, a nămolului din zona de decantare îni zona centrală, de unde este reluat prin pompare cu ajutorul unui" ejector sau a unui agitator şi reintrodus în zona de reacţie. Prin agitarea astfel creată flocoanele sunt menţinute în stare de suspensie. La decantoarele mari recircularea cu hidroejector nu a dat rezultate.

La aceste tipuri de decantoare există în majoritatea cazurilor un concentrator de nămol, ca zonă liniştită distinctă, în care flocoanele se depun gravitaţional.

Un avantaj al decantoarelor suspensionale cu recircularea nămolului constă în faptul că permit o variaţie destul de importantă a debitului de alimentare, fără ca aceasta să conducă la depunerea stratului suspensional şi deci fără a prejudicia calitatea apei tratate. Un alt avantaj constă în aceea că utilajele de amestecare, fie hidraulice, fie mecanice sunt reglabile, astfel încât permit modificarea debitului recirculat, adaptându-se uşor la diferite situaţii de exploatare.

Unul din cele mai răspândite tipuri de decantoare este cel de tip „Accelerator"', care are în general fundul plan, fiind prevăzut în interior cu o cupolă conică care delimitează în centru o zonă dublă de reacţie, inelul exterior constituind zona propriu-zisă de decantare.

În figura 3.29. din Anexa 8 este dată secţiunea unui decantor tip Accelerator.

Apa brută este adusă în canalul circular (de secţiune triun-ghiulară), amplasat în mijlocul bazinului; de aici apa trece în bazinul inferior, unde sunt introduse şi substanţele coagulante, realizându-se o agitare cu ajutorul unor palete care produc o mişcare verticală în apă. în continuare lichidul trece în bazinul superior, unde se introduce o nouă doză de coagulant, apoi ajunge în compartimentul exterior, unde se produce limpezirea, apa trecând prin stratul de suspensii şi evacuându-se prin jgheaburile periferice.

Viteza ascensională a apei în decantor este de 1,2 -M ,5 mm/s. O parte din apa tratată se reîntoarce în prima cameră de amestec şi reacţie, antrenând depunerile de pe fund, reintrând din nou în circuit.

Apa tratată, reintrodusă în circuit, are rolul de catalizator.Nămolul în exces este evacuat din camera de nămol la intervale

regulate printr-o vană acţionată de un mecanism de ceasornic.Volumul total al decantorului este egal cu debitul orar al apei

brute. Suprafaţa bazinului se calculează pentru o viteză ascensională de 0,8... 1,50 mm/s. Conţinutul în suspensii al apei decantate este mai mic decât 10 mg/1.

Caracteristica decantorului tip „Accelerator" este că spaţiul ocupat de camera de reacţie este mare, iar spaţiul de decantare propriu-zis este foarte mic în comparaţie cu decantoarele clasice.

Din categoria decantoarelor cu recirculare hidraulică a stratului de nămol sunt tipurile „Circulator" pentru debite mici, utilizate deopotrivă şi pentru dedurizarea apei.

Pentru dimensionarea decantoarelor suspensionale cu recircula-rea nămolului, în lipsa unor date rezultate din încercări pe model, se pot utiliza următoarele date:

1. Debitul recirculat: de la 3 la 4 ori debitul apei de tratat;2. Timpul de trecere prin stratul de suspensii: 20-40 minute;3. Viteza ascensională: 4-7 m/h;4. Grosimea stratului suspensional;5. Grosimea saltelei de apă: l,50-2,00 m;6. Distanţa dintre jgheaburile de colectare a apei decantate:

maximum dublul grosimii saltelei de apă;7. Diametrul orificiilor de colectare a apei: min. 10 mm.

104 105

8. Viteza în conductele de golire şi de nămol: min. 1.20 m/s (diametrul minim 100 mm).

Un decantor suspensional cu recirculare, în care se face şi o agitare mecanică a nămolului este cel din figura 3.30, utilizat cu bune rezultate de exemplu la staţia de tratare a municipiului Bucureşti, la Turnu Măgurele etc. La acest tip, folosit în general pentru debite mari, sistemele de colectare, recirculare şi evacuare a nămolului sunt mai complicate decât la alte tipuri, iar consumul de energie este mai mare.

Acest model de decantor este tipizat pentru diametrele de 18, 24, 42 şi 48. în tabelul 3.26. sunt date dimensiunile principale pentru tipodimensiunile intrate în uz D = 24; D = 34 şi D = 48 m.

În diagrama din figura 3.31. se determină tipodimensiunile acestor decantoare şi numărul de unităţi necesare în funcţie de debitul Q şi de viteza ascensională v.

106

Decantoarele cu viteză variabilă (pulsatorie) se bazează pe principiul introducerii intermitente, în şarje, a apei brute la baza stratului de nămol. La acest tip de decantor (figura 3.32.) apa brută este introdusă într-un corp central, de obicei cilindric, închis ermetic, unde prin realizarea unui anumit vacuum se obţine acumularea apei brute. La un anumit nivel (0,60-1,50 m peste nivelul apei din decantor) se deschide în mod brusc o vană care face legătura cu exteriorul, astfel încât întregul volum de apă acumulat în partea superioară a corpului central se goleşte într-un timp foarte scurt (~ 5-10 s). Umplerea şi golirea corpului central se succed la intervale regulate de ≈ 20-40 s.

109

Debitul pompei de vid este de aprox. 50 % din debitul apei ce se tratează. Viteza de golire a clopotului central se poate regla acţionând asupra vanei de legătură cu exteriorul.

Fig. 3.32. Schema decantorului tip Pulsator

jgheaburi de colectare a apei limpezite; pompă de vacuum;contacte electrice la nivel de deschidere şi închidere a vanei de legătură cu exteriorul a clopotului de vid; cameră de separare suspensională.

Un tip mai perfecţionat este „Pulsatorul cu plăci" care este echipat cu plăci plane sau ondulate, dispuse oblic în salteaua de apă (fig. 3.33.). Flocoanele mici, care mai sunt totuşi antrenate împreună cu apa din stratul suspensional, se depun pe aceste plăci, acumulându-se până când coeziunea dintre ele le permite să alunece pe plăci şi să cadă în stratul de nămol.

Fig. 3.33. Decantor suspensional tip „Pulsator cu plăci"

Decantorul „Pulsator" poate funcţiona cu viteze ascensionale de 2-3 ori mai mari decât cele uzuale la decantoarele statice. Datorită concentraţiei ridicate a patului de nămol (de 3-5 ori mai mare decât la decantoarele cu recircularea nămolului) şi a rolului său de tampon, o eroare în dozarea reactivilor sau o variaţie a pH-lui nu au consecinţe grave imediate în asemenea situaţii se constată o variaţie lentă a turbidităţii apei decantate, fără a se produce însă o antrenare masivă a flocoanelor de nămol în decantor.

123

45

ieşirea apei brute; ieşire apă decantată; evacuarea nămolului; plăci înclinate; deflectoare pe ţevile de distribuţie a apei brute;

6- clopot pentru realizarea pulsaţiilor;7- pompă de vacuum:8- supapă comandată la

atingereanivelului superior al apei în clopot;

9- dispozitiv de comandă a supapei.

110

1-2-

3-4-5-

intrarea apei brute;

6-clopot în care se formează 7-vidul;

8-plecarea apei limpezite;

3.2.7. Decantoare lamelare

Pe baza constatării că sedimentarea particulelor este mult înlesnită de mărirea suprafeţelor de depunere, de micşorarea spaţiului1

ce trebuie parcurs până la acestea ca şi de l am i n ar i zarea mişcării1

curentului de apă s-au realizat în ultimii ani, în mai multe ţări, aşa numitele „decantoare lamelare", a căror eficienţă s-a dovedit a fi foarte ridicată. Un decantor lamelar este alcătuit în principiu din mai multe grupuri de plăci plate paralele, amplasate la distanţe reduse unele de altele, printre care apa de decantat circulă de obicei de jos în sus.

Între principalele elemente ale sistemului (fig. 3.34.) existărelaţia:

În practică se foloseşte un singur etaj constituit din mai multe rânduri de plăci, înălţimea fiecărui pachet (etaj) de lamele este de 0,80-1,00 m, iar distanţa dintre plăci 4-8 cm. Pentru a se asigura autoevacuarea depunerilor, lamelele trebuie să aibă o înclinare faţă de orizontală între 52° şi 60° (când evacuarea are loc în mod continuu).

În unele instalaţii, în locul plăcilor plate, decantoarele au fost echipate cu grupuri de tuburi circulare sau de secţiune pătrată, hexagonală etc. executate din plăci de PVC de diferite profile (fig. 3.35.).

Grupurile de tuburi de la acest tip de decantoare, ca şi modulele de la cele lamelare pot fi utilizate, cu unele adaptări constructive, la îmbunătăţirea randamentului sau eficienţei multor decantoare de tip clasic.

Din tipurile de decantoare enumerate s-au pus la punct aparate de mare eficienţă şi productivitate cum sunt cele denumite: ultra-pulsatoare, tip Actiflo (decantoare pulsator cu module lamelare la care se pot adopta viteze ascensionale de 4-8 m/h) sau decantoarele lestate care pot funcţiona cu viteze ascensionale de peste 20 m/h; şi care în general fac obiectul unui patent.

112

Fig. 3.34. Schema de calcul avitezei de sedimentare la

decantoarele lamelare

3.3. Proiectarea tehnologică a construcţiilor pentru filtrarea apei

3.3.1. Date de bazăFiltrarea este procedeul de limpezire avansată a apei, constând

din trecerea acesteia printr-o masă de material poros denumit strat filtrant, ales în concordanţă cu scopul propus.

Filtrarea este utilizată ca ultimă treaptă de limpezire, atât pentru producerea apei potabile, cât şi în frecvente cazuri pentru tratarea apei

industriale.Prin această funcţie filtrarea are un rol esenţial în obţinerea

indicatorilor de calitate ai apei la nivelul exigenţelor solicitate.In anul 1804 s-a construit în Anglia primul filtru pentru

limpezirea apei având la bază un patent al lui James Peacock, obţinut în anul 1791 pentru filtrare printr-un strat de nisip.

Primul filtru cu funcţionare continuă este realizat tot în Anglia

în 1829 de James Simpson.

113

Fig. 3.35. Tipuri de lamele la decantoarele cu placi a - „tuburi" poligonale; b - placi ondulate.

În România primele filtre au fost realizate la Bucureşti în anul 1848 în cadrul „Stabilimentului fântânilor" care furniza apă din râul Dâmboviţa folosind ca strat filtrant lâna. Primele filtre lente de la Arcuda au intrat în funcţiune în anul 1889.

Procesul de filtrare rapidă a fost examinat din punct de vedere teoretic şi experimental, pentru prima oară în mod sistematic de R. Eliassen (1935- vezi bibliog. pct. 24).

De atunci numeroşi alţi specialişti au abordat problemele teoretice şi tehnice ale procesului şi instalaţiilor de filtrare pentru limpezirea apei, ceea ce a condus la progrese remarcabile în domeniul cunoştinţelor teoretice şi la o permanentă îmbunătăţire a filtrelor realizate.

În România s-au întreprins, în special după anul 1950, multiple cercetări fundamentale şi aplicative în institute specializate, şi s-au realizat o gamă întreagă de staţii de tratare cu filtre rapide majoritatea după proiecte întocmite de „Institutul de Studii şi Proiectări pentru Sistematizare Locuinţe şi Gospodărie Comunală (ISLGC)", lucrări care asigură în prezent alimentarea cu apă a tuturor localităţilor impor-tante şi a multor obiective industriale, care au surse de suprafaţă.

Pe baza studiilor şi cercetărilor întreprinse în ultimii 25 ani s-au proiectat şi realizat staţii de tratare de mare capacitate cu debite de până la 4-6 m3Vs şi s-au pus la punct tehnici avansate de filtrare cum sunt acelea ale filtrelor de contact şi ale filtrelor cu dublu curent.

în ansamblul proceselor de limpezire a apei operaţia de filtrare are o pondere valorică de 30-50 %.

Filtrarea trebuie privită ca o componentă esenţială, dar nu unic determinantă, a ansamblului de procese necesare pentru limpezirea apei de suprafaţă; ea este menită ca în condiţii favorabile, create de procesele anterioare de tratare a apei, în principal coagularea suspen-siilor şi decantarea acestora (se reţine cea. 90-95% din suspensii), să desăvârşească, să finiseze această tratare.

Factorii care influenţează şi definesc procesul complex al limpezirii apei prin filtrare pot fi grupaţi după:

l. Caracteristicile dispersiilor care se filtrează: natura, mări-mea, concentraţia şi starea de agregare a acestora în apă.

114

2. Caracteristicile mediului filtrant: natura, mărimea şi formagranulelor, structura, porozitatea şi grosimea stratului filtrant.

3. Condiţiile hidrodinamice ale filtrării: viteza de filtrare,temperatura apei, pierderile de sarcină, regimul de curgere şivariaţiile acestora în decursul unui ciclu.

În Anexa 9 se prezintă procesul de filtrare şi factorii determinanţi.

3.3.2. Criterii pentru alegerea parametrilor tehnologici şi constructivi ai staţiilor de filtrare

Proiectarea staţiilor de filtrare a apei trebuie să fie fundamentată pe o cunoaştere detaliată a caracteristicilor fizico-chimice şi biologice a apei brute şi a variaţiei acestora în timp. Sunt necesare în acest scop studii hidrochimice conform legislaţiei în vigoare care să cuprindă cel puţin o perioadă de un an. Aceste studii au menirea să stabilească comportarea apei în procesele de tratare prealabilă (deznisipare, coagulare, decantare) şi totodată să furnizeze date cu privire la indicatorii care caracterizează procesul de filtrare şi în special: potenţialul zeta, indicele de filtrabilitate pH, coeficientul de coeziune, natura, concentraţia şi comportarea în procesul de filtrare a substanţelor organice (vezi Anexa 9).

3.3.2.1. Influenţa concentraţiei suspensiilor la intrarea şi ieşirea

din staţia de filtrare.În cazul apei destinate consumului populaţiei, turbiditatea la

ieşirea din filtre trebuie să fie sub 5 grade. De regulă filtrele care funcţionează în bune condiţii livrează apă cu turbidităţi de cel mult 1-2 grade, în mod excepţional se admit pentru apa potabilă turbidităţi până la 5 UNT (legea 458). O condiţie esenţială pentru ca staţia de filtrare să funcţioneze în mod corespunzător este aceea a asigurării unor limite maxime ale concentraţiei suspensiilor la intrarea în filtre, în mod curent sub 10-15 mg/dm şi, în mod excepţional, numai pe perioade scurte, de 20-30 mg/dm

Durata ciclului de filtrare scade substanţial odată cu creşterea turbidităţii peste 10 grade, în figura 3.36. sunt date curbele de variaţie

115

Fig.3.36. Curbele de variaţie a duratei ciclului de filtrare înfuncţie de turbiditatea T„ a apei la intrarea în filtru

l - pentru strat filtrant 0,5-1,0 mm2- pentru strat filtrant 1,0-1,5 mm

În cazul straturilor filtrante fine şi medii examinate se remarcă scăderi ale duratei ciclului de filtrare de la 30 la 10 h, pentru creşteri ale turbidităţii în apa brută cu aprox. 12 respectiv 23 grade.

Odată cu reducerea duratei ciclului scade productivitatea specifică şi deci randamentul general al instalaţiei; exploatarea se scumpeşte datorită spălărilor mai frecvente şi creşte consumul de apă pentru nevoi tehnologice.

Deci aici decurge atenţia ce trebuie acordată asigurării unei bune coagulări şi a unei decantări până la limitele de turbiditate indicate mai înainte, turbiditatea apei decantate trebuie să fie de regulă < 5NTU.

În cazul în care datorită condiţiilor naturale ale apei la sursă, unde pot interveni viituri şi frecvente măriri ale turbidităţii care nu poate fi redusă în mod corespunzător până la intrarea în filtre, se va avea în vedere utilizarea unor straturi filtrante cu granulometrie medie-mare (1,0-2,0 mm) mai puţin sensibile la astfel de creşteri accidentale ale turbidităţii.

116

De asemenea, pentru astfel de situaţii pot să fie introduse în schema generală a alimentării cu apă bazine de stocare de apă brută, având în funcţionare normală şi rol de predecantoare şi servind în caz de degradare a calităţii apei la sursă ca rezervoare de apă brută pe durata de viitură (în general aceste bazine trebuie să aibă volume corespunzătoare consumului pentru 2-5 zile).

Mai puţin utilizate, dar cu acelaşi rol de a proteja filtrele împotriva unor colmatări rapide datorită turbidităţilor mărite din apa decantată, sunt prefiltrele care funcţionează cu viteze sporite pe straturi filtrante cu granulometrie mare (2,0 - 1,0 mm).

3.3.2.2. Alegerea naturii compoziţiei granulometrice şi grosimii stratului filtrant

a. Natura materialului filtrantîn tehnica filtrării apei se utilizează ca material filtrant, în marea

majoritate a cazurilor, nisipul cuarţos.Acest nisip trebuie să îndeplinească condiţii speciale de calitate

care sunt prevăzute în STAS 1712. El trebuie să conţină cel puţin 98% silice şi cel mult 0,5% materii organice.

În România acest material se procură din carierele de la Făget, Aghireş - Cluj, Băicoi şi din cariere locale ale anumitor staţii de tratare.

În anumite cazuri utilizând tehnici speciale de filtrare mai sunt folosite ca strate filtrante şi alte materiale ca antracitul granulat, polistirenul expandat, cocsul granulat, diatomita, marmură granulată, cărbunele activ granulat.

Antracitul, materialul cel mai frecvent folosit la filtrele cu dublu strat, se recomandă a fi foarte dur cu următoarele proprietăţi: greutate specifică între 1,6 şi 1,7 t/m3, greutate volumetrică între 0,7 şi 0,9 t/m3

procent de cenuşă < 5-10 %, conţinut de sulf < 3 %, să se sfărâme prin concasare în granule de formă cubică.

Toate materialele filtrante, inerte din punct de vedere chimic faţă de apa ce se filtrează şi neavând proprietăţi absorbante se comportă identic din punct de vedere al eficienţei de filtrare dacă granulometria şi geometria particulelor sunt identice.

pentru ciclurile de filtrare pe sorturile de nisip fin 0,5 - 1,0 mm şi nisip mediu 1,0 - 1,5 mm cu grosime de 1,0 m şi viteze de 7 - 10 m/h.

Utilizarea straielor filtrante de antracit, cocs şi polistiren expandat se face în special în cazul filtrelor multistrat, ca urmare a

faptului că ele nu se amestecă cu stratul de bază din nisip cuarţos datorită diferenţei de masă specifică.

Diatomita se utilizează în filtre de treapta a doua pentru obţinerea unor ape cu exigenţe speciale de limpiditate.

Antracitul şi marmura se pot folosi pentru filtrarea apei indus-triale în cazul în care se cere ca apa tratată să nu conţină urme de siliciu.

Cărbunele activ este folosit ca material filtrant în general în filtre de treapta a doua când se urmăreşte reţinerea prin adsorbţie a anumitor compuşi organici oxidaţi în prealabil cu ozon, a anumitor gaze dizolvate în apă sau a urmelor de produse petroliere.

b. Compoziţia granulometrică şi grosimea stratului filtrant. Elementele geometrice ce caracterizează granulometria stratului filtrant, definite în Anexa 9 sunt: compoziţia granulometrică, coefici-entul de uniformitate, diametrul eficace, diametrul echivalent, forma granulelor şi grosimea stratului filtrant.

Alegerea compoziţiei granulometrice, care trebuie corelată cu grosimea stratului filtrant, se face ţinând seama de o serie de conside-rente de ordin tehnologic şi economic ce vor fi analizate în continuare.

În prezent se utilizează ca strate filtrante în special materialele monogranulare cu limite apropiate între dimensiunile extreme ale granulelor.

Aceasta este o cerinţă obiectivă care s-a impus datorită neajun-surilor ce le creează utilizarea stratelor eterogene în care materialul fin este adus în timpul spălării la suprafaţa stratului filtrant. Drept urmare în cursul filtrării se produc colmatări accentuate în această zona, reducerea duratei ciclurilor şi scoaterea prematură din funcţiune 8 filtrului.

18

Dintre aceste strate s-au impus în special sorturile 0,8-1,25 şi l 0-1,5 mm, cu grosimi de strat de 1,00-1,20 m, care asigură o filtrare eficientă şi cicluri cu durată de peste 20-30 h.

La aceste sorturi pierderile de sarcină iniţiale la viteze de 7-12 m/h sunt de ordinul a 10-30 cm, iar spre finele ciclului de filtrare, după 20-30 h de funcţionare pot ajunge la 30-90 cm. Evoluţia în timp a pierderii de sarcină este de tip liniar.

Pierderile de sarcină în sorturile de nisip mai fine evoluează în timp după o curbă exponenţială, în figura 3.37. din Anexai O sunt date curbele de pierdere de sarcină pentru sorturi de nisip fin, mediu şi grosier, pentru viteze iniţiale de filtrare de 12 şi 7 m/h, la diferite grosimi pe strat filtrant.

Parametrii tehnologici de bază ai unui filtru sunt debitul şi calitatea filtratului.

Debitul ce se filtrează are tendinţa să scadă în decursul ciclului de filtrare dacă se menţine presiunea de lucru constantă. Această scădere se datorează creşterii rezistenţelor hidraulice în materialul filtrant datorită colmatării acestuia cu suspensii.

Colmatarea progresivă a materialului filtrant se măsoară prin pierderea de sarcină.

În figura 3.38. se poate urmări evoluţia curbei de presiune în interiorul unui filtru rapid cu curent descendent pe parcursul ciclului de filtrare.

De la nivelul superior al stratului filtrant, la începutul ciclului de filtrare, pierderile de presiune cresc liniar spre baza stratului filtrant, fiind aplicabilă legea de curgere după relaţia Darcy. Presiunea la nivelul sistemului de drenaj va fi pi iar pierderea de sarcină corespunzătoare ht - p0. Presiunile variază în strat după dreapta fapa a cărei înclinare depinde numai de granulometria stratului şi de viteza de filtrare.

Datorită mecanismului de depunere a suspensiilor în straturi elementare succesive din mediul filtrant la timpul t1 de la începutul ciclului de filtrare o anumită porţiune NI din stratul filtrant va fi într-o stare de colmatare la limita de echilibru. Nivelul I poartă denumirea de Afront de filtrare" la timpul ti.

121

În acest strat superior presiunile variază după curba f1f0. în porţiunea IP a stratului filtrant, sub nivelul I al frontului de filtrare, nisipul fiind curat, variaţia presiunilor va fi liniară după dreapta fp, paralelă cu f<£>0. Pierderea totală de sarcină prin stratul filtrant este h, - p,.

Porţiunea IP din stratul filtrant rămasă necolmatată conferă siguranţă filtrării din punct de vedere calitativ. Suspensiile reţinute deasupra nivelului l al frontului de filtrare nu pot fi antrenate în filtrant. Această porţiune se recomandă să nu se reducă sub grosimea minimă de 30 cm.

Totodată pe curba de presiune nu trebuie să existe nici o secţiune în care presiunea să fie sub presiunea atmosferică.

În anumite cazuri când presiunea de lucru a filtrului sau grosimea stratului filtrant nu corespund cerinţelor hidrodinamice ale filtrării aceste două condiţii nu sunt respectate, în special către finele ciclului de filtrare, după cum se va arăta în continuare.

Frontul de filtrare coboară în decursul perioadei de filtrare spre baza stratului filtrant. Când acest front ar ajunge în poziţia v din figura 3.38., astfel încât curba de presiune din stratul filtrant ar fi f0fv

intersectând axa ordonatelor în punctele l şi 2. cu toate că presiunea la ieşirea din filtru ar fi pozitivă, cu valoarea pv, pe porţiunea între l şi 2 stratul filtrant s-ar găsi sub vid. Această situaţie este inadmisibilă întrucât perturbă echilibrul hidrodinamic al suspensiilor reţinute în stratul filtrant şi ea trebuie corectată prin mărirea corespunzătoare a presiunii de lucru a filtrului, respectiv a înălţimii stratului de apă.

O altă situaţie limită la finele ciclului de filtrare ar fi aceea când frontul de filtrare s şi deci punctul fx s-ar găsi într-o poziţie virtuală sub nivelul inferior al stratului filtrant. Acest caz reflectă situaţia în care cu toate că filtrul mai are o rezervă de presiune pentru a livra debitul solicitat (pierderea de sarcină este sub cea disponibilă), el este scos din funcţiune datorită deteriorării calităţii filtrantului, în acest caz corecţia se face prin mărirea grosimii stratului filtrant astfel încât frontul de filtrare la finele ciclului să se găsească pentru motive de securitate a calităţii filtrantului cu cel puţin 30 cm peste nivelul

sistemului de drenaj.Când sunt îndeplinite ambele condiţii arătate mai înainte filtrul

poate asigura atât calitatea de apă cerută, cât şi debitul scontat, dispunând pentru aceasta de o gardă de strat filtrant necolmatat şi respectiv de presiunea de lucru corespunzătoare vitezei de filtrare.

Ciclul de filtrare trebuie oprit, în vederea spălării, după timpul T\ când turbiditatea apei tinde să depăşească limita admisibilă (de

exemplu 5 grade SiO2).De asemenea, ciclul de filtrare este limitat la o perioadă TI în

care se atinge pierderea de sarcină maximă admisibilă în filtru Hmax.

123

122

Cazul când T2 < T1, dar valorile lor sunt apropiate, corespunde filtrului optimizat din punct de vedere tehnologic. Curba granulo-metrică a stratului filtrant, grosimea acestuia şi a stratului de apă asigură atât calitativ, cât şi cantitativ procesul de filtrare, pentru caracteristicile date ale apei la intrarea şi ieşirea din filtru.

Apa care intră în filtru nu are caracteristici constante. Schimbarea acestora în timp, în special datorită temperaturii, stării de coeziune a suspensiilor, a puterii lor colmatate poate avea repercusiuni determinante în privinţa raportului între duratele T1 şi T2 menţionate.

Dacă suspensiile ce trebuie reţinute se află într-o stare de coeziune puternică şi ele se fixează solid pe stratul filtrant, reţinerea lor se va face în suprafaţa stratului filtrant colmatând-o într-un timp relativ scurt. T2 se reduce simţitor atingându-se prematur pierderea de sarcină maximă disponibilă Hmax. Filtrul trebuie spălat cu toate că el ar mai putea livra, în continuare apă de calitatea cerută.

Dimpotrivă, dacă suspensiile coagulate au o coeziune şi putere de fixare redusă, depunerile acestora în stratul filtrant se fac prin avansarea rapidă a fronturilor de filtrare, astfel încât stratul filtrant este traversat într-un timp Tt relativ scurt şi calitatea filtrantului se degradează. Filtrul trebuie oprit şi spălat cu toate că el ar mai avea posibilitatea de a livra debitul solicitat ca urmare a pierderii de sarcină rămasă încă disponibilă.

Rezultă că pentru a alege un strat filtrant este necesar ca în prealabil să fie efectuate cercetări privind efectul de coagulare a suspensiilor din apă, caracterizat prin limitele ce pot fi obţinute în perioada de exploatare pentru coeficientul de coeziune K. Acestea dau în linii mari orientarea asupra sortului de material filtrant indicat.

în figura 3.39. este arătată o corelaţie orientativă între coeziunea K care se poate obţine prin coagulare Ia o anumită apă brută şi caracteristica dw a materialului filtrant pentru care se obţine productivitatea maximă pe ciclu (condiţia T1 = T2).

Pe de altă parte, grosimea stratului filtrant şi înălţimea minimă necesară de apă trebuie stabilite prin testarea procesului de filtrare în conformitate cu cele arătate mai înainte, trasând curbele caracteristice ale presiunii şi pierderilor de sarcină prin filtru după cum este indicat

în figura 3.38., curbe care să ateste, funcţie de posibilităţile reale de agregare (coroziune) a particulelor ce urmează a fi reţinute în filtre, siguranţa în privinţa nedepăşirii gărzilor de siguranţă pentru calitatea filtratului şi pierderea de sarcină arătate mai înainte.

Fig. 3.39. Corelaţia orientativă a coeficientului de coeziune Kcu granulozitatea stratului filtrant (diametrul eficace d]0),

pentru asigurarea productivităţii maxime a filtrului(condiţia f, = T2)

Repartiţia pe înălţime în stratul filtrant a pierderilor de sarcină arată că în timp ce pentru sorturile cu granulozitate medie - mare, peste 1,0 mm, distribuţia acestor pierderi este mai uniformă (50% din pierderea de sarcină se produce până la adâncimi ale stratului de 25-30 cm), la sorturile cu nisip fin, sub l mm, peste 80% din pierderea de sarcină, se produce la suprafaţă până la 5 cm adâncime.

Aceasta indică o distribuţie mai uniformă a suspensiilor pe toată înălţimea stratului filtrant monogranular mediu şi explică capacitatea lui sporită de reţinere şi productivitatea mai mare a ciclurilor de filtrare ce se obţin, în tabelul 3.28. din Anexa 11 sunt comparate 3 sorturi de nisip filtrante din punct de vedere al productivităţii, pierderilor de sarcină şi variaţiei vitezelor de filtrare.

124 12

5

Calitatea filtratului, în condiţiile unei corecte coagulări şi decantări prealabile a apei, nu este influenţată esenţial de granulo-zitatea stratului filtrant. Diferenţele de turbiditate ale filtratului în aceste condiţii pentru diferitele sorturi de material filtrant pot fi de cel mult 2-3 grade.

Sorturile de nisipuri mai mari, de exemplu 1,5-2,5, cu grosimi de 120 cm se comportă corespunzător în procesul de filtrare atâta timp cât nu apar depăşiri ale turbidităţii apei la intrare peste 30 grade SiO2, asigurând în aceste condiţii cicluri de peste 36 h de funcţionare. La aceste sorturi pot însă apare anumite perturbaţii datorită modificărilor bruşte ale condiţiilor hidrodinamice (viteză de filtrare şi nivel al apei pe filtru). La sortul 1,0-1,5 aceste influenţe sunt mult atenuate.

Forma granulelor materialului filtrant poate fi apropiată de cea sferică, în cazul nisipurilor de carieră sau de balastieră, sau colţuroasă, pentru nisipul de concasaj.

La nisipuri cu aceeaşi compoziţie granulometrică se constată pierderi de sarcină mai reduse la granulele de concasaj care prezintă forme mai neregulate decât la nisipurile cu granule rotunjite.

Calitatea filtratului este însă mai bună la materialele filtrante cu granule rotunjite. Pentru a obţine o calitate similară în cazul nisipu-rilor de concasaj este necesară să se recurgă la sorturi cu diametrul eficace mai mic.

Reţinerea substanţelor organice nu este influenţată esenţial de granulozitatea stratului filtrant. Nisipurile fine par a avea un efect de reducere a oxidabilităţii mai important în prima perioadă a ciclului de filtrare, acest efect dispărând însă când se compară mediile pe ciclu.

Grosimea stratului filtrant este condiţionată de compoziţia granulometrică a acestuia.

Indicele de penetrabilitate, care este invers proporţional cu grosimea stratului filtrant are, pentru sortul de nisip 1,0-1,5 mm, la viteze de filtrare de 6-7 m/h, valori de 0,5-1,3 la începutul ciclului de filtrare şi 2,0-3,5 la finele ciclului.

În figura 3.40. este dată variaţia acestui indice pentru 3 sorturi de nisip, având grosimea stratului filtrant de 80 cm, pentru cicluri de filtrare începute cu viteze de 12 m/h.

Fig. 3.40. Variaţia indicelui de penetrabilitate B (grosimea stratului filtrant 80 cm, viteza iniţială de filtrare 12 m/h)

1 nisip 0,5-1,0 mm;2 nisipl,0-l,5 mm;

Pentru a reduce indicele de penetrabilitate în cazul nisipurilor cu granulozitate peste 1,5 mm este necesar să se adopte înălţimi ale stratului filtrant de 1,30-1,50 m.

Dimpotrivă, la nisipurile sub l mm indicii de penetrabilitate cu valori reduse permit adoptarea unor înălţimi de strat filtrant sub l m

(0,60-0,80 m).Sorturile de nisip 0,8-1,25 şi 1,0-1,5 se situează într-o poziţie

intermediară, înălţimile de strat filtrant optime fiind situate între 1,00şi l,20 m.

Indicaţiile arătate au un caracter de orientare generală, pentru staţiile de tratare importante fiind necesare studii speciale pe staţii pilot care să precizeze atât compoziţia granulometrică, cât şi dispoziţia

126 12

7

3 nisip 1,5-2,5 mm

generală a filtrului în ceea ce priveşte grosimea stratului filtrant şi înălţimea stratului de apă după considerentele de ordin tehnologic expuse în acest paragraf.

3.3.2.3. Viteza de filtrare şi reglajul funcţionării filtrelor

a. Tehnologia de filtrare cu viteză variabilăIn ultimele două decenii asupra modalităţii de exploatare a

filtrelor rapide s-au produs importante mutaţii de la concepţia şi principiul de funcţionare cu debit constant, la aceea a utilizării în cursul unui ciclu de filtrare a vitezelor variabile, mai mari la începutul filtrării şi mai reduse către finele ciclului.

Această modificare a tehnologiei de filtrare a fost fundamentată în decursul ultimei perioade de timp prin studii teoretice şi aplicative atât în străinătate cât şi la noi în ţară, astfel încât în prezent problema este pe deplin elucidată atât sub aspectul implicaţiilor tehnologice, cât şi sub raport economic.

Intre volumul ocupat de suspensiile reţinute în filtru, variabil de-a lungul ciclului de filtrare, care condiţionează direct atât creşterea pierderilor de sarcină, cât şi a vitezelor reale de curgere în mediul poros, pe de o parte şi între menţinerea prin reglaj a unei viteze aparente de filtrare constantă există o evidentă contradicţie.

Menţinerea debitului constant pe durata ciclului de filtrare are următoarele influenţe nefavorabile asupra procesului de filtrare:

1) Permite, prin limitarea vitezelor iniţiale, depunerea suspensiilor în special în stratul superficial al filtrului care secolmatează prematur.

2) Împiedică în consecinţă pătrunderea suspensiilor în profunzimea stratului filtrant care este incomplet utilizat.

3) Creează pierderi de sarcină suplimentare datorită aglomerărilor de depuneri în stratul superficial.

4) Obligă o creştere permanentă a vitezei reale de curgere înmediul filtrant pe măsură ce se produc depunerile desuspensii.

5) Produce perturbări ale echilibrului hidrodinamic din mediul filtrant, prin reglările necesare pentru mărirea vitezei reale de curgere în vederea menţinerii debitului constant; aceste reglaje, manuale sau automate, sunt în principal factorul ce conduce la degradarea calitativă a filtrantului prin antrenarea suspensiilor depuse în filtru, în special spre finele ciclului.

Pe lângă aceste neajunsuri tehnologice, menţinerea debitului constant, reclamă un aparataj special de reglare şi întreţinere a acestuia.

Prin trecerea la tehnologia de filtrare cu debit (viteză) variabil pe parcursul ciclului, neajunsurile enumerate sunt eliminate.

Utilizând viteze mai mari la începutul filtrării suspensiile sunt antrenate în profunzimea stratului filtrant. Acesta este utilizat mai complet, iar pierderile de sarcină capătă o distribuţie mai uniformă pe înălţimea filtrului.

Vitezele de filtrare descresc spre finele ciclului adaptându-se astfel, în mod logic, la capacitatea mai redusă de filtrare din această

perioadă.Vitezele reale de curgere în mediul filtrant se autoreglează în

funcţie de rezistenţele hidraulice variabile în timp cu gradul de colmatare al stratului filtrant, în acest mod se elimină perturbările aduse de schimbarea regimului hidrodinamic de curgere, din filtrele cu debit constant. Calitatea filtrantului se îmbunătăţeşte.

Studiile comparative asupra celor două tehnologii de filtrare arată că sub toate rapoartele filtrarea cu viteză variabilă prezintă

indicatori mai buni.În tabelul 3.29. din Anexa 12 se dau, cu privire la cele arătate, o

serie de date comparative, extrase după experimentări.

b. Reglajul funcţionării filtrelor cu viteză variabilă

La filtrele cu viteză variabilă apare necesitatea limitării vitezei iniţiale de filtrare la cea stabilită prin proiect. Aceasta se poate realiza m principal în două moduri: prin limitarea înălţimii iniţiale a stratului apă pe filtre (în general la 40-60 cm) urmând ca acest nivel să

128 129

crească odată cu creşterea pierderilor de sarcină, sau prin introducerea unui reglaj a nivelului de apă pe filtru.

Pentru a rămâne constant acest nivel comandă, prin dispozitive speciale, care introduc rezistenţe hidraulice suplimentare pe conducta de ieşire a apei filtrate.

La cuvele de filtrare mici (sub 12-16 m2) se pot introduce pe conductele de apă filtrată vane cu acţionare manuală care se reglează o singură dată la probele tehnologice, pentru a limita viteza iniţială de filtrare la cea prescrisă.

Eficienţa tehnologică a reglajului cu nivel de apă constant pe filtre este mai bună, fără însă ca diferenţele să fie semnificative faţă de cea a reglajului cu nivel variabil ascendent.

c. Programarea ciclurilor de filtrare

La filtrarea cu viteză variabilă fiecare filtru din cadrul staţiei de filtrare produce un debit qx variabil în decursul ciclului de filtrare în limitele q, - qt. Dacă variaţia debitului, care este proporţional cu viteza de filtrare, este de tip liniar, cazul curent pentru condiţiile procesului tehnologic în filtrarea apei, la momentul tx de la începutul ciclului de filtrare de durată T debitul unui filtru va fi:

Deci suma timpilor de funcţionare la cele n filtre de la începutul

fiecărui ciclu de filtrare până la momentul considerat, trebuie să fie jumătate din produsul dintre numărul filtrelor şi durata Ta unui ciclu.

Această condiţie poate fi îndeplinită numai în cazul decalării în

timp a ciclurilor de filtrare cu perioade

De aceea, spălarea consecutivă a filtrelor trebuie să se facă

riguros la intervale egale ts.

d. Vitezele de filtrare şi optimizarea duratei ciclurilor de filtrare

Filtrarea cu viteză variabilă a permis să se mărească vitezele de filtrare ajungându-se la o creştere a productivităţii filtrelor rapide în limitele de 6,00-7,50 m3/m2 • h.

Vitezele de filtrare iniţiale depăşind 10 m/h conduc la scăderea mai rapidă a vitezelor în timp şi deci la diminuarea ciclului de filtrare. La aceste viteze se remarcă de asemenea o diminuare a siguranţei indicatorilor de calitate.

În consecinţă, vitezele de filtrare iniţiale v, se aleg în domeniul 6-9 m/h, spre limita superioară la straturi filtrante cu granulozitate peste l mm şi spre cea inferioară la nisipuri fine sub l mm.

Variaţia în timp a vitezelor de filtrare joacă un rol economic important în determinarea duratei optime Te a ciclurilor de filtrare.

Se poate admite că în special în prima parte a ciclurilor de filtrare viteza de filtrare are o variaţie de tip liniar, în figura 3.41. sunt date curbe de variaţie de acest tip ale vitezelor pentru 3 sorturi de

nisip.În ipoteza admisă, productivitatea medie a filtrului se poate

stabili, din figura 3.42., astfel:

1) Volumul de apă produs pe l m2 suprafaţă filtrată pe un ciclu

de durată T,

vt = viteza de filtrare iniţială (m/h);

vx = viteza de filtrare în m/h după 7V (h);tx - durata de întrerupere a ciclului de filtrare, în timpul spălării

filtrului (pentru calcule curente t, = 0,4 h);

131130

Dar suma debitelor qx furnizate de cele n filtre la fiecare moment tx trebuie să corespundă cu debitul nominal al întregii

Vs = volumul de apă consumat pe l m2 de filtru la o spălare, (f„calcule curente Vs = 7 m3);

vx = poate fi stabilit în funcţie de timpul T, de la începutulciclului de filtrare la care viteza iniţială scade cu 20 %.

calculând δFm/δTx= O, se explicitează durata Tx care corespunde ciclului cu durata optimă Tc, între două spălări, la care rezultă productivitatea medie maximă a filtrului:

în cazurile examinate din figura 3.41. duratele optime TL ale ciclurilor de filtrare rezultă:

- pentru nisipul 0,5-1,0 mm, având T= 8 h, Tc, = 9 h;

- pentru nisipul 1,0-1,5 mm, având T= 19 h, Te= 15 h;

-pentru nisipul 1,5-2,5 mm, având T= 26 h, Tc = 17 h.

Dacă în cazul examinat se prelungesc ciclurile de filtrare cu de două ori duratele Te rezultate ca optime, respectiv Ia 18, 30 şi 34 h, productivitatea staţiei de filtrare scade cu 5 %, iar dacă ciclurile se adoptă egale cu timpii T la care vitezele scad cu 20 % din cele iniţiale scăderea de productivitate este < l %.

Alegerea granulozităţii şi grosimii stratului filtrant, a înălţimii stratului de apă şi a vitezei iniţiale de filtrare trebuie să fie astfel făcute încât viteza iniţială de filtrare v, să nu se reducă în interval de 20-24 h cu mai mult de 20 %.

În acest caz durata ciclurilor de filtrare poate fi adoptată fără alte calcule tehnico-economice numai pe considerente de nedepăşire a calităţii filtrantului şi pierderilor de sarcină maxime admise.

132

133

3.3.2.4. Alegerea intensităţilor şi tehnologiei de spălare a filtrelor rapide

a. Rolul şi modalităţile de spălare

Un rol primordial în buna funcţionare tehnologică a filtrelor rapide îl are spălarea eficientă a acestora. Operaţia de spălare, prin durata sa (care întrerupe ciclul productiv al filtrării) şi prin cheltuielile importante de exploatare, reprezentate de consumul de apă şi consu-murile de energie electrică de pompare, constituie un element care influenţează în mare măsură productivitatea şi eficienţa economică a filtrării.

La terminarea ciclului de filtrare prin atingerea pierderii de sarcină maximă admisibilă sau deteriorarea calităţii filtrantului, stratul filtrant se află la limita capacităţii de reţinere şi se impune ca suspen-siile reţinute să fie evacuate din filtru.

Spălarea filtrelor se face, de regulă, prin trecerea unui curent de apă în sens invers sensului de filtrare, care, însoţit în faza incipientă de o barbotare cu aer, agită masa granulară a stratului filtrant şi antre-nează suspensiile reţinute, pe care le evacuează prin deversoare şi rigole situate la partea superioară a filtrului.

În continuare se tratează problema spălării filtrelor rapide cu funcţionare intermitentă, operaţia de spălare fiind efectuată prin oprirea ciclului de filtrare.

Regenerarea filtrelor lente, precum şi spălările filtrelor cu funcţionare continuă sau a unor tipuri de filtre speciale, vor fi expuse odată cu tehnologiile de filtrare respective.

Spălarea stratului filtrant are de îndeplinit următoarele funcţii:1. Desprinderea particulelor de suspensii reţinute prin adsorbţie

fizică sau coalescenţă pe granulele din strat.2. Evacuarea acestora împreună cu nămolul reţinut în inter-

spaţiile materialului filtrant prin efectele de sedimentare şisitare.

3. Evacuarea apei încărcată cu nămolul spălat, din spaţiul dedeasupra stratului filtrant.

b. Condiţiile care trebuie îndeplinite în procesul de spălare

Pentru a-şi îndeplini funcţiile menţionate şi a corespunde şi din punct de vedere al eficienţei economice, procesul de spălare trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:

1) Spălarea trebuie să se facă uniform, cu aceleaşi intensităţi deaer şi apă, pe toată suprafaţa filtrului, efect ce se obţineprintr-o alegere adecvată şi o corectă execuţie a sistemuluide distribuţie a apei şi aerului de spălare; intensităţile despălare între punctele extreme ale suprafeţei filtrante nutrebuie să difere cu mai mult de 5 %.

2) O colectare riguros uniformă a apei de spălare, care se obţineprin execuţia deversoarelor rigolelor de colectare cu toleranţe maxime de ± 2 mm faţă de un plan orizontal.

3) Desfăşurarea procesului de spălare trebuie să evite antrenareasuspensiilor reţinute la diverse niveluri din stratul filtrantspre partea inferioară a acestuia; în acest scop este necesarca încă de la începutul spălării să se asigure un contracurentde apă de cel puţin 2-3 dnvVs • m2, concomitent cu aerul despălare, care să antreneze suspensiile spre zona superioară afiltrului.

4) Intensităţile de spălare utilizate nu trebuie să producă antrenarea, odată cu suspensiile, a materialului filtrant în rigolelede evacuare a apei de spălare. Această condiţie este îndeplinită dacă muchiile rigolelor de colectare a apei de spălare seaflă la cel puţin 40 cm peste nivelul stratului filtrant şi dacăintensitatea de spălare cu apă nu depăşeşte în timpulbarbotării cu aer 3-4 dm3 s m2.

5) Evacuarea completă a apei cu suspensii din zona cuprinsăîntre suprafaţa stratului filtrant şi muchia jgheaburilor decolectare a apei de spălare şi evitarea depunerii de spumăsau impurităţi pe pereţii laterali ai cuvei de filtru. În acestscop distanţa dintre jgheaburile de colectare a apei de spălare

134

135

trebuie limitată la maximum 2,50-3,00 m, iar jgheaburile trebuie să fie dispuse pe perimetrul pereţilor filtrului Limpezirea apei de spălare se produce cu atât mai rapid, cu cât muchiile de colectare a apei de spălare sunt mai aproape de suprafaţa stratului filtrant. Pentru a evacua suspensiile din filtru cu minimum de consum de apă de spălare, înălţimea acestor muchii peste stratul filtrant nu trebuie să depăşească 50-60% din grosimea acestuia.

Uneori pentru diminuarea consumului de apă de spălare, se utilizează procedeul de baleiaj de suprafaţă folosind apa decantată care intră în continuare în filtru şi în timpul spălării fiind dirijată de pe un ax dintre jgheaburile de colectare spre aceste jgheaburi, grăbind evacuarea suspensiilor şi reducând, pe ansamblu, consumul de apă de spălare.

Pentru prevenirea depunerilor de impurităţi şi spumă pe pereţi se utilizează uneori o reţea perimetrală de stropire a acestora în timpul spălării.

6) La terminarea spălării apa rămasă în spaţiul de deasuprastratului filtrant trebuie să aibă o turbiditate aproximativegală cu cea a apei decantate.

7) Consumul specific de apă nu trebuie să depăşească la ospălare 6 m3/m2, iar consumul specific de energie electrică săfie < 0,45 kWh/1 m2 filtru.

8) Durata de întrerupere a ciclului de filtrare în vederea spălării,cuprinzând manevrele necesare şi spălarea propriu-zisă, nutrebuie să depăşească 0,4 h.

O spălare necorespunzătoare - incompletă sau neuniformă - a stratului filtrant favorizează colmatarea progresivă a anumitor zone din mediul filtrant. Ca urmare, în procesul de filtrare se produc zone preferenţiale de curgere a apei prin stratul filtrant, cu viteze sporite şi în paralel zone colmatate cu circulaţie nulă (sau cu viteze foarte reduse), fenomene ce conduc Ia o folosire numai parţială a stratului filtrant, la filtrări cu viteze peste cele prevăzute, la scurtarea ciclurilor

de filtrare şi la degradarea calitativă a filtratului. Aceste fenomene seagravează în cursul exploatării putând ajunge până la scoaterea totală din funcţiune a filtrului care trebuie regenerat prin înlocuirea stratului filtrant În interiorul stratului filtrant pot apărea de asemenea, în special în cazul spălării numai cu contracurent de apă (după tehnologia folosită în special în S.U.A.), aşa numiţii „bulgări de nămol" care constituie aglomerări de nisip şi nămol, formaţi datorită spălărilor incomplete şi care sunt rulaţi apoi în interiorul stratului filtrant căpătând o formă sferică. Acest fenomen se evită în cazul utilizării sistemului de spălare cu apă şi aer preconizat şi utilizat în filtrele din ţară şi în general în Europa.

c. Intensităţi de spălare si succesiunea operaţiilor de spălare

Intensităţile de spălare depind de metoda de spălare aplicată (spălare numai cu apă sau spălare cu apă combinată cu barbotare cu aer), de compoziţia granulometrică şi grosimea stratului filtrant.

În tabelul 3.30. se dau debitele de apă şi aer utilizate la spălarea diferitelor tipuri de filtre rapide.

Pentru ca spălarea materialului filtrant să-şi îndeplinească rolul de regenerare integrală a capacităţii de filtrare după fiecare ciclu, cu funcţiile şi condiţiile arătate la aliniatele a şi b. este necesară o anumită succesiune a fazelor de spălare.

S-a constatat atât în practica de exploatare, cât şi la cercetările întreprinse pe model că o barbotare iniţială numai cu aer a stratului filtrant colmatat cu suspensii produce o antrenare a acestora spre partea inferioară. Acest efect este urmarea curentului necompensat, ascensional, al bulelor de aer care generează un curent descendent al apei cu suspensii. Ori majoritatea impurităţilor sunt reţinute în partea superioară a stratului filtrant de unde este normal să fie evacuate direct spre jgheaburile de spălare.

Prin aplicarea unei astfel de tehnologii de barbotare iniţială numai cu aer, evacuarea nămolurilor reţinute în filtru şi introduse în profunzimea stratului filtrant necesită ulterior un consum sporit de apă de spălare pentru evacuarea lor.

137

136

În consecinţă este necesar ca încă de la începutul spălării săexiste un curent ascensional de apă care să împiedice fenomenularătat. Intensitatea acestui curent trebuie să fie corespunzătoare lajumătate din debitul de apă de spălare indicat. La intensităţi mai mariapare pericolul de a se pierde materialul filtrant odată cu evacuareaapei de spălare.

Spălarea corectă a filtrelor rapide trebuie făcută în următoareasuccesiune:

1) Faza de barbotare: deschiderea vanei de apă de spălare şipornirea unei pompe de spălare care să asigure jumătate dindebitul de apă indicat în tabelul 3.30.; deschiderea vanei deaer şi pornirea suflantei (în cazul mai multor suflante acestease pornesc la intervale de 15 s), imediat ce nivelul apei despălare ajunge la deversorul jgheaburilor. Această fază are odurată de 4-5 min.

2) Faza de limpezire: se închide vana de pe conducta de aer şise opresc suflantele; se porneşte a doua pompă de spălare,asigurând debitul de apă integral. Această fază continuă pe odurată de 8-12 min, până când apa din spaţiul de deasuprastratului filtrant ajunge la turbiditatea apei decantate, adicăl 0 - 15 grade.

În faza de barbotare se realizează o desprindere a particulelor fixate pe granulele de nisip şi o evacuare a acestora, împreună cu nămol reţinut în interspaţiul granular, în zona de deasupra stratului filtrant. Viteza ascensională, asigurată de jumătate din debitul de spălare, este de ≈12-13 m/h, ceea ce în 4-5 min conduce la parcurgerea unei înălţimi de strat de ≈ 0,80-1,00 m. în acest interval se poate deci conta că majoritatea nămolului a fost evacuat din stratul filtrant.

în faza de limpezire se elimină restul de suspensii din stratul filtrant şi se evacuează apa şi nămolul de deasupra stratului filtrant.

d. Procedee de spălare intensivă

Anumite îmbunătăţiri în procesul de spălare, în special în cazul Aratelor filtrante puternic colmatate, sau a celor în care se formează

139

cruste de nămol, se pot obţine prin utilizarea unor şocuri de aer în timpul barbotării. Aceste şocuri se obţin prin introducerea pe conducta de aer de barbotare a unor electrovane ce se deschid periodic timp de câteva secunde evacuând aerul comprimat în atmosferă şi întrerupând astfel barbotarea. Se obţin şocuri de aer care au rolul de a sparge crustele şi de a produce o agitare intermitentă mai violentă.

Pentru reducerea consumului de apă în perioada de limpezire se poate utiliza o spălare de suprafaţă la nivelul spaţiului de deasupra stratului filtrant utilizând apă decantată din alimentarea filtrului respectiv care nu se mai întrerupe pe durata spălării.

Prin această metodă, după experienţa din alte ţări, volumul de apă filtrată consumată pentru spălarea filtrelor scade la 50 %.

Pentru îmbunătăţirea procesului de spălare, în Japonia se utilizează instalaţii cu ultrasunete, cu rolul de a desprinde suspensiile de pe granulele stratului filtrant.

e. Instalaţii auxiliare de recuperare a apei de spălare

În cazul în care debitul de apă al sursei este limitat sau când apa este pompată pe înălţimi de peste 20 m de la sursă la staţia de tratare apare oportună recuperarea apei de la spălarea filtrelor şi reintro-ducerea ei în circuitul tehnologic, în decantoare, după o prealabilă îndepărtare a nămolului prin decantare. Această măsură este necesară şi în cazul în care sursa nu poate primi apele încărcate cu nămol şi reactivi de la spălarea filtrelor.

Reintroducerea în circuitul de tratare a apelor de la spălarea filtrelor se va face numai după examinarea prealabilă a conţinutului în substanţă organică, microfloră, microfaună din apa de spălare care nu trebuie să afecteze calitatea apei decantate ce intră în filtre.

În fig. 3.43 se dau două scheme pentru astfel de instalaţii.

Schema I în care apa de spălare este adusă gravitaţional la bazinele R de stocare a apei, cu o capacitate de cel puţin dublul volumului de apă care se consumă la o spălare. Aceste bazine trebuie să dispună de pod raclor pentru evacuarea nămolului care se depune în mod inerent. O staţie de pompare P preia apa de la fundul acestor

bazine şi o trimite cu un debit constant la un decantor D, cu funcţionare continuă: Debitul Qr al staţiei de pompare se stabileşte în funcţie de volumul zilnic total al apei de spălare Vs (m3/zi), conform

Dimensionarea decantorului se face pentru un timp de decantare de 1-2 h după date care trebuie obţinute pe baza unor probe de sedimentare a nămolului, obţinute pe apa de spălare a unui filtruexperimental.

Decantorul D este amplasat astfel încât să asigure o curgere a apei gravitaţional în bazinul de distribuţie Bd al apei brute din staţia de tratare.

140 14

1

Această schemă se aplică în cazul staţiilor de filtrare cu un număr mai mare de cuve Ia care intervalul între două spălări este mai mic decât durata necesară pentru decantarea apei de spălare.

Schema II care se aplică în cazul staţiilor de filtrare cu un număr mic de cuve, când intervalul între două spălări este mai mare decât timpul necesar pentru decantarea apei de spălare, în acest caz este posibilă folosirea a două decantoare cu funcţionare intermitentă. Apa de la spălare se trimite în decantorul D1 unde rămâne timpul necesar pen tru lim pezire ş i apoi este pom pată în bazinu l de d istribu ţie al apei brute. La spălarea cuvei de filtru următoare apa se trimite în decantorul D2, unde urmează acelaşi ciclu. Decantoarele funcţionează alternativ, iar staţia de pompare se comută după fiecare perioadă de decantare pe decantorul D1, respectiv pe D2.

Decantoarele pot fi de tipul radial cu pod raclor, dar fără sistemul de distribuţie, reacţie şi colectare a apei decantate. Apa de spălare poate fi introdusă lateral la un nivel oarecare, iar apa decantată se colectează de la un nivel inferior, cu o gardă de 50-60 cm faţă de nivelul de depozitare a nămolului sedimentat. Conducta de aspiraţie a apei lim pezite care se recuperează trebuie să aibă la ieş irea din decantor o secţ iune m ărită pentru a nu se depăşi v iteze de 0 ,20-0,30 m/s care pot crea curenţi de antrenare a nămolului depus.

Nămolul este colectat cu ajutorul podului raclor şi se evacuează pe acelaşi circuit cu nămolul din decantoarele staţiei.

Inform ativ se arată că prin aplicarea sistemului de recuperare a apei de la spălarea fil trelor, 70-90% din această apă poate fi reintrodusă în circuitul tehnologic.

În cazul în care apa de la spălarea filtre lor nu se recircu lă, trebuie ţinut seama că evacuarea ei directă în emisar aduce la începu-tul spălării concentraţii de suspensii şi reactivi de câteva mii de g/m , în m edie această concentraţie în suspensii f i ind de ord inul a 400-500 g/m3, întrucât NTPA 001/2002 lim itează conţinutul de suspensii ce se pot descărca în emisar la maxim 60 g/m3 este necesar ca apele de la spălarea filtrelor să fie preepurate printr-un bazin de omogenizare şi decantare astfel încât să fie respectată această condiţie.

3.3.3. Tehnica filtrării apei

În prezen t în tehnica filtrării apei se u tilizează o gam ă largă de filtre care pot fi clasificate după diferite criterii, dintre care, mai

uzitate:1) Viteza de filtrare:filtre lente; filtre rapide; filtre ultrarapide.2) Presiunea de funcţionare: filtre deschise; filtre uscate; filtre

sub presiune.3) Compoziţia granulometrică a stratului filtrant şi numărul de

sorturi ale acestuia: filtre cu sort unic, monogranular; filtrecu strate multiple; filtre cu două strate de materiale diferite;prefiltre; degrosisoare; filtre de treapta a doua.

4) Sensul filtrării apei: filtre normale cu sensul de parcurgeredescendent; filtre de contact cu sens de filtrare ascendent;filtre suprapuse cu dublu sens de filtrare; filtre radiale la carefiltrarea se face pe linii de curent orizontale, convergente şiconcentrice.

5) M odul de spă lare: spă la re cu apă ; spăla re cu aer ş i apă ;spăla re au tocom andată de t ipu l f il tre fă ră vane; spă la recontinuă.

6) Modul de reglaj a l funcţionării: cu debit variabil; cu debitconstant; cu reg la j a l nivelu lu i apei constant pe cic lu; cunivel al apei variabil; cu debit proporţional etc.

7) Scopul tehnologic al filtrului:- pentru limpezirea apei;- pentru deferizare - demagazinare;- pentru mărirea durităţii;- pentru reducerea gustului, mirosului sau substanţelororganice etc.

Prin gruparea acestor categorii tehnologice în vederea obţinerii scopului şi performanţelor propuse rezultă, evident, o mare diversitate de tipuri de filtre greu de catalogat.

Staţia de fil tre se com pune din: cuve de fil tre , galeria de conducte, rezervor de apă de spălare, instalaţia şi utilajele de spălare.

142 14

3

Pentru o bună funcţionare este bine ca:- galeria de conducte să fie deschisă, uşor accesibilă; - conductele de aer să fie amplasate deasupra nivelului

apei; - rezervorul de apă de sub cuve să aibă ventilaţia şi

accesul din afara staţiei nu prin galerie (mai ales când clorizarea se face în rezervor);

- accesul la toate elementele componente să fie uşor;- să permită o extindere ulterioară.

Se vor expune în principal câteva tipuri de filtre reprezentative care întrunesc la nivelul actual condiţiile tehnico-economice de aplicare eficientă şi care au fost verificate în exploatare cu rezultate corespunzătoare, în subsidiar se vor trece în revistă principalele tendinţe şi realizări în tehnica filtrării apei pe plan mondial.

3.3.3.1. Filtre lente

Filtrarea lentă, cu viteze apropiate de cele ce se realizează în natură în stratele de apă subterană, asigură o limpezire a apei fără coagulare chimică şi posibil chiar fără decantare prealabilă.

Coagularea materiilor coloidale din apă se produc datorită diastazelor secretate de algele şi microorganismele (în special diato-mee şi protozoare) care se fixează pe nisip, în zona superioară a stratului filtrant, formând o membrană biologică; această membrană joacă şi rolul unui filtru reţinând şi oxidând microorganismele din apa brută (folosind pentru aceasta oxigenul dizolvat în apă), astfel încât o dezinfectare ulterioară a apei nu mai este necesară.

Întrucât membrana biologică joacă un rol primordial în filtrarea lentă, după curăţirea filtrului, care constă în îndepărtarea stratului superior de 2-3 cm nisip murdărit (care conţine şi membrana biologică), este necesar ca apa filtrată, a cărei calitate este necorespun-zătoare, să fie descărcată la canalizare sau recirculată pe celelalte filtre în funcţiune, aşteptând timp de câteva zile (în mod obişnuit 1-3 zile) refacerea membranei biologice.

Cu toate avantajele calitative, filtrele tente au în prezent o aplicabilitate redusă, datorită suprafeţelor mari ocupate, a costului

ridicat al lucrărilor necesare şi a manoperei apreciabile necesare la curăţirea lor periodică (această curăţire nu se pretează la o mecanizare a operaţiilor), în prezent se pot propune astfel de instalaţii la debite care nu depăşesc 2 000-2 500 m3 /zi.

Filtrele lente precedate de decantoare pot fi dimensionate pentru viteze de filtrare de 2,50-6,00 m/zi în funcţie de calitatea apei decantate.

În cazul în care înaintea filtrelor lente nu se prevăd decantoare, acestea trebuie suplinite prin degrosisoare (cu viteza de filtrare de 20-30 m/zi) şi preflltre (cu viteza de filtrare de 10-20 m/zi); filtrele lente vor putea funcţiona în acest caz cu o viteză de 5-10 m/zi).

Alcătuirea constructivă şi instalaţiile la un filtru lent sunt cele din figura 3.44. Dispoziţia propusă se pretează atât pentru cazul filtrelor aşezate pe o singură parte a galeriei instalaţiilor, cât şi pentru dispoziţia cu cuve pe ambele părţi. Instalaţiile sunt concepute pentru a se grupa integral de-a lungul şi deasupra rigolei de golire (care colectează astfel şi apele care se scurg din eventualele neetanşeităţi la trecerile prin pereţi sau Ia vane). Spaţiul din galeria instalaţiilor ocupat de acestea este astfel de maximum 50-60 cm, lângă peretele cuvei rămânând restul pentru circulaţie, în vederea unei întreţineri comode. De asemenea tijele vanelor care ies pe planşeul superior sunt retrase din culoarul de circulaţie şi aliniate la 50 cm distanţă pe peretele cuvei. Dată fiind manevrarea la intervale mari de timp a vanelor, acestea se prevăd de obicei cu acţionare manuală.

Filtrul lent din figura 3.44. prezintă o simplificare faţă de tipul clasic, în sensul că nu reclamă reglarea debitului. Acesta s-a realizat prin ridicarea conductei de plecare a apei filtrate la nivelul + 2,40 m, corespunzător înălţimii de apă pe filtru de 60 cm. La acest nivel debitul filtrului va fi zero. La nivelul de 70 cm apă peste stratul filtrant începe filtrarea cu o pierdere de sarcină redusă, filtrul fiind proaspăt curăţit. O dată cu colmatarea filtrului creşte nivelul apei în filtru, nivelul aval rămânând constant şi dictat de cota + 2,40 m a conductei de apă filtrată. Filtrul trebuie curăţit când nivelul apei (şi deci Pierderea de sarcină) a crescut cu maximum 50 cm, adică apa a ajuns la nivelul preaplinului. De aici rezultă şi o simplificare a supravegherii

144 14

5

funcţionării filtrelor. Distribuţia debitului în mod egal între cuvele de filtre trebuie făcută prin deversoare de tip pâlnie aşezate în fiecare filtru pe conducta de apă brută la cota + 3,00 m riguros verificate. Prin reglarea vanelor V5 (sau mai bine prin asigurarea unei secţiuni mari a conductei generale B, de apă brută, care să asigure aceeaşi presiune la branşamentul fiecărei cuve) trebuie să se obţină în toate cuvele aceeaşi înălţime de lamă deversantă.

Filtrul lent prezentat, este interesant şi prin aceea că reduce numărul de vane de la 6 (câte sunt necesare la filtrele clasice) la 5 şi totodată numărul de treceri de conducte prin peretele filtrului de la 6 sau 7 la 4.

Observaţii:1) Umplerea cu apă de jos în sus se face până la 15-20 cm

peste nivelul nisipului.2) Umplerea cu apă brută se face până la nivelul

corespunzător începerii filtrării (la cota + 2,50 m).3) Prefiltrarea se termină când analizele bacteriologice ale

apei prefiltrate indică o apă potabilă.4) Filtrarea se termină când pierderea de sarcină ajunge

în apropiere de limita la care se rupe membrana biologică afiltrului (0,30-0,50, excepţional 1,00 m).

5) După curăţire se împrăştie uneori pe suprafaţa filtruluisoluţie de permanganat de potasiu pentru dezinfectare.

6) La intervale de 1-2 ani, adică după 10-15 curăţiri sescoate nisipul, se spală şi se reintroduce în filtru la grosimeainiţială.

Filtrele lente se construiesc de obicei în aer liber, fiind prevă-zute în construcţii închise doar instalaţiile hidraulice şi uneori culoarul de manevră pentru vane. Bazinele trebuie să aibă la partea superioară cel puţin doi pereţi (adiacenţi) înclinaţi cu panta 3 : 1 , pentru a preveni împingerea gheţii. Pe acest considerent staţiile de filtre lente prevăd cuplarea a cel mult două filtre, respectiv patru, în cazul în care ele sunt amplasate pe două rânduri faţă de galeria conductelor.

În tabelul 3.32. din Anexa 13 sunt date suprafeţe filtrante corespunzătoare filtrelor lente funcţionând cu viteze de filtrare cuprinse între 2,5 şi 10 m/zi.

Raportul laturilor la un bazin de filtrare trebuie ales după un calcul tehnico-economic, astfel încât construcţia pe ansamblu să prezinte un volum minim de beton armat.

Această condiţie este satisfăcută pentru un anumit raport ∞ al laturilor bazinelor de filtrare. In cazul bazinelor aşezate pe o singură parte a galeriei de conducte (fig. 3.45.-a), ∞ = 0,5. în cazul bazinelor aşezate pe ambele părţi ale galeriei (fig. 3.45.-b), ∞ = 0,75.

Fig. 3.45. Dispoziţia de aşezare în plan a bazinelor de filtre lente

a - aşezare pe o singură parte a galeriei de conducte; b - aşezare pe ambele părţi ale galeriei; G - galeria instalaţiilor;1,2 ...n - bazinele de filtrare conform dispoziţiei de

detaliu din fig. 3.44.

Dimensiunile optimizate a şi b ale bazinelor şi numărul n de bazine necesare pentru suprafeţele de filtrare rezultate din tabelul 3-32. sunt date în tabelul 3.33 din Anexa 13

Din comparaţia celor două dispoziţii rezultă că atunci când amplasamentul permite aşezarea bazinelor de filtre lente pe ambele Părţi ale galeriei de conducte este mai avantajos din punctul de vedere

148 14

9

al consumului de beton armat; această dispoziţie necesită de asemenea şi lungimi mai mici de conducte de legătură.

În anumite condiţii de teren bazinele filtrelor lente se pot amenaja cu taluze dalate, în acest fel partea de beton armat a construcţiei putându-se reduce numai la sistemul de drenaj şi la galeria instalaţiilor. Acestea vor avea dimensiunile în plan conform figurii 3.45. şi tabelului 3.33. din Anexa 13 cu excepţia dimensiunilor L şi B care se modifică în funcţie de taluzele adoptate la bazinele dalate.

3.3.3.2. Filtre rapide

a) Debitul de dimensionare a filtrelor rapide Mărimea caracteristică a staţiilor de filtrare a apei este suprafaţa totală de filtrare St:

Sf=QF/ Vm ed [m2]Debitul de dimensionare a staţiilor de filtrare QF,. se calculează

ţinând seama de consumul propriu al staţiei de filtrare şi de productivitatea reala a filtrelor:

T- durata ciclului de filtrare între două spălări [h].ql = volumul de apă consumat la o spălare pe l m2 suprafaţă

filtrantă [m3]. La filtrele obişnuite ql = 6 m3 considerând o spălare cu 4 dm3/ s • m2 timp de 5 min şi 8 dm3/ s • m2 timp de 10 min.

Vmed = viteza de filtrare, medie pe ciclu [m3 / h].Rf= proporţia de apă care se pierde în cazul recirculării apei de

spălare a filtrelor: Rf = l în cazul în care apa de spălare nu se recirculă şi Rf = 0,25 în cazul existenţei sistemului de recirculare.

F = numărul de trepte de filtrare. In cazul curent F = l.

Procentul de 2 % care se adaugă reprezintă necesarul de apă al sistemului de canalizare, spălări reţele etc.

Suprafaţa de filtrare necesară în funcţie de debitele de filtrare

astfel calculate şi rotunjite în seria numerelor normale cu raţia 10 10 , R10 (200-8000 m3/h) şi în funcţie de vitezele medii de filtrare pe ciclu, determinate experimental sau adoptate conform tabelului 3.35., rezultă din tabelul 3.34.

Rotunjirile debitelor necesare pentru a se înscrie în seria propu-să sunt de maximum ± 11 %.

La cele 80 de cazuri cuprinse în tabelul 3.34. corespund, în total, 14 tipodimensiuni de staţii de filtrare având suprafeţe de filtrare cuprinse între 50 şi 1000 m2 care se înscriu în aceeaşi serie R 10, ceea ce permite realizarea unui număr restrâns de proiecte de referinţă care acoperă întreaga gama de instalaţii necesare în practica curentă.

b) Caracteristici funcţionale şi fluxul tehnologic

Din categoria filtrelor rapide vor fi examinate în mod special filtrele funcţionând cu viteza variabilă şi nivel amonte constant care se impun a fi aplicate pe considerentele arătate la subcap. 3.3.2.3.

ts = durata spălării unui filtru [h], în cazurile curente se poate adopta ts, = 0,4 h, cuprinzând 15 min spălarea propriu-zisă şi 2 x 5 min. timp de manevră şi redare în funcţiune.

150 151

Acest tip de filtre se caracterizează în principal prin următoarele elemente tehnologice:

1) Viteza (debit) variabilă pe ciclul de filtrare.2) Distribuţia apei pe filtre prin sistem de clapete cu

autoînchidere.3) Sens de filtrare descendent.4) Strat filtrant din nisip cuarţos în sorturi monogranulare.5) Reglajul nivelului constant al apei pe filtru printr-un sistem

de vană fluture amplasată pe conducta de apă filtrată şicomandată de nivelul apei pe filtru printr-un dispozitiv cuacţionare electrică sau un flotor cu transmisie mecanică.

6) Sistem de drenaj cu plăci sau ţevi cu crepine.7) Spălarea cu aer comprimat şi apă.8) Sistem de colectare a apei de spălare pe jgheaburi colectoare

având muchia de deversare deasupra nivelului normal deexploatare a apei în filtru.

Ca sinteză a celor arătate cu privire la parametrii tehnologici de dimensionare şi funcţionare ai filtrelor rapide, în tabelul 3.35. sunt date caracteristicile principalelor staţii de filtrare în funcţie de calitatea apei de tratat şi de exigenţele cerute pentru limpezire. Principalii parametrii indicaţi pentru orientare generală în acest tabel trebuie testaţi în condiţiile concrete ale sursei de apă.

c) Construcţia staţiei de filtrare

Pentru filtrele rapide cu sens de filtrare descendent şi strat filtrant monogranular care au în prezent cea mai largă aplicabilitate a fost selecţionată o dispoziţie generală, prezentată în figura 3.46. Aceasta întruneşte o serie de condiţii tehnologice şi constructive avantajoase care o recomandă pentru aplicare, atât din punct de vedere funcţional, cât şi din punctul de vedere al economiei generale a construcţiei.

Staţia de filtrare este constituită din n cuve de filtrare limitate de o galerie de distribuţie a apei brute I situată etajat faţă de galeria de

colectare a apei de spălare E. Pe latura opusă a cuvelor de filtrare se găseşte galeria conductelor şi instalaţiilor T. Cuvele filtrelor au suprafaţa sl < 40 m2, de tipul denumit FN au jgheaburi de colectare C, numai pe pereţii laterali, iar cuvele mai mari, de tip FT au în plus şi un jgheab median G având la partea inferioară o galerie de colectare a apei filtrate şi de distribuţie a aerului şi apei de spălare.

Stratul filtrant este susţinut pe un sistem de drenaj constituit din plăci cu crepine aşezate pe grinzişoare.

Suprastructura halei închide spaţiul pentru culoarul pupitrelor de comandă şi pentru acces la partea superioară a cuvelor de filtrare şi a galeriei de distribuţie.

Staţia de filtrare poate fi, după caz, fundată direct sau aşezată pe un rezervor de apă filtrată. Această ultima dispoziţie are avantajul de a grupa construcţiile, cu consecinţa economiei de teren ocupat, de a scurta legăturile tehnologice pe circuitul apei filtrate şi al apei de spălare, pompele aspirând apa direct din acest rezervor. Dispoziţia aceasta reclamă un oarecare spor la construcţia de beton armat a rezervorului care este însă compensat de avantajele arătate.

Pentru a realiza suprafaţa totală de filtrare Sl.-, în condiţiile cele mai economice, corespunde o soluţie unică determinată de alegerea numărului n de cuve de filtrare şi deci a suprafeţei unei cuve sl = Sl, l n şi de dispunere a acestor cuve în plan pe o parte sau pe ambele părţi ale galeriei conductelor şi instalaţiilor.

Dispunerea cuvelor pe ambele părţi ale galeriei conductelor are avantajul de a concentra instalaţiile staţiei de filtrare, dar conduce la anumite dificultăţi la structura de rezistenţă, mărind aproape la dublu deschiderea construcţiei şi punând şi unele probleme în legătură cu iluminatul natural şi ventilaţia galeriei instalaţiilor. Totodată accesul la instalaţiile din această galerie este mai complicat decât în cazul cuvelor de filtrare pe un singur rând.

Construcţia unor astfel de staţii de filtrare se leagă, pe de altă parte, mai dificil cu pavilionul de exploatare.

Din practica lucrărilor realizate până în prezent a rezultat ca dispoziţia cuvelor de filtre pe o singură parte a galeriei instalaţiilor se impune în cazul staţiilor de filtrare cu suprafeţe SF.- < 1000 m2.

Pentru suprafeţe mai mari este necesar să se facă studii comparative între cele două variante arătate în condiţiile specifice de amplasament şi fundare.

În ceea ce priveşte numărul n de cuve care corespunde volumului minim de beton armat raportat la suprafaţa totală filtrantă necesară, din studii efectuate pentru această problemă a rezultat caexistă soluţii optimizate determinate în domeniul n = 3.......12 şi s1 -= 16 ..80 m2 (tabelul 3.36. din Anexa 14).

Indicele de consum de beton armat la l m2 suprafaţă filtranta I0

pentru staţii de filtrare rapidă poate fi exprimat în funcţie de suprafaţa totală SF şi de grosimea stratului filtrant hn prin relaţia:

Această relaţie poate fi folosită în programele de calcul pentru optimizarea staţiilor de filtrare, dând volumele de beton armat cu aproximaţie de ± 3,5 % faţă de valorile calculate pentru staţii cu suprafeţe SF = 50... 1000 m2.

154 155

153

Pentru a introduce în aceste programe costul total al staţiei de filtrare (fără pavilionul tehnologic) în funcţie de gradul de finisare şi echipare al staţiilor, s-a stabilit pe un număr mare de staţii că indicele de cost total (partea de construcţie, instalaţii hidraulice, electrice, meca-nice, încălzire şi ventilaţii) variază între 1200 şi 1600 $/m3 beton armat.

Utilizând astfel o medie ponderată a valorilor obţinute de 1500 $/m3 rezultă costul staţiilor de filtrare IF, :

IF= 1,35 5 SF+ 24,5 SF0,25 + 2,0 x (hn

1,5 - 1,0) x SF0,7 (mii $)

Dimensiunile şi dispoziţiile de detaliu ale staţiilor de filtrare pot fi cele din figura 3.46. şi tabelul 3.37. din Anexa 15.

Construcţia staţiei de filtrare trebuie să îndeplinească o serie de condiţii pentru a corespunde exigenţelor impuse de fluxul tehnologic. Aceste condiţii şi dotările necesare sunt indicate în subcap. 3.3.3.5 şi 3.3.3.6.

d) Fluxul tehnologic şi instalaţiile staţiei de filtrare (vezi. fig. 3.46.)

Apa decantată cu un conţinut de 5-10 mg/dm3 suspensii este adusă de la decantoare în galeria de distribuţie I pe conducte în care viteza nu trebuie să depăşească 0,70-0,80 m/s pentru a nu distruge microflocoanele rămase după procesul de decantare. La filtrarea în doua trepte se poate admite o introducere de reactivi coagulanţi suplimentari, în doze mici, înainte de intrarea apei în filtrele de treapta a doua.

Galeria de distribuţie este dotată cu un deversor U, prevăzut cu lama metalică reglabilă, care are rolul de preaplin general al staţiei. Deversarea apei se face în galeria de evacuare a apei de spălare.

Accesul apei decantate în cuvele de filtrare se face prin inter-mediul unor clapete. Aceste clapete trebuie prevăzute şi montate riguros la nivelul indicat, asigurând astfel închiderea lor automată la ridicarea nivelului apei în cuva de filtre în perioada de spălare.

Apa decantată formează un strat deasupra nisipului filtrant având nivelul superior variabil în limitele comandate de regulatorul de nivel amonte.

161

Prin deschiderea vanei de pe conducta de apă filtrată l, apa trece prin stratul filtrant F de grosime h, prin sistemul de drenaj D.: pleacă apoi prin conducta de apă filtrată l în rezervorul R.

După perioada de timp corespunzătoare duratei ciclului de filtrare când se realizează fie pierderea de sarcină maximă sau se atinge turbitatea maximă admisă în apa filtrată, fie se produce o scădere cu peste 20-30 % a vitezei de filtrare, filtrul trebuie spălat.

Prin închiderea vanei de pe conducta de apă filtrată nivelul apei în filtru creşte şi închide clapeta de admisie a apei decantate.

Spălarea filtrului după programul şi cu intensităţile de spălare arătate la subcap. 3.3.2.4-c se face prin manevrarea vanelor de pe conductele de apă de spălare 2, şi aer de barbotare 3 şi a agregatelor de spălare.

Toate aceste acţionări se fac de la pupitrele de comanda care sunt dotate cu comenzi electrice pentru agregatele de spălare şi pentru robineţi. Pe acest pupitru este indicată şi pierderea totala de sarcină în filtre, în staţiile moderne complet automatizate poate exista un singur centru de comanda pentru toate filtrele.

Instalaţiile de conducte şi armături situate în galeria T adiacentă cuvelor de filtru se grupează astfel încât să fie uşor accesibile şi să permită o circulaţie în lungul galeriei, lăsând în acest scop un gabarit de liberă trecere de cel puţin 0,80 x 2,10 m.

Când cuvele sunt prevăzute pe două rânduri, rezultă avantajos din punct de vedere al circulaţiei ca apa să fie distribuită sau colectată prin conducte pentru fiecare rând de cuve independent; aceste conducte se unesc apoi la capătul galeriei de instalaţii.

Legătura conductelor cu cuva de filtru trebuie realizată la cuvele până la 40 m2 (filtrele de tip FN) cu o singură piesa de trecere, iar la cuvele mai mari (filtrele de tip FT), care dispun de o galerie de distribuţie centrală G a aerului şi apei de spălare în lungul cuvei, prin două piese de trecere din care una pentru apa filtrată şi apa de spălare şi cealaltă pentru aerul de spălare.

Diametrele conductelor şi armăturilor din instalaţiile filtrelor rapide cu care trebuie dotate cuvele cu suprafeţe de 16-80 m2 sunt indicate în tabelul 3.38.

e) Sistemul de drenaj al filtrelor rapide

Sistemul de drenaj are pe de o parte rolul de a susţine stratul filtrant şi de a permite curgerea apei filtrate fără antrenarea Particulelor acestui strat şi pe de altă parte rolul de a distribui în mod uniform aerul şi apa de spălare, în condiţiile arătate la subcap.

3.3.2.4.b şi c.Pentru filtrele lente sistemul de drenaj este alcătuit din placi

denumite ARCUDA (vezi fig. 3.47. din Anexa 16).Pentru filtrele rapide cu spălare cu aer şi apă sistemele de

drenaj se realizează în mod curent din planşee cu placi cu crepine.Planşeul este constituit din grinzişoare de susţinere cu lăţimea

de 12 cm situate la 50 cm distanţă interax care susţin plăcile cu crepine de tipul celor din figura 3.48. din Anexa 16.

162 16

3

Fig. 3.49. Crepină pentru drenajul filtrelor rapide

Astăzi există tendinţa de creştere a dimensiunilor plăcii cu crepine (multiplu de 2 sau 3 pe lungimea a), ce se realizează cu lun-gimi mai mari pentru a diminua numărul de rosturi ce nu reazemă pe grinzişoare şi care pun probleme de etanşare.

Crepină este o piesă compusă din 3 elemente principale (vezi fig. 3.49.): un manşon cu filet interior care se înglobează în plăcile suport, corpul crepinei cu filet exterior pentru înşurubare în manşonul înglobat şi care susţine la partea superioară crepina propriu-zisă cu fante, prin care se distribuie în stratul filtrant apa şi aerul de spălare, iar în timpul filtrării trece apa filtrată, în corpul crepinei se înşurubează un tub deschis la ambele capete (coada crepinei), de 15-20 cm lungime, cu o fantă laterală la partea inferioară. Coada crepinei are rolul de a crea sub plăcile de susţinere o pernă de aer, care egalează presiunea sub întregul planşeu şi asigură accesul aerului în toate crepinele, concomitent; aceasta se realizează prin practicarea la partea superioara a cozii crepinei a unui orificiu Ø > 3 mm care are şi rolul de a evacua aerul de sub planşeu după terminarea spălării, în prezent crepinele din material plastic fabricate în ţară cu fante de

0,5 mm şi coş cu fante amovibil satisfac toate cerinţele tehnologice şide fiabilitate necesare. La acest tip de crepina fantele de la partea inferioară a cozilor nu sunt necesare.

Numărul de crepine este de 60-70 buc/m2 de suprafaţă filtrantă. În prezent la noi în ţară se fabrică crepine din material plastic cu fante de 0,5 mm.

La filtrele de tip FN distribuţia aerului şi apei sub şirurile de plăci cu crepine se poate realiza cu o conductă longitudinala perforată care să asigure viteza de ieşire a aerului prin ţevile Ø 3/4" de 35-40 m/s şi ale apei de spălare prin orificiile 2 de 2,5-3,0 m/s (v. fig. 3.50. din Anexa 17).

La filtrele tip FT orificiile de distribuţie Ø2 pentru aer şi Ø1

pentru apă sunt practicate în galeria mediana de distribuţie G (vezi fig. 3.46. şi tabelul 3.37. din Anexa 15).

Sistemele de drenaj cu plăci cu crepine trebuie realizate cu respectarea în principal a condiţiilor de orizontalitate, etanşeitate şi ancoraj indicate.

f) Sisteme de reglaj a filtrelor rapide deschise

Menţinerea nivelului constant pe filtrele rapide deschise, unica condiţie de reglaj care se cere în conformitate cu tehnologia de filtrare cu viteză variabilă se poate realiza printr-un flotor, amplasat la nivelul apei pe filtru, care comandă fie o vană fluture amplasată pe conducta de apa filtrată, fie un sifon parţializat, prin introducerea unei cantităţi anumite de aer, care reglează debitul de apă vehiculat de sifon. Schema acestui ultim reglaj, utilizat în special la filtrele tip Aquazur concepute de firma franceza Degremont este cea din figura 3.51.

Pentru filtrele cu suprafaţa de filtrare sub 20 m2 se poate adopta un sistem de reglaj cu nivel variabil ca cea din figura 3.52.

Capătul superior al lirei 3 de pe conducta de apa filtrată trebuie amplasat aproximativ la nivelul superior al stratului filtrant astfel încât nivelul iniţial al apei pe filtru să fie de 30-40 cm, iar nivelul final 70-80 cm.

164 16

5

Fig.3.51. Reglaj cu sifon pentru filtre cu nivel constant amonte

1. rigolă de intrare a apei brute 4. nivelul apei în filtru (constant);2. flotor cu dispozitivul de 5. sifon pe conducta de apă filtrată;

admisie a aerului în sifon 6. canivou de apă filtrată;3. conductă de aer de la flotor la ΔH - pierderea de sarcină (variabilă)

sifon;

3.3.3.3. Filtre cu dublu curent

În tehnica de limpezire a apei prin filtrare din problemele care stau în atenţia specialiştilor în ultimii ani un loc important îl deţine mărirea productivităţii filtrelor. Pe de alta parte s-au căutat soluţii de simplificare a staţiilor de tratare în general şi de concentrare a filtrelor, în special în cazul în care sursa de alimentare cu apă o constituie lacurile de acumulare cu volume importante, peste 15-20 milioane m3

şi când , în consecinţă, apa brută are un conţinut redus de suspensii.Din aceste preocupări a rezultat filtrul cu dublu curent (cunos-

cut sub denumirile de AKII în Rusia, bi-flow în Anglia, Immedium în Germania, cu curent invers în Franţa care se bazează pe un proces de filtrare cu dublu sens pe două strate filtrante suprapuse.

Principiul de funcţionare a acestor filtre este cunoscut de ≈ 40 ani, dar aplicarea practică, care s-a făcut sub diferite brevete, a întâmpinat dificultăţi în special din cauza imperfecţiunilor sistemelor de drenaj, de reglaj şi de spălare.

La noi în ţară s-au pus la punct, pe baza unor studii experi-mentale şi s-au materializat în perioada 1973-1980 o serie de staţii de tratare a apelor de lac având ca unică treapta de limpezire filtrele cu dublu curent. Aceste staţii cu debite cuprinse între 500 şi 3000 dm3/s funcţionează cu eficienţa scontată.

Astfel de staţii s-au realizat până în prezent la Cluj, Hunedoara, Sibiu şi Suceava.

Filtrele cu dublu curent trebuie precedate de instalaţii de microsite care să reţină microflora şi fauna lacurilor de acumulare.

Schema generală a unei staţii de tratare utilizând filtre cu dublu curent este prezentată în figura 3.53.

a) Tehnologia filtrelor cu dublu curentLa filtrele rapide cu curent descendent apare (datorită sortării

din timpul spălării granulelor mai fine spre suprafaţă şi a celor grosiere spre baza stratului filtrant), contradicţia între capacitatea sporită de reţinere a suspensiilor în stratele cu granulozitate mai mare Şi situarea acestor strate la partea inferioară a stratului filtrant, unde filtratul ajunge cu un conţinut redus de suspensii. Filtrele cu curent

166 167

descendent funcţionează deci relativ neeconomic, din punct de vedere al productivităţii, întrucât acumulează în partea superioară a stratului filtrant, cu granule mai fine, reţinerea maximă de suspensii şi rezistenţa specifică maximă a filtrului.

Utilizarea sensului logic de filtrare, cel ascendent, în scopul măririi capacităţii de reţinere a suspensiilor este însă limitată de dificultăţile care apar la partea superioară a stratului filtrant, unde depăşirea unor viteze limită de filtrare produce desprinderi ale stratului şi antrenarea impurităţilor în apa filtrată. Filtrele de contact, utilizând acest procedeu, nu pot fi folosite în tratarea apei potabile şi datorită faptului că evacuarea apei de spălare se produce prin acelaşi spaţiu cu apa filtrată.

Ca urmare s-a căutat ca prin combinarea filtrelor rapide cu curent descendent şi a filtrelor de contact cu curent ascendent să se obţină pe de o parte eliminarea unora din aceste inconveniente şi pe de altă parte o sporire a productivităţii staţiilor de filtrare.

Concepute ca treaptă unică de tratare a apelor cu turbiditate redusă, filtrele cu dublu curent concentrează într-o construcţie mono-bloc funcţiile tehnologice de amestec a apei cu coagulantul, de reacţie şi formare a microflocoanelor de suspensii, de limpezire grosieră şi limpezire finală a apei.

Schema fluxului tehnologic este dată în figura 3.53. Filtrul cu dublu curent se compune în principal dintr-un prefiltru P care funcţionează în curent ascendent şi cumulează funcţiile de masă de contact şi reacţie şi de treaptă de limpezire grosieră, suplinind astfel camera de reacţie şi decantorul din schemele staţiilor de tratare clasice. Peste prefiltru sunt suprapuse, în aceiaşi cuvă, două straturi de filtrare F (a) F (d) cu sensuri de filtrare ascendent, respectiv descendent, care are funcţia de limpezire finală a apei prefiltrate şi funcţionează cu viteze de aproximativ 50 % din viteza din prefiltru.

Se recomanda utilizarea biofiltrelor cu sită la intrarea apei în staţia de tratare.

Fluxul tehnologic de filtrare este următorul: apa brută se distribuie la cuvele de filtrare dintr-o galerie de distribuţie prin con-ducte pe care sunt montate regulatoare de nivel aval Rav comandate de nivelul apei pe filtre.

Apa brută tratată cu reactivii coagulanţi şi adjuvanţi de coagulare este distribuită în filtre prin sistemul de distribuţie B, alcătuit dintr-o galerie longitudinală de distribuţie şi o reţea de ţevi ramificată din această galerie şi prevăzute cu crepine. Apa parcurge în curs ascendent stratul suport de pietriş unde are loc reacţia şi formarea

168 16

9

microflocoanelor şi în continuare stratul de prefiltru, unde are loc limpezirea preliminară. O parte din apa prefiltrată dQ este colectata de sistemul de ţevi cu crepine p şi este condusă la partea superioară cuvei de filtru de unde în sens descendent se filtrează prin stratul F (d), iar partea aQ trece direct prin stratul filtrant F (a) în sens

ascendent. Sistemul de ţevi cu crepine/colectează apa filtrată pe cele doua sensuri şi o conduce în afara cuvei de filtrare prin intermediul regulatoarelor de nivel amonte Ram care menţin nivelul apei pe filtru în anumite limite.

Aerul şi apa de spălare se introduce în galeria de distribuţie longitudinală prin conductele A şi S şi se distribuie apoi prin reţeaua de ţevi cu crepine.

Prin studiile şi cercetările întreprinse în vederea stabilirii parametrilor tehnologiei de dimensionare a filtrelor cu dublu curent, precum şi a dispoziţiilor constructive generale şi de detaliu a acestora, au trebuit precizate în principal următoarele probleme:

l) Grosimea şi granulozitatea stratelor prefiltrului care să asigure pe de o parte o reacţie corespunzătoare a suspensiilor cu coagulantul şi adjuvanţii de coagulare, iar pe de altă parte o reţinere a suspensiilor până la limita de 5-10 mg/dm3, cât s-a admis la intrarea apei în filtru.

2) Grosimea şi granulozitatea stratelor celor două filtre care săasigure o distribuţie corespunzătoare a apei prefiltrate pecele două straturi de filtru, în tot cursul ciclului de filtrare şiîn acelaşi timp condiţia ca aceste straturi să nu se amestece,în timpul spălării, cu stratul de prefiltru.

3) Optimizarea vitezelor de filtrare, corelat cu durata ciclurilor,pierderilor de sarcină fi calitatea flltratului; în legătură cuaceastă problemă a fost studiată şi influenţa filtrării cu vitezăconstanta şi viteză variabilă.

4) Determinarea intensităţilor fi duratelor spălării filtrelor cudublu curent şi a dispozitivelor necesare în vederea obţineriiunei spălări eficiente.

5) Dispoziţiile adecvate pentru sistemele de distribuţie şi drenaja apei brute prefiltrate şi filtrate care să asigure reglajul peansamblu, atât a procesului de filtrare, cât şi a prespălării.

6) Comportamentul pe ansamblu a filtrului cu dublu curent ,cainstalaţie unică de limpezire a apei fi limitele de aplicabilitate ale acesteia.

În ceea ce priveşte alcătuirea generală tehnologică a filtrului cu dublu curent s-a plecat de la următoarele considerente: la nivelul sistemului de colectare a apei filtrate, influentul ajunge pe două circuite care au ca traseu comun distribuitorul B al apei brute şi stratul de prefiltru cu circulaţie ascendentă. De la nivelul sistemului de colectare a apei prefiltrate p, cele două circuite se despart şi urmează trasee diferite:• traseul (d) prin sistemul de colectare a apei prefiltrate p, spaţiul de apă de deasupra filtrului F (d) şi apoi filtru F (d) cu curent descendent. Pe acest circuit trece debitul dQ;• traseul (a) prin filtrul F (a), cu curent ascendent, prin care trece debitul aQ.

Rapoartele dQ/Q = d şi aQ/Q = a indică proporţia de distribuţie a debitului total pe cele două strate filtrante şi ele sunt determinate prin efectul pierderilor de sarcină diferite pe traseul (d) faţă de traseul (a).

Pe traseul (a) pierderea de sarcină depinde de debitul aQ, de grosimea şi granulozitatea stratului filtrant cu curent ascendent F (a). Întrucât această filtrare se face în sensul descreşterii granulaţiei stratului, pentru un anumit debit filtrul F (a) are pierderi de sarcină mai mici decât filtrul F (d) cu circulaţie descendentă şi în sensul creşterii granulaţiei stratului.

Pe traseul (d) pierderea de sarcină depinde de debitul dQ, de granulozitatea şi grosimea stratului filtrant F (d) şi de rezistenţele hidraulice p ale sistemului de colectare a apei prefiltrate. Datorită sortării hidraulice care se produce la spălare, filtrul F (d) va avea o granulozitate mai fină decât F (a).

170

171

Pe circuitul (d) pierderile de sarcină sunt deci inevitabil mai mari datorită granulozităţii mai fine a filtrului F (d) şi filtrării prin acesta în sens descendent, precum şi datorită rezistenţelor hidraulice suplimentare p de pe sistemul de colectare a apei prefiltrate.

Ca o consecinţă, debitul care ar trece prin acest circuit dQ la aceleaşi grosimi de strate ale filtrelor F (a) şi F (d) este mai mic decât aQ.

Pentru a încărca cât mai uniform cele două filtre de-a lungul unui ciclu de filtrare, rezultă ca se poate acţiona în principal asupra grosimii stratelor filtrante, în sensul prevederii stratului inferior de filtru F(a) cu grosime mai mare a stratului F (d) şi în oarecare măsură, prin reducerea rezistenţelor în sistemul de colectare a apelor prefiltrate.

Egalizarea absolută a debitelor distribuite pe F (d) şi F (a) nu este de dorit, întrucât circulaţia ascendentă a filtrului F(a) conferă acestuia o capacitate sporită de reţinere a suspensiilor din apă, astfel încât este normal ca acest filtru să primească un debit mai mare. Ca urmare a experimentărilor efectuate cu straturi filtrante cu granulo-metrie 0,8-1,25 mm sau 1,0-1,5 mm, cu grosimi de 100 cm pentru F (a) şi 40 cm pentru F (d) şi cu apă cu conţinut de suspensii 70-130 mg/dm3 a rezultat că filtrul cu curent ascendent se încarcă mai mult decât filtrul cu curent descendent, în special spre sfârşitul ciclului de filtrare când coeficienţii a au variat între 0,630 şi 0,525, confirmând astfel ipotezele teoretice expuse mai înainte.

Experimentările efectuate au condus la rezolvarea pe ansamblu a tuturor problemelor enunţate mai înainte stabilind în principal că filtrele cu dublu curent pot funcţiona în condiţiile unor ape cu conţinut maxim de suspensii de 100 mg/dm3 cu viteze nominale de până la 10-12 m/h, asigurând durate ale ciclurilor de filtrare acceptabile, de peste 12 h şi o limpezire a apei sub 5 grade turbiditate. Funcţionarea ansamblului a indicat parametrii tehnologici mai buni pentru regimul cu viteze variabile pe ciclu.

Pierderile de sarcină limită au fost de 60 cm la filtrele F (d) şi F (a) şi de 90 cm la prefiltru.

Evoluţia pierderilor de sarcină a confirmat teoria dinamică a filtrării în conformitate cu care stratele cu grosimi elementare din interiorul nisipului filtrant reţin în mod succesiv suspensiile până la epuizarea capacităţii lor.

Intensităţile de spălare necesare rezultate sunt de 14 dm3/s m2

pentru apă şi 18 dm3/ m2 pentru aer, iar durata spălării de 12-14 min. În ceea ce priveşte tehnologia de spălare a rezultat că, aceasta trebuie făcută în două etape, din care în prima să se efectueze spălarea în principal a stratului prefiltru, cu ventilele Vp(vezi fig. 3.54.) deschise, iar în etapa a doua întregul pachet de straturi, cu ventilele Vp închise.

Acest mod de spălare asigură o eficienţă sporită a evacuării suspensiilor reţinute pe filtru şi o reducere a consumului de apă de spălare.

Datorită stabilităţii stratului de prefiltru, cu granule de 2-4 mm, la intensităţile de spălare menţionate mai sus, aceasta nu se amestecă cu stratele suprapuse de filtru.

Dozele de coagulant necesar sunt în funcţie de turbiditatea apei brute de 5-30 mg/dm2, iar dozele de adjuvant de 0,5-2,0 mg/dm3.

b) Alcătuirea constructivă a filtrelor cu dublu curent

Faţă de instalaţii bazate pe tehnologii similare, caracteristic fil-trelor cu dublu curent realizate în România sunt următoarele elemente:

1) Sistemul de drenaj cu tuburi din PVC cu crepine careconferă pe de o parte o distribuţie uniformă a apei brute,apei şi aerului de spălare şi de colectare a apei prefiltrateşi filtrate şi pe de altă parte o rezistenţă bună la uzura înmasa stratelor filtrante.

2) Sistemul simplificat de reglaj şi control al nivelurilor laintrarea si ieşirea din filtru care asigură o funcţionare aansamblului cu viteze variabile care se autoreglează înfuncţie de pierderile de sarcină.

Principalele elemente tehnologice şi constructive ale filtrelor cu dublu curent de concepţie românească sunt date în figura 3.54. şi Anexa 18 ce conţine tabelul 3.39.

172 17

3

c) Consideraţiuni tehnico-economice asupra eficienţei filtrelorcu dublu curent

Eficienţa economică a filtrelor cu dublu curent decurge în principal din concentrarea pe aceeaşi suprafaţă construită a stratului de reacţie a coagulantului cu dispersiile din apă, a unui prefiltru şi a două filtre suprapuse care realizează astfel viteze de 2,5 ori mai mari decât aceleaşi unităţi amplasate în instalaţii de tip clasic. Cu toată această concentrare înălţimea cuvei de filtru este mai mare doar cu l m faţă de cea a cuvelor filtrelor rapide.

Construcţia filtrelor cu dublu curent asigură în acest fel un indice de utilizare a suprafeţei construite (raportul dintre suprafaţa filtrantă totală, fără filtru şi suprafaţa construită a halei filtrelor) cuprins între 0,90 şi 0,96 la unităţile cu cuve de 100 dm3/s şi de 1,00-1,06 la unităţile cu cuve de 150 dm3/s, comparativ cu aceiaşi indici realizaţi la staţiile de filtre obişnuite care nu depăşesc 0,65, obţinându-se şi indici de cost avantajos! (mai mici cu 15-30 % faţă de staţia de tratare obişnuită).

Un avantaj important al filtrelor cu dublu curent îl constituie eliminarea din schema tehnologică a decantoarelor şi camerelor de reacţie respective.

d) Exigenţele de execuţie şi exploatare la filtrele cudublu curent

1) Funcţionarea acestui tip de filtru este în mare măsurăcondiţionată de realizarea în bune condiţii a sistemelor dedistribuţie şi colectare a apei şi în special a sistemului inferiorde drenaj. Aceasta reclamă o execuţie riguros exactă a prefabricatelor care constituie galeria longitudinală de distribuţie, pozarea lor astfel încât golurile de montaj a reţelei inferioare de drenaj să nu aibă devieri faţă de un plan orizontal cu mai mult de ± 10 mm. Totodată aceste prefabricate trebuie etanşate corespunzător atât faţă de radier, cât şi între ele pentru a nu permite scăpări ale aerului şi apei de spălare.

2) Sistemele de ţevi cu crepine trebuie fixate în modcorespunzător pentru a nu se deplasa în timpul exploatării sau în

timpul introducerii stratelor filtrante. Rastelul de rezemare a ţevilor trebuie realizat prin profile U din inox fixate în pereţi longitudinali ai filtrelor iar ţevile prinse cu bride din inox.

3) Respectarea granulozităţii stratelor de prefiltru 2-4 mmşi a celor de filtru 1-1,5 mm este esenţială pentru realizareaparametrilor tehnologici ai filtrelor cu dublu curent. Calitateamaterialului filtrant trebuie verificată la furnizor, înainte deexpediere, prin probe granulometrice pe fiecare lot.

4) Introducerea materialului filtrant şi a stratului suporttrebuie făcută fără a deranja sistemele de drenaj şi în specialfără a se circula direct pe ţevi şi pe crepine. În acest scop trebuieprevăzute podine provizorii pentru circulaţia şi montareasistemelor de ţevi pe măsura introducerii stratelor filtrante desub nivelul acestora.

5) În cazul deteriorării unor crepine sau a sistemelor dedrenaj inferioare, scoaterea materialului filtrant şi accesul laacesta pentru remedieri ridică probleme dificile de exploatare şiîn consecinţă trebuie preîntâmpinate printr-o execuţie atentă şipermanent supravegheată.

6) Un rol important în buna funcţionare a acestor filtre îljoacă sistemele de reglaj amonte şi aval care trebuie montateriguros la cotele prevăzute şi reglate corespunzător în perioadaprobelor tehnologice.

3.3.3.4. Filtre de construcţie specială a)

Filtre rapide cu spălare cu baleaj

Aceste filtre denumite şi tip Aquazur sunt filtre rapide deschise şi au fost concepute pentru a fi utilizate în cazul unor ape naturale cu aer dizolvat sau cu conţinut mare de diatomee, când procesul de filtrare reclamă o înălţime importantă a apei deasupra nisipului.

Această înălţime a stratului de apa ar putea produce un consum de apă de spălare sau o reducere a eficacităţii spălării. Pentru

176 17

7

eliminarea acestor inconveniente a fost studiat şi pus la punct acest filtru, care se prezintă schematic în secţiune transversală în fig. 3.55 Acest tip de filtru utilizează pe lângă spălarea cu apă-aer şi evacuare a apei de spălare, prin baleaj de suprafaţă, pentru care utilizează apa decantată. Sistemul asigură importante economii la consumul de apă de spălare şi o reducere a timpului necesar unei spălări. Apa de baleaj provenind din galeria de apă decantată prin jgheaburi longitudinale cu secţiune triunghiulară prevăzute la partea inferioară cu fante de distribuţie a apei. Jgheaburile sunt alimentate prin intermediul unor vane de sosire cu deschidere automată.

staţia de tratare şi livrare a apei după filtrele sub presiune direct la consumator. De asemenea, utilizarea filtrelor sub presiune prezintă anumite avantaje la staţiile monobloc cu debite mici şi la unităţile mobile.

Fig. 3.55. Secţiune transversală prin filtru cu baleaj (în spălare)

E - strat filtrant P - vană automată de introducereF - planşeu cu crepine a apei decantateC - deversor pentru apele Q - aer de spălare

de spălare R - apă de spălare

b) Filtre rapide sub presiune

Aceste filtre se utilizează în special în instalaţii industriale sau în scheme tehnologice care prevăd o pompare unică la intrarea în

178

Fig. 3.56. Filtru rapid închis, vertical

1. apa decantată;2. conductă apă filtrată;3. conductă de spălare;4. conductă de evacuare;

Datorită costurilor foarte ridicate ale cazanelor metalice aplicarea acestui tip de filtru la indici de cost de 2-3 ori mai mari faţă de filtrele rapide deschise.

179

5. golire;6,7 - evacuarea aerului;8. pâlnie.

c) Filtre cu dublu strat

Bazate pe observaţia că un strat filtrant omogen reţine majoritatea suspensiilor în partea lui superioară, fiind astfel doar parţial folosită capacitatea lui de reţinere a suspensiilor, filtrele cu dublu strat sunt construite după tipul filtrelor rapide deschise sau închise, în care stratul filtrant omogen este înlocuit de două strate; cel inferior de nisip similar cu cel al filtrelor obişnuite şi cel superior de antracit sau cocs metalurgic concasat. Compoziţia granulometrică a antracitului se alege de obicei dublu faţă de cea a nisipului, întrucât antracitul are o greutate specifică mai mică decât a nisipului, ceea ce dă posibilitatea de a spăla cu aceeaşi intensitate, necesară unui nisip cu granulozitate mai mică.

Înălţimile celor două straturi se pot alege clin tabelul 3.40. Viteza de filtrare a apei tratată cu coagulant şi decantată se poate lua, la filtrele cu dublu strat, între 8 şi 10 m/h.

Aceste filtre pun însă o serie de probleme care nu sunt pe deplin rezolvate:

•dificultatea de procurare a stratului de antracit granulat de calitate corespunzătoare;

•reglajul spălării pentru evitarea amestecării celor două strate de antracit şi nisip şi evitarea formării bulgărilor de nămol, în specia! în stratul de antracit care are o putere mai mare de aglomerare în prezenţa depunerilor de suspensii (acest fenomen se datorează şi lipsei de barbotare cu aer, care ar conduce pe de alta parte la o amestecare a stratelor filtrante);

•din cauza rulării antracitului în timpul spălării se pot semnala în apa filtrată resturi de praf de cărbune.

O serie de specialişti din străinătate îşi exprimă rezerve pentru aplicarea acestui tip de filtru arătând că la o aceeaşi înălţime de strat filtrant se poate găsi întotdeauna un filtru rapid echivalent cu strat monogranular.

180

d) Filtre de contact

Sub această denumire se înţeleg filtrele cu curent ascendent având ca material filtrant o succesiune de straturi de nisip şi pietriş cu granuloziotate descrescătoare în sensul de filtrare (în general 60-

0,8 mm).Aceste filtre au o capacitate mai mare de reţinere a suspensiilor

decât cea a filtrelor cu curent descendent. Din acest motiv ele pot fi utilizate fără o prealabilă decantare a apei în cazul în care apa brută nu depăşeşte un conţinut de suspensii de 200-300 mg/dm3.

Stratul inferior de pietriş face şi rolul de masă de contact, coagulantul introducându-se direct la intrarea apei brute în filtru.

Drenajul de la parte interioară a filtrului poate fi de tipul celui utilizat la filtrele cu dublu curent.

Apa brută intră pe la partea inferioară (fig. 3.57.) trecând mai întâi prin straturile de pietriş (în interiorul cărora se produc reacţiile chimice cu coagulantul) şi apoi parcurge, de jos în sus, materialul

181

filtrant, din ce în ce mai fin. în acest fel se asigură o repartizare mai uniformă a impurităţilor în masa filtrantă.

1. strat filtrant; 5. regulator de debit la intrare;2. reţea de distribuţie a 6. ventilaţii;

apei brute şi a apei de 7. preaplin;spălare; 8. apă brută;

3. jgheaburi de colectarea 9. apă de spălare;apei filtrate respectiv a 10. coagulant;apei de spălare; 11. golire.

4. conductă de apă filtrată;

Aceste filtre se aplică în special la limpezirea apei pentru utilizări industriale.

Pentru folosirea filtrelor de contact în scopul preparării apei potabile trebuie făcute rezerve în legătură cu faptul că apa de spălare, cu toate impurităţile reţinute în filtru, se evacuează pe aceleaşi căi cu apa filtrată.

La noi în ţară, astfel de filtre s-au realizat la alimentarea cu apă la Baia Mare şi Comăneşti.

3.3.3.5. Pavilionul tehnologic fi construcţia staţiilor de filtrare

Filtrele rapide sunt deservite de o serie de instalaţii şi dotări legate special de procesul de filtrare sau în general de procesele de limpezire a apei din staţia de tratare.

De regulă aceste instalaţii şi dotări sunt amplasate într-o construcţie adiacentă halei filtrelor denumită pavilion tehnologic. Acesta se dezvoltă pe două sau mai multe nivele, având de obicei şi subsol şi cuprinde următoarele funcţiuni şi instalaţii:

1) Instalaţii pentru spălarea filtrelor (rezervoare, pompe, suflante).2) Centrală de ventilaţie (suflante, ventilatoare, filtre de aer,

aeroterme, prize de aer).3) Grupul hidrofor sau compresor pentru consumuri proprii (în

special pentru comenzi hidraulice sau pneumatice).4) Grupul dispecer sau panourile de control, semnalizare şi

comandă a instalaţiilor.5) Laboratoarele (chimic, bacteriologic, camera de balanţe) şi

depozitele de reactivi.

În tabelul 3.41. şi Anexa 19 (tabelul 3.42. şi 3.43.) se dau suprafeţele laboratoarelor necesare şi cu titlu informativ, dotarea lor cu aparataj şi necesarul de reactivi, în funcţie de mărimea staţiilor de tratare. Aceste dotări vor trebui să fie completate pentru a acoperi necesarul de monitorizare a tuturor parametrilor calitativi ai apei, menţionaţi în anexele l, 2 şi 3 din Legea 458/2002.

Laboratoarele chimice şi biologice pot fi grupate la aceste staţii cu camera personalului de exploatare, care va avea. în acest caz 18-22 m', cuprinzând şi dulapurile pentru reactivi şi sticlărie.

182 183

6) Centrala de încălzire.7) Grupul tehnico-administrativ şi grupul sanitar (birouri pentru

personalul tehnic de exploatare, vestiare, duşuri, WC-uri).8) Staţia de clorizare, amoniacare şi depozitele de clor şi

amoniac.9) Posturile şi celulele de înaltă şi de joasă tensiune.10) Staţia de pompare treapta a 2-a.l 1) Atelierul mecanic.

Când se realizează rezervoare de apă filtrată acestea se ampla-sează sub filtre.

Datorită proceselor tehnologice care produc o murdărie a spaţiului şi un volum important de manipulări de reactivi, staţiile de coagulant nu se cuplează în general cu cele de filtre.

În mod obişnuit sunt două tipuri de grupaj care se preconizează:• fie elementele enumerate de la 1). la 8) sau la 9.• fie elementele de la 1) la 11), putând evident, după caz, să

lipsească anumite compartimente, ca de exemplu cele de la 9), 10), şi 11).

În dispoziţia generală a acestor construcţii monobloc trebuie să primeze funcţionalitatea. In continuare se dau câteva principii generale care trebuie avute în vedere.

Instalaţiile de la punctele 1), 2), 3), 4), 6), 10), şi 9). vor trebui aşezate pe cât posibil în centrul de greutate al halei filtrelor considerata la dezvoltarea ei finală, pentru a scurta cât mai mult posibil legăturile de conducte, canale şi cabluri. Pe aceeaşi linie, rezervoarele de apă filtrată se amplasează direct sub cuvele filtrelor, astfel încât conductele de apă filtrată trec de la fiecare cuva direct în rezervor, în acelaşi fel decantoarele de apă de spălare, în cazul

recirculării acesteia, se aşează sub filtre în zona canalului de evacuare a apei de spălare.

Compartimentele de la punctele 1), 3), şi 10), se pot grupa în aceeaşi încăpere, amplasată la subsolul construcţiei, iar cele de la punctele 4), 7), 5), şi 9), în încăperi alăturate sau suprapuse în corpul tehnico-administrativ, amplasat de obicei fie între două aripi (constituind etape de dezvoltare) ale staţiei de filtrare, fie lateral, în faţada anterioară sau posterioară a halei filtrelor.

Staţia de pompare, treapta a doua, se amplasează astfel încât pompele să fie direct amorsate din rezervoarele de apă filtrată. La anumite staţii s-au folosit, pentru a se economisi spaţiu, pompe cu ax vertical sau înclinate, amplasate direct peste rezervoarele de apă filtrată.

În ceea ce priveşte asigurarea apei de spălare se poate utiliza schema prin pompare din rezervoarele situate de obicei sub filtre sau alimentarea cu apă dintr-un rezervor amplasat cu 12-15 m peste nivelul filtrelor în cazul existenţei în apropiere la maximum 200-300 m a unui amplasament corespunzător. Intre cele două alternative trebuie făcută o comparaţie economică.

Staţia de clorizare şi depozitele de butelii trebuie asigurate cu accese separate direct din exteriorul construcţiei, iar staţia de pompare şi celulele de transformator, cu accese din exterior, pentru introdu-cerea utilajelor.

Este recomandabil ca grupul dispecer să aibă un panou-fereastră spre hala filtrelor.

Construcţia şi instalaţiile staţiilor de filtrare trebuie să îndepli-nească următoarele condiţii tehnologice şi funcţionale:

1) Să asigure accesul uşor la toate compartimentele staţiei şiposibilitatea de montaj, întreţinere, revizie şi reparaţii la toateinstalaţiile, fără a întrerupe procesul tehnologic la compartimentele vecine; pe această linie trebuie prevăzute culoare de acces fără obstacole, chepenguri, cârlige de suspendare a macaralelor, monoraiuri, estacade de susţinere etc.

2) Să asigure condiţiile sanitare de perfectă securitate a protecţieicalităţii apei tratate şi să împiedice orice posibilitate de

184 185

contaminare din exterior a apei filtrate; pardoselile trebuie sa aibă pante spre rigole de colectare şi evacuare a apelor de la eventualele scăpări din neetanşeităţi, a celor de spălare a pardoselilor etc.

3) Staţia de filtrare trebuie dotată cu finisaje îngrijite: pe pereţiplacaje de faianţă până la 1,50-1,80 m înălţime, pardoseli deplăci de gresie sau mozaic (de preferinţă în culori deschisecare să marcheze orice lipsă de întreţinere a curăţeniei),tâmplărie cu geamuri duble şi izolaţii termice la acoperişpentru evitarea condensului la pervazul inferior al ferestrelor.

4) Să asigure o temperatură de minimum + 5°C în hala filtrelor,de + 25°C la staţia de clorizare şi o bună ventilaţie la halafiltrelor, atât pe timpul verii, cât şi iarna, când trebuie folosite aerotermele.

O atenţie specială trebuie acordată realizării unor betoane şi tencuieli de cea mai bună calitate la cuvele filtrelor, pentru a asigura etanşeitatea acestora, scăpările de apă fiind inadmisibile, întrucât ele creează mediu umed în galeria conductelor degradând instalaţiile şi aparatajul de manevră şi de comandă.

3.3.3.6. Dispoziţii, prevederi şi măsuri care trebuie asigurate prin proiectarea, execuţia, recepţia şi exploatarea staţiilor de filtrare

Faţă de elementele de proiectare şi exploatare indicate în paragrafele anterioare ale acestui subcapitol se dau în continuare câteva indicaţii de detaliu privind prevederile proiectelor şi condiţiile de recepţie şi exploatare a staţiilor de filtrare.

• Dispoziţii generale şi măsuri constructive care trebuie avute în vedere la proiectare

a. Procesul tehnologic si instalaţiile

Proiectul trebuie să precizeze poziţionarea corectă a clapeţilor de intrare a apei în filtru, a dispozitivului de nivel constant şi corelat

cu acesta a poziţiei vanei fluture de reglaj. Aceasta din urmă trebuie amplasată în aval de vana de pe conducta de apă filtrată.

Pentru filtrele rapide nu este necesară evacuarea primului filtrat.În cazul filtrelor amplasate peste rezervoarele de apă filtrată

este necesar să se prevadă pe conducta de apă filtrată un dispozitiv de înecare care să împiedice coborârea nivelului apei la plecarea din filtru sub plăcile cu crepine.

Pentru filtrele rapide cu nivel constant pierderea de sarcină se măsoară prin nivelul din conducta de apă filtrată, branşarea tubului piezometric al dispozitivului de măsurare trebuind să fie făcută în aval de vana de pe conducta de apă filtrată şi în amonte de vana de reglaj de pe aceiaşi conductă.

Golirea cuvelor trebuie prevăzută de preferinţă în galeria de evacuare a apei de spălare cu robineţi având Dn 100 mm pentru cuvele de peste 40 m2 şi cu Dn 50 mm pentru cuvele mai mici.

Este indicat ca în cuva de filtrare să se prevadă o singură piesă de trecere pentru toate conductele tehnologice (apă, aer de spălare şi apă filtrată). Această piesă răspunde cel mai bine funcţiei de etanşei-tate când este înglobată în beton (având în secţiunea mediană a peretelui o flanşă sudată pe contur cu diametrul exterior D + 300mm).

Pentru a realiza încă din prima fază a spălării o intensitate de spălare de 50% din acea perioadă de limpezire, este necesar ca debitul de apă pentru spălare să fie asigurat prin două pompe în funcţiune şi una de rezervă.

Pentru a preveni inundarea suflantelor, lira de siguranţă de pe conducta de aer comprimat trebuie să aibă o înălţime peste nivelul apei în filtre de cel puţin 2,50 m.

b. Construcţia filtrelor

în proiectul părţii de construcţie trebuie menţionate în mod expres condiţiile de toleranţe admise la execuţia construcţiei.

La dimensionarea planşeului cu crepine se ţine cont de greutatea nisipului (cea. 2 t/m2) şi greutatea proprie, suprasarcini datorate pierderilor de sarcină.

186 187

Planşeul cu crepine se verifică în afara sarcinilor verticale din încărcarea nisipului imersat la care se adaugă pierderea de sarcină care poate ajunge la 1000 kgf/m2 şi pentru ipoteza unei subpresiuni de 2000 kgf/m2 care se poate produce în momentul începerii spălării.

Plăcile cu crepine şi sistemul lor de rezemare trebuie ancorate în mod corespunzător, pentru a rezista la sarcini verticale din ambele sensuri.

În galeria de conducte este necesar să se asigure un gabarit de liberă trecere cu o lăţime de cel puţin 80 cm şi o înălţime de cel puţin 2,10 m.

Adiacent peretelui filtrelor din această galerie, se impune să fie prevăzută o rigolă de 15 x 10 cm cu panta în lungul galeriei, care să colecteze eventualele scurgeri accidentale şi să le evacueze spre exterior.

Este indicat ca galeria filtrelor să fie prevăzută cu ferestre pentru iluminare şi ventilare naturală.

Proiectul staţiei de filtrare trebuie să indice: calitatea (condiţii de granulometrie şi granulozitate) şi condiţiile de recepţie pentru materialul filtrant, precum şi verificările obligatorii pe parcursul execuţiei şi montajului instalaţiilor.

În proiectul construcţiei filtrelor rapide deschise trebuie prevă-zut marcajul printr-o plăcuţă ceramică, a nivelului superior al stratului filtrant şi al nivelului normal de exploatare a apei în filtre, uşor vizibilă; aceste plăcuţe trebuie înglobate în tencuiala pereţilor longitudinali ai cuvelor la distanţa de 2 m de galeria pupitrelor.

3.3.3.7. Principalele elemente care trebuie avute în vedere la execuţia staţiilor de filtrare

Mai jos sunt date o serie de condiţii şi indicaţii privind buna execuţie a staţiilor de filtrare care se impun a fi menţionate pe planşele de execuţie şi în memoriul proiectului părţii de construcţie şi de instalaţii tehnologice:

188

1) În planşele de construcţii:•Înainte de montarea cofrajelor şi armăturilor în pereţii staţiei

de filtrare, trebuie aprovizionate confecţiile metalice care se montează în cofraj înainte de la turnarea betoanelor:

- ştuţurile de ţeava de înzidire în pereţi şi planşee;- clapeţii de admisie a apei în cuvele de filtrare;- piesele metalice de înzidire aferente flotorului de reglaj a

nivelului apei de filtre;- alte piese metalice de înzidire a sistemelor de rezemare a

drenajelor (la filtre cu dublu curent).

• Montarea la poziţia corectă din proiect a acestor piese trebuieverificată de şeful de lot şi certificată prin proces-verbal de dirigintelede şantier (se verifică în mod special poziţia clapeţilor de admisie şi asistemului de reglaj cu flotor).

• Prin execuţia lucrărilor sistemului de drenaj (montajul grinzilor de rezemare şi apoi a plăcilor cu crepine şi a golurilor pentru asamblarea sistemului de ţevi) trebuie sa se asigure orizontalitatea acestuia cu toleranţe de maximum ± l cm.

•Muchiile deversoare ale jgheaburilor de colectare a apei de spălare aferente unei cuve de filtru trebuie să fie în acelaşi plan orizontal cu toleranţe de maximum ± 3 mm. Corecta execuţie se verifică prin umplerea cuvelor cu apă şi coreetarea orizontalităţii muchiilor deversante prin polizare sau tencuire.

•Sistemul de drenaj trebuie fixat şi etanşat conform detaliilor din proiect pentru a evita smulgerea şi degradarea lui în timpul spălărilor.

• Materialul filtrant se procură pe baza unei comenzi în caretrebuie date toate caracteristicile indicate în proiect privind granulozitatea, granulometria, cantitatea, iar în condiţiile de livrare se menţionează în mod expres ca recepţia să se facă de constructor la furnizor pe baza unor probe de verificare a calităţilor solicitate.

• Materialul filtrant se introduce în cuvele de filtrare numaidupă verificarea orizontalităţi acestuia conform prevederilor dinproiect.

189

2) În planşele de instalaţii:

•Înainte de montajul armăturilor din instalaţii acestea se verifică astfel:

- robineţii de proba de etanşeitate la presiunea nominalănefiind admise pierderi de apă sau de aer;

- clapeţii de admisie se verifică la închidere şi deschiderepe un banc de probă făcându-se ajustările necesare pentru caaceştia să funcţioneze cu uşurinţă;

- dispozitivele de reglare a nivelului cu vană şi flotor severifică pentru buna funcţionare a rulmenţilor şi articulaţiilor şipentru etanşeitatea robinetului fluture.

• Înainte de introducerea nisipului în filtre se face verificarea orizontalităţii sistemului de drenaj şi reglajul crepinelor astfel:

- se umple cuva de filtru cu apă până la 8 cm peste nivelulsuperior al plăcilor cu crepine şi se măsoară orizontalitatea pefiecare placă fiind admise toleranţe de maximum ± l cm;

- se introduce aer prin sistemul de barbotare cu o suflantăverificându-se distribuţia uniformă prin toate crepinele;crepinele care debitează aer cu intensitate mai mică se vor reglaprin deşurubare (din manşon), iar cele care debitează mai intensprin înşurubare. Operaţia se consideră terminată când se obţineo uniformitate de barbotare pe întreaga suprafaţă a cuvei.

•Pentru operaţiile de verificare şi reglaj menţionate, personalul va circula numai pe podine special amenajate, rezemate între crepine, fiind interzisă circulaţia cu piciorul direct pe crepine.

Aceste verificări se consemnează prin proces-verbal de lucrări ascunse cu beneficiarul, acest act fiind obligatoriu ca anexă la recepţia şi punerea în funcţiune a lucrărilor.

Toate indicaţiile şi condiţiile menţionate trebuie verificate la recepţia şi punerea în funcţiune a lucrărilor şi se consemnează pentru îndeplinire în procesul-verbal de recepţie.

3.3.3.8. Principalele condiţii care trebuie avute în vedere la exploatarea staţiilor de filtrare

Înainte de darea în funcţiune a staţiei de filtrare se face dezin-fectarea cu clorură de var. Soluţia, cu concentraţie de 20 g/m , trebuie să rămână în filtre timp de 24 h, după care se fac câteva spălări consecutive cu apă curată.

Darea în exploatare a filtrelor pentru apă potabilă se face după obţinerea avizului scris al organelor sanitare, după 5-10 zile de la îndeplinirea condiţiilor de potabilitate cerute de standarde.

Buna funcţionare a staţiei de filtrare este determinată în principal de îndeplinirea următoarelor condiţii:

1) Asigurarea condiţiilor tehnologice şi constructive cerute prinproiect pentru:

• calitatea materialului filtrant şi a grosimii stratului;

•orizontalitatea şi reglajul sistemului de drenaj;

• asigurarea intensităţilor de spălare;•corecta amplasare şi montaj a clapeţilor de admisie şi a

dispozitivelor de reglaj;• etanşeitatea armăturilor din instalaţii în special a vanelor de pe

conductele de apă şi aer de spălare;• dotarea corespunzătoare a laboratorului cu materiale, reactivi

şi personalul calificat.

Toate acestea se verifică şi se consemnează pentru îndeplinire în actele de recepţie şi punere în funcţiune (de asemenea ele se mai verifică periodic semestrial).

2) Coagularea si decantarea prealabilă a apei brute care săasigure la intrarea în filtre a unei turbidităţi de cel mult 10 NTU(preferabil sub l-2 NTU)

3) Spălarea filtrelor la intervale de timp egale:

190 191

t = intervalul de timp între spălarea a două cuve consecutive; T = durata ciclului de filtrare a unei cuve de filtrare, între două spălări [h] n = numărul total de cuve de filtrare.

Durata T se stabileşte pe unul din următoarele trei criterii:

•Când viteza de filtrare se reduce cu 20-25% faţă de viteza de

filtrare iniţială, condiţie care asigură productivitatea maximă a filtrelor;

•Când turbiditatea efluentului depăşeşte 5 grade turbiditate;

•Când pierderea de sarcină în filtru depăşeşte valoarea:

H = Ha + Hn - 0,2 (m)

Hd - înălţimea stratului de apă [m]; Hn - grosimea stratului de nisip [m].

Se alege valoarea T cea mai mică.

4) Respectarea tehnologiei de spălare a filtrelor.Corecta spălare a filtrelor după un ciclu de filtrare are un rol

determinant în buna funcţionare a staţiei de filtrare asigurând în principal:

• calitatea cerută efluentului;

•productivitatea maxima a instalaţiei (duratele t maxime ale ciclurilor de filtrare);

•consumurile specifice minime de aer şi apă de spălare (respectiv de cheltuieli de energie şi manoperă de exploatare).

Reţeta de spălare este proprie fiecărui tip de staţie de filtrare. Corecta spălare a unei cuve de filtru „clasică" se realizează după următoarea tehnologie şi succesiune:

1 Parametrii pentru intensităţile de spălare şi durata fiecărei secvenţe se stabilesc în perioada de probe tehnologice şi punere în funcţiune şi sunt caracteristici pentru fiecare staţie de tratare.

1) La constatarea terminării ciclului de filtrare, după perioada T,de la spălarea anterioară a cuvei respective şi după perioada t, de laspălarea cuvei anterioare (perioadele T şi t definite mai înainte) secomandă începerea spălării.

2) Se închide vana de pe conducta de apă filtrată şi se constatăînchiderea clapetului de admisie a apei în filtru.

3) Se comandă deschiderea vanei de pe conducta de apă despălare.

4) Se porneşte una din pompele de apă pentru spălare (careasigură o intensitate de spălare de ≈ 4 l/s • m2).

5) Când apa în filtru ajunge să deverseze în jgheaburile decolectare a apei de spălare se deschide vana de pe conducta de aer despălare şi se pornesc succesiv la interval de 15" suflantele de spălare(care asigură o intensitate de barbotare de ≈ 18 l/s • m2). In cazul că seobservă pierderi de nisip la deversarea în jgheaburile colectoare se vaproceda la reglarea prin reducerea debitului suflantelor.

6) Se continuă barbotarea timp de 4-5 min.7) Se comandă închiderea vanei de pe conducta de aer şi se

opresc suflantele.8) Se porneşte a doua pompă de spălare (asigurând în această

fază intensitatea de spălare de ≈ 8 l/s • m2).9) Se continuă această fază de limpezire 5-10 min, până când

turbiditatea apei deversate în jgheaburi scade sub 15-20 grade, cândspălarea se consideră terminată. Durata de limpezire se determinăperiodic (pentru perioade caracteristice ale calităţii apei brute) prinanalize de laborator asupra unor probe prelevate la interval de l mindin apa de spălare din jgheaburi.

10) Se opresc pompele de spălare. Se închide vana de peconducta de spălare.

11) Se deschide vana de pe conducta de apă filtrată.12) Se notează ora începerii noului ciclu de filtrare în registrul

de evidenţă al exploatării.

În cursul exploatării, funcţionarea necorespunzătoare a filtrelor Se poate manifesta fie prin înrăutăţirea calităţii apei filtrate, fie prin colmatarea rapida a filtrelor şi deci scurtarea ciclului de filtrare.

192 193

Calitatea necorespunzătoare a apei filtrate se poate datora:1) Coagulării necorespunzătoare a suspensiilor coloidale rămase

în apa decantată.2) Temperaturilor scăzute din timpul iernii care reclamă ajuta.

tori de coagulare.3) Schimbării calităţii apei brute (apariţia de materii organice

fenoli, macroflora şi microfauna), datorită unor condiţiispeciale la sursa de apă.

4) Spălării necorespunzătoare a filtrelor (ca intensităţi necorespunzătoare şi neuniformitate pe suprafaţa cuvei).

5) Schimbării compoziţiei granulometrice a stratului filtrant saugrosimii lui prin pierderea la spălare a părţilor mai fine de nisip.

Scurtarea ciclului de filtrare care reclamă spălări dese ale filtrelor se poate datora:

1) Conţinutului mare de suspensii de apă decantată, depăşind30-40 mg/1.

2) Spălării incomplete şi neuniforme a filtrului.3) Dezvoltării de microfloră, microfauna (alge) în masa de

nisip.

Un rol determinant în buna funcţionare a staţiilor de filtrare şi în general a staţiilor de tratare a apei îl are laboratorul staţiei. Acesta, prin personalul de specialitate, trebuie să urmărească şi să conducă în permanenţă procesul tehnologic, introducând de câte ori este necesar corecţiile care se impun în privinţa dozelor de reactivi care determină procesul de coagulare, potenţialul zeta, coeficientul de coeziune al nămolurilor etc., a duratelor şi a tehnologiei de spălare. Prin această activitate permanentă a laboratorului se urmăreşte pe lângă asigurarea funcţionării instalaţiilor la parametrii proiectaţi şi la o reducere a consumurilor specifice de energie şi apă în procesul de exploatare.

Este necesar ca personalul de exploatare şi şeful de staţie să cunoască în detaliu procesul tehnologic şi instalaţiile filtrelor, în care scop este recomandabil ca cel puţin şefii de tură să ia parte la procesul de execuţie si montaj şi în orice caz la punerea în funcţiune o lucrărilor.

Este necesară o preocupare permanentă pentru perfecţionarea profesională a personalului de exploatare care trebuie şcolarizat periodic pentru a fi ţinut la curent cu noutăţile în tehnica de tratare a apei (vezi tabelul 3.44. - Anexa 20).

3.4. Dezinfectarea apeiPentru procesele tehnologice şi instalaţiile destinate dezinfectări

apei se va consulta Normativul NP-091-03 „Proiectarea construcţiilor şi instalaţiilor de dezinfectare a apei în vederea asigurării sănătăţii oamenilor şi protecţiei mediului".

3.5. Tratarea nămolului

3.5.1. Date privind natura şi structura nămolurilor

Din procesele tehnologice de tratare a apelor captate din surse de suprafaţă în scopul potabilizării rezultă ape reziduale puternic încărcate în suspensie, respectiv nămoluri cu umiditate ridicată.

Staţiile de tratare a apei de suprafaţă din ţară (ce acoperă peste 60% din întregul necesar de apă) nu dispun, în prezent, de nici un fel de instalaţii de tratare a acestui tip de nămoluri. Ele sunt evacuate ca atare fie în reţeaua de canalizare urbană (în cea mai mare parte), fie în emisar, în ambele situaţii apar efecte nedorite atât asupra reţelei de canalizare şi procesului de epurare a apelor uzate (în special în treapta de fermentare a nămolurilor), cât şi asupra emisarului însuşi.

Ţările avansate acordă o deosebită atenţie problemei nămolu-rilor, fiind tratate atât în scopul reducerii umidităţii, transportului şi utilizării acestora în diferite domenii, cât şi în vederea recuperării şi recirculării apei de spălare de la filtre sau a celei provenite din deshidratarea în alte scopuri. Deşi majoritatea staţiilor de tratare dispun de instalaţii de tratare a nămolurilor, se acordă, în continuare, sume importante cercetării în domeniu.

194 195

În staţiile de tratare a apelor potabile nămolurile provin în proporţie de 65-70% din decantoare şi 15-20% de la spălarea filtrelor restul fiind evacuările depunerilor din denisipatoare.

Suspensiile din aceste nămoluri conţin: substanţe prezente în apa brută înainte de tratare, ca plancton, substanţe minerale sau organice floculate, hidroxizi metalici (fier, mangan), precum şi substanţe provenite din procesul de tratare ca adjuvanţi cum sunt: hidroxizi metalici provenind din coagulare, în urma reacţiilor chimice dintre reactivii de coagulare şi floculare şi substanţele existente în apa de tratat, carbonaţi de calciu în cazul staţiilor de decarbonatare (dedurizare).

Toate aceste nămoluri se caracterizează printr-un conţinut ridicat de apă, deci umiditate foarte mare. Pentru aceste nămoluri nu mai poate fi permisă evacuarea ca stare în emisar sau reţea, necesitând tratamente ce implică tehnologii speciale' şi mijloace financiare importante. Tratarea se face funcţie de natura nămolurilor şi treapta schemei de tratare din care provin.

În tabelul 3.45. este dată o clasificare a nămolurilor, depinzând de originea şi poluarea apei la sursă şi de treptele de tratare.

Factorii privind natura nămolului (concentraţia în substanţă uscată, conţinutul în substanţe volatile, compoziţia ponderală elementară, compoziţia apei interstiţiale ) şi factorii privind structura nămolului (vâscozitatea aparentă, analiza granulometrică, natura apei conţinute în nămol) precum şi factorii privind comportarea nămolului la deshidratare (capacitatea de îngroşare, de compresibilitate, de centrifugare şi testul Capilary Succesion Time) sunt cei definiţi în bibliografie pct. 5 şi 18.

Pentru stabilirea modului de utilizare a nămolurilor, cel ce exploatează staţia de tratare trebuie să întreprindă o analiză complexă a nămolurilor produse în staţia respectivă, precizând toate datele relevante, ca: volumul nămolului; cantitatea de substanţă uscată exprimată în unităţi de greutate; compoziţia nămolurilor; principalele substanţe ce-1 compun eventualele substanţe toxice; substanţe ce apar întâmplător în apă şi periodicitatea acestei prezenţe; puterea calorifică a nămolurilor (în vederea unei eventuale incinerări; proprietăţi fizice şi mecanice; efect asupra solului.

196

Pe tipuri de nămol (aluminos, feric, carbonatic), în tabelul 3.46. sunt prezentate, centralizat conform, sistematizării datelor din literatura tehnică diferite posibilităţi de utilizare a nămolurilor provenite din tratarea apelor de suprafaţă.

Tabelul 3.46.

Utilizarea acestor nămoluri în domeniile amintite presupune cunoaşterea cerinţelor impuse de cumpărător din punctul de vedere al compoziţiei nămolului, umiditatea acestuia etc. Cu cât sunt mai puţin pretenţioase, cu atât potenţialul de utilizare este mai ridicat.

Cel mai indicat domeniu de utilizare a cestor nămoluri este cel al construcţiilor şi instalaţiilor de colectare, transport şi epurare a apelor uzate (vezi tabelul 3.47.).

Nămolurile conţinând compuşi de fier (deci cele provenind de la deferizare sau de la instalaţiile ce folosesc sărurile de fier drept reactiv de coagulare) sunt recomandate drept substanţe de adaos în reţelele de canalizare pentru a preveni degajarea de gaze nocive ş1

agresivităţi, în staţiile de epurare pentru a controla degajarea de mirosuri şi a controla generarea de sulfuri în metatancuri.

Tabelul 3.47.Utilizarea nămolurilor conţinând hidroxid de fier,

la epurarea apelor uzate

Prin proprietăţile sale, nămolul bogat în fier poate fi folosit în procesele de defosforizare, fiind un bun suport pentru adsorbţia fosforului.

Cercetările au indicat că nămolul brut introdus în apele uzate poate conduce la o reducere de fosfor până la 30 % concentraţii în fier mai ridicate îmbunătăţind rata de reducere. Ca efect secundar, însă, se aminteşte scăderea puterii calorice a nămolului biologic, prin creşterea componenţei minerale.

Prin dizolvarea într-un acid puternic, nămolul cu conţinut bogat în fier (transformat în clorură ferică sau sulfat feric) poate fi folosit drept coagulant de gradul doi pentru îndepărtarea fosforului. Menţio-năm, însă, că nămolurile din apele de suprafaţă se pretează mai puţin la o asemenea utilizare prin comparaţie cu cele provenind de la apele subterane (din staţiile de deferizare-demanganizare), datorită rezidu-urilor insolubile.

198 199

În domeniul materialelor de construcţie, nămolurile conţinând fier s-au dovedit a fi benefice în fabricarea cimentului şi a cărămizilor Tot în acest domeniu, nămolurile bogate în carbonat de calciu pot fi utilizate ca pat de dispersie sau filer, la amenajările de drumuri.

Recuperarea apei de spălare a filtrelor rapide în scopul economisirii consumului propriu de apă potabilă în scopuri tehnologice, se recirculă apa provenind de la spălarea filtrelor după tratare prin înmagazinarea într-un bazin de egalizare, extragerea, în general prin sedimentare, a suspensiilor din acestea şi pomparea sub un debit continuu, redus ca mărime, în capătul amonte al staţiei.

Apele de spălare acumulate într-un bazin de egalizare pot fi pompate cu un debit continuu, redus, într-un sistem de filtre rapide sub presiune, cu nisip cuarţos la o viteză de filtrare de cea. 7 m/h. După filtrare apa este reintrodusă în circuitul staţiei de tratare, în

capătul amonte.Spălarea filtrelor rapide se face cu apă şi aer, iar reziduul este

eventual evacuat la canalizare.Prin utilizarea acestui procedeu, apele reziduale evacuate sunt

reduse de 20 de ori.Cu toate că recircularea apei de spălare este, actualmente, foarte

răspândite, în ultimii ani cercetările au dovedit că microorganismele concentrate în pelicule ce se depun pe nisipul filtrelor rapide ridică probleme legate de sănătate. Aceeaşi problemă se ridică şi în cazul lichidului ce provine de la instalaţiile de deshidratare mecanică a nămolului provenit din staţiile de tratare.

Aceste microorganisme şi bacterii produc neplăceri şi sub aspectul stabilităţii sedimentelor depuse în procesul de tratare a apelor de spălare de la filtre în vederea recirculării. Ca urmare, în alegerea schemei de tratare a apei de spălare de la filtre în vederea reutilizării ei se va ţine seama de carbonul organic asimilabil.

Motivele expuse mai sus conduc la tendinţa utilizării apei de

spălare de la filtre, după tratare, prioritar în domeniul non-potabil ca

apă industrială.

Depozitarea nămolurilor deshidratate în locuri special ame-najate se face în aşa fel încât să asigure apoi folosirea lor în diferite scopuri (în cazul în care cumpărătorii nu pot prelua, ritmic, întreaga cantitate produsă).

În cazul în care nu există utilizatori, nămolul poate fi depozitat numai în condiţii de maximă siguranţă ecologică.

3.5.2. Scheme generale de tratare a nămolurilor

Fiecare staţie de tratare reprezintă un caz aparte, datorită compoziţiei foarte diferite a apei brute, a procesului de tratare ales, (corespunzător acestei compoziţii şi caracteristicilor impuse efluen-tului staţiei), a caracteristicilor adjuvanţilor de coagulare/floculare folosiţi etc.

În consecinţă stabilirea schemei de tratare a nămolurilor se va face pentru fiecare caz în parte pe baza studiilor şi încercărilor de laborator, avându-se în vedere ansamblul procesului de tratare a apei.

a) Apa de spălare de la filtre

După cum s-a arătat apa de spălare de la filtre se recirculă într-o proporţie foarte ridicată, după o tratare prealabilă, fiind evacuate spre emisar, spre reţelele de canalizare sau în circuitul de deshidratare numai reziduurile rezultate din tratare. O tendinţă relativ nouă este aceea a utilizării apei de spălare în alte scopuri (industriale, pentru irigaţii, pentru alte scopuri menajere, non-potabile etc.) în cazul în care în zonă sunt utilizatori dornici să o preia, dar şi în acest caz se impune tratarea ei.

În principiu, schema de tratare a apei de spălare cuprinde: • un bazin de stocare şi uniformizare a debitelor, având în vedere faptul că afluentul de la spălarea filtrelor survine în şocuri, la Burniţe intervale de timp. Acest bazin trebuie să permită, în general, Cumularea volumului de apă rezultat de la spălarea a cel puţin două de filtrare. Acest bazin poate fi considerat chiar următorul obiect din circuitul de tratare, şi anume:

200 201

- un bazin decantor pentru reţinerea suspensiilor, eventualprecedat de:

- instalaţie pentru dizolvare şi dozare reactivi decoagulare/ flocurare. Cercetările străine indică obţinereade bune rezultate prin folosirea clorurii ferice;

- instalaţie de pompare, cu debit constant, pentruintroducerea supernatantului în capătul amonte al liniei detratare a apei, înainte de treapta de precipitare-decantare.

O atenţie deosebită trebuie acordată prezenţei şi proporţiei în care este prezent carbonul asimilabil organic, ce poate impune şi necesitatea unei trepte de filtrare.

De asemenea, trebuie urmărită prezenţa bacteriilor sau micro-organismelor ce pot fi potenţial dăunătoare sănătăţii oamenilor, în cazul în care analizele indică un asemenea pericol, aceste ape vor fi folosite numai în alte scopuri, non-potabile, nepermiţându-se reintro-ducerea lor în circuitul apei potabile.

b) Nămoluri rezultate din procesele de tratare

Toate nămolurile rezultate din treptele de sedimentare şi filtrarea apei necesită tratare înainte de a fi descărcate. Schema de tratare se alege funcţie de caracteristicile acestora (minerale hidrofile, minerale hidrofobe, compoziţie chimică, natură şi structură), urmând, în general, filiera prezentată în schema: Filiera tratării nămolurilor din Anexa 21.

Scopul principal al tratării nămolurilor rezultate de la staţiile de tratare a apei este reducerea volumului acestora, ce se poate realiza prin:

- îngroşarea (concentrarea) nămolului, produsul efluent dinaceastă treaptă fiind însă fluid;

- deshidratare (naturală sau mecanică).

Întrucât deshidratarea naturală este, practic, abandonată pentru cantităţile mari de nămol, datorită suprafeţelor mari de teren pe care le presupune, se propune deshidratarea mecanică care, de cele mai multe ori, necesită în prealabil o condiţionare a nămolului.

c) Schemele de principiu de îngroşarea nămolurilor

Concentrarea nămolurilor este primul stadiu de reducere a umidităţii nămolurilor. Frecvent, se numeşte îngroşare a nămolului creşterea concentraţiei nămolurilor din decantoare. Avantajele unei etape de reducere a umidităţii sunt multiple:

- creşterea fiabilităţii ansamblului lanţului de tratare a apei;- reducerea importantă a lucrărilor şi operaţiilor de condi

ţionare;- ameliorarea funcţionării şi producţiei dispozitivelor de

deshidratare (paturi de uscare, centrifuge, filtre cu bandă pre-soare, şi mai ales filtre presă).

În prezent sunt utilizate frecvent următoarele tehnici pentru reducerea umidităţii nămolului prin:

A - decantare B - flotaţieC - centrifugare D - drenaj

Unele din aceste tehnici au domenii de utilizare limitate, prezentând interes numai pentru anumite tipuri de nămol.

A. l. Îngroşarea prin decantare

Nămolul în suspensie este introdus într-o cuvă (concentrator/ îngroşător) unde timpul de retenţie este mare, astfel încât să se obţină tasarea nămolului şi în care evacuarea nămolului se face la partea de jos iar supernatantul este evacuat la partea de sus.

Curba de sedimentare a nămolului permite determinarea suprafeţei corespunzătoare a concentratorului.

Înălţimea îngroşătorului se stabileşte ca fiind suma înălţimii necesare atingerii concentraţiei dorite şi a unei înălţimi suplimentare ce trebuie să permită o clarificare a lichidului interstiţial, variaţii ale nivelului nămolului (datorate condiţiilor de exploatare) şi o bună repartiţie hidraulică a nămolului ce intră. Valoarea acestei înălţimi este cuprinsă între l şi 2 m, rezultând, uzual, înălţimi mai mari de 3,5 m.

Concentraţia nămolurilor prin decantare se face în general fără condiţionare prealabilă.

202

În lipsa datelor experimentale precise (curbe de sedimentare a suspensiilor), într-o primă aproximaţie se poate utiliza cadrul de dimensionare prezentat în tabelul 3.48

Viteza ascensională nu este un parametru de dimensionare esenţial decât pentru nămolurile foarte diluate (suspensii < 3g/l). Ea este de ordinul a 0,5 m/h, dacă înălţimea îngroşătorului este suficientă

Tabel 3.48. Îngroşărea prin decantare - date de calcul de dimensionare

A2. Îngroşătoare înzestrate cu echipamente mecanice

Concentratoarele au o formă circulară, pentru diametre mari, fiind executată din oţel. Cuva cilindrică este echipată cu un ansamblu mecanic rotativ, cu dublu rol:

- asigurarea transferului nămolurilor depuse către başacentrala, cu ajutorul unor lame racloare dispuse imediat deasupra radierului:

- uşurarea degajărilor apei interstiţiale şi de gaze, cuajutorul unui grilaj vertical solidar cu dispozitivul rotativ.

Panta radierului construcţiilor din beton este de 10-20%.Ansamblul dispozitivului mecanic este în general cu antrenare

centrală şi braţ diametral dublu, de construcţie robustă şi este suspendat de o pasarelă realizată frecvent din beton. Sistemul de

raclare este constituit dintr-o serie de racleţi montaţi înclinat. Pentru construcţiile foarte mari. ansamblul rotativ poate fi suspendat de un con (cilindru) central, care serveşte şi ca ghid.

În cazul nămolurilor compacte, se pot instala în interiorul cilindrului central pompele de extracţie a nămolului, suprimându-se astfel conductele de aspiraţie ale pompelor de nămol.

B. Îngroşarea prin flotaţie

Îngroşarea statică prin decantare prezintă performanţe foarte limitate în cazul nămolurilor coloidale (de hidroxizi). Concentrarea nămolurilor prin flotaţie prezintă astfel avantaje decisive, cum ar fi:

- reducerea suprafeţei şi volumului construcţiilor destinate reducerii umidităţii nămolului; - producerea unor nămoluri mai concentrate.

Flotaţia nămolurilor cu insuflare de aer este utilizată frecvent pentru concentrarea nămolurilor minerale hidrofile (t ip hidroxid de aluminiu), constituite din flocoane având densitate mică.

Această tehnică presupune o cheltuială mai mare de energie, dar este compensată suficient de beneficiile rezultate din dimensionarea şi exploatarea întregii l i n i i de tratare a nămolului (în mod special echipamentele de deshidratare).

Concentratoarele de nămol cu insuflare de aer (flotatoarele) sunt de formă dreptunghiulară sau circulară, cele circulare fiind în general mai performante. Astfel, chiar din concepţie, ele permit să dezvolte un ..câmp gravitaţional negativ", creat prin degajarea bulelor mici de aer. pe o suprafaţă mai mare a construcţiei.

Patul de nămol este mai gras şi mai bine repartizat şi din aceste cauze, secitatea (% substanţă uscată) este mai ridicată înspre suprafaţă.

De asemenea trebuie precizat că o condiţionare prealabilă (cu polimeri) a nămolului ameliorează performanţele (câte odată este indispensabilă această operaţie); contactul intim polimeri - suspensii-bule de aer trebuie supravegheat foarte atent.

Presurizarea poate fi de tipul direct sau indirect.

204 205

În cazul sistemului direct, nămolul este presurizat, circuitul de presurizare şi detentă este conceput astfel încât să fie eliminate constrângerile de exploatare datorită elementelor vehiculate de nămoluri. Avantajele acestui procedeu sunt numeroase:

- seccitatea superioară în majoritatea cazurilor;- flux masic ridicat (70...200 kg suspensii/m2);- funcţionare normală posibilă tară polimeri.

În cazul sistemului indirect, apa este presurizată cu aer, apoi destinsă şi amestecată cu nămolurile la intrarea în flotator. Acest sistem este convenabil pentru nămolurile puţin concentrate (suspensii 1-3 g/l). Pentru nămolurile brute cu suspensii 5 g/l de ex., debitul apei presurizate reprezintă 50-80% din debitul de nămol brut. Concentrarea cea mai eficientă se obţine cu un strat aerat gros. Utilizarea polimerilor (în doze de 1-2 kg/tonă suspensii) permite atingerea unor fluxuri masice foarte ridicate şi ameliorează concentraţia nămolurilor aerate. Totuşi. trebuie remarcat faptul că majoritatea concentratoarelor aerate funcţio-nează tară adaos de polimeri, mai ales în cazul presurizării directe.

Consumurile de aer comprimat variază între 0,01 şi 0,025 kg cm/kg suspensii.

Consumurile energetice globale ale instalaţiilor de flotat ie a nămolurilor variază între 200-400 kW/m3 de nămol. Performanţele flotatoarelor sunt direct dependente de structura fizică a flocoanelor. Concentraţiile cele mai ridicate ale nămolurilor îngroşate prin flotaţie sunt obţinute în cazul indicilor Mohhman (indexul nămolului) scăzute.

Presurizarea este frecvent asigurată în sistemul indirect.Debitul de apă presurizată recirculată este de cea. 50 % din

debitul tratat. Dozele de aditivi de flotaţie sunt de ordinul a 2 kg de polimeri/zonă de suspensii.

În cazul în care clarificarea apei este realizată prin flotaţie, un al doilea flotator nu este neapărat necesar.

Nămolurile îngroşate fiind situate la suprafaţa bazinului, con-trolul evacuării lor este uşurat. Numărul racloarelor pe unitate de suprafaţă trebuie mărit, iar pentru construcţiile mari (D > 14). trebuie prevăzute două camere de recepţie, flecare fiind echipată cu pompe de evacuare.

Alegerea corectă a vitezei şi a cadenţei de radare permite controlul înălţimii stratului de nămol, a cărui valoare optimă poate varia intre 30 cm şi 1 m.

Flotatoarele de nămol acceptă opriri ale alimentării şi presurizării relativ lungi (câteva ore), dar o alimentare continuă sau pseudo-continuă este preferabilă. Posturile de flotaţie pot fi automatizate complet şi nu necesită personal de întreţinere. De asemenea, nu necesită acoperirea bazinelor, nici în regiunile ploioase.

C. Îngroşarea prin centrifugare

Centrifugarea este un procedeu de separare care utilizează acţiunea unei forţe centrifuge pentru a provoca decantarea accelerată a particulelor unui amestec lichid-solid.

Spălarea materiilor în suspensie este aplicaţia cea mai răspân-dită a centrifugării. Ea permite îngroşarea accelerată a nămolurilor neconcentrate în vederea optimizării filierei de tratare a nămolurilor, inclusiv a unor nămoluri de hidroxizi metalici.

Aparatele industriale utilizate sunt numite decantoare continue şi au o concepţie specială sau parametrii constructivi adaptaţi. Sunt alcătuite dintr-un corp cilindro-conic cu ax orizontal care se roteşte cu viteză mare, în interiorul căruia se învârte un şurub fără sfârşit cu filet elicoidal, dispus coaxial. Aceste două rotoare se învârt cu viteze diferite, diferenţa acestor două viteze se numeşte viteză relativă Vr.

Nămolul este introdus axial în maşină, decantarea se efectuează, în cea mai mare parte, în partea cilindrică. Partea solidă este evacuată la capătul părţii conice iar lichidul este recuperat la extremitatea cealaltă (cilindrică, cu diametru mare) prin deversare peste pragul reglabil (ce limitează inelul lichid).

Decantoarele continue au fost alese pentru îngroşarea nămo-lurilor datorită următoarelor avantaje:

- funcţionare riguros continuă (alimentare/evacuare);- separarea fazelor prin decantare accelerată şi transportul

sedimentului se tac evitând orice risc de colmatare (nu trebuietraversat nici un mediu filtrant);

206

207

- producerea unui sediment omogen ce se livrează funcţie de cantitatea de nămol necesar a fi deshidratat.

Utilizarea polimerilor (1...3 kg/tonă suspensii) este utilă în majoritatea cazurilor. Consumul de reactivi este foarte dependent de variaţiile de concentraţie a nămolului. Procedeul este mult mai sensibil decât flotaţia la schimbările de caracteristici ale nămolului.

Consumul de energie este cuprins între 800-1500 Wh/m3 de nămol, iar instalaţia este extrem de compactă, fiind recomandată pentru cazuri în care suprafeţele disponibile sunt foarte mici.

D. Îngroşarea prin “ drenaj"

Reducerea umidităţii nămolurilor prin ..drenaj" este o soluţie nouă, interesantă. Cel mai simplu, fiabil şi eficace aparat utilizat este grilajul GDE. Acest aparat, cu funcţionare continuă, este amplasat direct după refularea pompei de alimentare cu nămol, în prealabil floculat. Nămolul este întins pe o suprafaţă orizontală (un grilaj fin), raclat în permanenţă de lame de cauciuc.

Concentraţia nămolului creşte progresiv avansând pe grilaj. Reglajul este optim atunci când nămolul nu mai conţine apă liberă la sfârşitul parcursului. Debitul pompei de alimentare şi viteza de raclaj a grilei sunt reglabile. Spălarea grilajului se face periodic, cu apă sub presiune, produsul reintrând în circuit.

Aportul agentului de floculare se face printr-un amestec static amplasat în aval de pompele de nămol. Consumul de polimeri este relativ ridicat (= 5 kg polimer/tonă suspensii), dar această „risipă" este neglijabilă în raport cu avantajele rezultate:

- reducerea de 2-3 ori a volumului de nămol;- reducerea comparabilă a costului de transport al nămolului;- randament de extracţie ridicat (95%).

Pentru nămolurile provenind din staţiile de tratare a apei de suprafaţă nu se recomandă condiţionarea termică, întrucât conţinutul în substanţe organice este redus.

În cadrul condiţionării chimice, alegerea tipului şi dozei de electroliţi minerali sau polielectroliţi se face numai după analize de laborator şi la scară industrială, pentru fiecare tip de nămol în parte şi pentru echipamentul de deshidratare folosit.

• Reactivii minerali - Sunt cei mai indicaţi în cazul filtrelor-presă şi a filtrelor ce funcţionează sub vid, echipamente la care suportul filtrant este caracterizat prin ochiuri fine. în general mai mici de 100-200 |.in. Flacoanele formate sunt fine, dar stabile.

Dintre electroliţii minerali folosiţi curent cităm sărurile metalice -clorură ferică, clorosulfat feric, sulfat feric, sulfat feros, mai rar sulfat de aluminiu.

Un adaos de var este indicat pentru îmbunătăţirea filtrabilităţii nămolului, datorită creşterii pH-ului. diminuării proporţiei de „apă legată", precipitării unor săruri de calciu şi destabilizării structurii coloidale prin aportul de substanţe minerale.

Pentru nămolurile hidrofile (cum sunt numeroase nămoluri provenind din procesul de tratare a apei) poate fi suficient numai adaosul de var pentru îmbunătăţirea filtrabilităţii nămolului - vezi tabel 3.49.

Tabelul 3.49.

d) Deshidratarea nămolurilor

Pentru a permite funcţionarea eficientă a instalaţiilor de deshi-dratare mecanică este necesară condiţionarea prealabilă a nămolului, ce determină stabilitatea coloidală şi conduce la mărirea dimensiunilor Particulelor solide.

Condiţionarea adecvată tipului de nămol de tratat este cheia funcţionării corespunzătoare a deshidratării.

208 209

Procesele de condiţionare pot fi:- termice - cele mai eficace pentru nămolurile organice, în

special. Prezintă şi avantajul că nu introduc substanţe adjuvanteîn nămol;

- chimice - constând în introducerea de electroliţi minerali(săruri metalice şi var), uneori polielectroliţi.

Adaosul de reactivi sporeşte conţinutul în substanţă solidă a nămolului, deci trebuie avut în vedere la dimensionarea şi alegerea echipamentului de deshidratare. Orientativ, 60-70 % din FeCl intro-dus se regăseşte în turte şi 80-90% din Ca (OH)2;.. O parte din ionii de Ca++ şi Cl- trec în supernatant.

La alegerea schemei de preparare şi dozare trebuie avută în vedere necesitatea asigurării unui amestec intim al reactivului cu nămolul, timpul de contact fiind recomandat între 5 şi 10 minute. Un timp mai mare de contact sau stocarea nămolului condiţionat pe o perioadă mai îndelungată poate conduce la deteriorarea filtrabilităţii nămolului.

Pentru realizarea unui amestec corespunzător se recomandă:- aportul unei cantităţi de apă de diluţie (în cazul folosirii

soluţiilor concentrate de FeCl);- utilizarea laptelui de var. uzual cea. 50-80 g/1;- folosirea agitatoarelor mecanice, în serie - primul pentru

reactiv, al doilea pentru var.

Folosirea polielectroliţiilor anionici sau cationici, se recomandă pentru echipamentele de deshidratare ce folosesc suport filtrant cu ochiuri mari (0,4 la l mm), mai puţin colmatabile, de tipul superpress (filtre presă cu bandă).

Alegerea polielectrolitului, ca şi în cazul reactivilor chimici, se face după teste de laborator şi industriale, pentru fiecare nămol şi echipament în parte.

In cazul nămolurilor provenite din staţiile de tratare a apei de suprafaţă este recomandată folosirea polielectroliţilor anionici, dozele folosite fiind, de regulă 0.3...2 kg/tonă suspensii.

Ei pot fi asociaţi, în cazuri particulare (filtre-presă) cu sărurile

metalice.Polielectroliţii pot fi aprovizionaţi sub formă pulverulentă

pentru instalaţiile ce tratează debite mari de nămol sau în soluţie vâscoasă în celelalte cazuri. De regulă, pentru staţiile de tratare a apei se recomandă această din urmă soluţie.

Soluţia (având 4...6 g/l) este diluată, de regulă, înainte de a fi amestecată cu nămolul. Amestecul se face uşor, flocularea fiind

rapidă.Pentru decantoarele continue, polielectrolitul se injectează

direct în conducte de nămol. Pentru filtrele presă cu bandă injecţia se face într-o cuvă prevăzută cu agitator, amonte de zona de drenaj aaparatului.

În cazul filtrelor presă maniera de injecţie este mai complexă, datorită variaţiei, în timp, a debitului de nămol, deci şi a dozei de polimer, eventual prin intermediul unei pompe dozatoare ataşată pompei de nămol.

Filtrare sub presiune în camere etanşe se realizează în filtre-presă ce permit aplicarea de presiuni ridicate asupra turtei (5...15 bar), obţinându-se seccitate în general peste 30 %. Nămolurile necesită condiţionare prealabilă.

Filtre presă cu plăci - Sunt constituite dintr-un ansamblu de plăci verticale, juxtapuse şi strânse una de alta printr-o presare hidraulică. Astfel se realizează o cameră etanşă de filtrare, ce permite îndepărtarea uşoară a turtelor. Pe cele două feţe cu caneluri ale plăcilor se aplică pânze cu ochiuri de diametru mic (10. ..30 (μn). Nămolul intră prin orificiile centrale, ce formează o conductă de admisie prin juxtapunerea plăcilor. Filtratul se recuperează prin canelurile existente şi este evacuat prin conducte. Materiile solide se acumulează în cameră, până la formarea turtei complete.

Filtre presă cu membrană - Sunt o variantă a celor anterioare, prezentând particularitatea că fiecare placă este îmbrăcată într-o membrană de plastic sau cauciuc, ce permite, prin umflarea ei cu aer

210 211

sau apă, uniformizarea presiunii pe întreaga suprafaţă a turtei ceea conduce la îmbunătăţirea deshidratării, în plus. aceste filtre folosirea polielectroliţilor, capacităţile de producţie sunt superioare

Filtre presă cu şurub - Sunt constituite dintr-un şurub melcat ce se învârte cu viteză redusă într-un cilindru perforat, cu ochiuri mari comprimând nămolul, ce iese sub formă de pastă pe la capăt. Forţa necesară este foarte ridicată pentru a permite expulzarea apei interstiţiale. Se aplică, in general, nămolurilor fibroase şi este bine să fie precedate de o grilă GDE de îngroşare. Necesită un consum mare de polielectrolit.

Filtre presă cu bundă - Etapele procesului de filtrare sunt următoarele:

- condiţionare a nămolului cu polielectroliţi în floculatoarecu timp scurt de retenţie sau prin injecţie directă în conducta denămol;

- drenarea nămolului floculat pe un suport filtrant; cu câtnămolul este mai concentrat, cu atât performanţele sunt mairidicate:

- presarea nămolului prin comprimare succesivă a stratuluide nămol drenat între două pânze ce se rulează în jurul unuitambur perforat.

Eficacitatea deshidratării depinde de presiunea superficială P, care este funcţie de efortul de tensionare al pânzei, lăţimea pânzei şi diametrul ruloului. Uzual, presiunea este de 0,3...l bar.

Avantajele acestui sistem constau în:- facilitate în exploatare, prin faptul că toate operaţiile se

produc „la vedere";- costuri reduse de exploatare şi investiţie:- continuitatea procesului:- nu necesită adaosuri de condiţionare sub formă de

reactivi minerali;- produc nămoluri ce pot fi îndepărtate prin lopătare.

212

Centrifugarea

Centrifugarea, ce foloseşte decantoarele continue, permite:- deshidratarea continuă a nămolului într-o incintă compactă;- realizează o bună separare a fazelor;- necesită o supraveghere relativ limitată.

Dezavantajele constau în:- producerea de zgomot, ce impune izolare fonică a sălii

respective;- consum mare de energie în raport cu filtrele presă:- nămolul nu poate ti observat direct, procesele producându-se

în incinte închise; - întreţinere dificilă.

3.6. Utilaje folosite frecvent în procesele de tratare a apei

Utilajele necesare în staţiile de tratare sunt foarte diversificate ca funcţiuni:

• aparate de măsură pentru: debite, presiuni niveluri, parametrielectrici, concentraţii, turbidităţi, potenţial electric etc.:

• organe de închidere: vane, robineţi. clapeţi, stavile;• dispozitive de reglaj: nivele, debite, variatoare de frecvenţă,

viteze de rotaţie;• instalaţii de stocare, transport, preparare şi de dozare: pentru

reactivi granulari (sulfat de aluminiu, sulfat feric, var,cărbune activ) sau în soluţie (clorură ferică, sulfat feric,polielectroliţi)sau în stare gazoasă (Cl2 ClO2, CO2:);

• pompe, suflante, compresoare;• poduri racloare, mixere, instalaţii de transport şi manipulare.

Pe de altă parte fiecare din categoriile menţionate se găsesc într-o gamă largă de tipuri, capacităţi performante şi preţuri ţinând seama de numărul mare de producători şi furnizori din acest domeniu.

213

Precizarea tipului de utilaj trebuie stabilită după definitivare schemei tehnologice a staţiei de tratare şi a capacităţii fiecărui obiect ţinând seama de:

• caracteristicile tehnice;• puterea instalată;• performanţele ce le realizează;• fiabilitate (termen de garanţie);• existenţa unui service pentru perioada de garanţie şi ulterioară

acesteia;• raportul preţ/calitate (performanţe);• compatibilitate de integrare în sistemul de monitorizare auto

matizare.

Pentru principalele categorii de utilaje, echipamente şi armături utilizate în staţiile de tratare vezi Anexa 22.

3.7. Necesitatea reabilitării staţiilor existente de tratare a apei

Ţinând seama pe de o parte de vechimea apreciabilă a majori-tăţii staţiilor de tratare existente şi pe de altă parte de tehnologiile care au stat la baza realizării lor şi deteriorarea calităţii apei la sursă, trebuie avută în vedere necesitatea reabilitării şi modernizării, acestora.

În principal trebuie reconsiderate;- alegerea tipurilor de reactivi, coagulanţi şi adjuvanţi

înlocuirea instalaţiilor de preparare şi dozare a reactivilor;- îmbunătăţirea procesului de decantare prin adoptarea în

instalaţiile existente a unor procese de decantare cu recirculareastratului de nămol, sau cu viteză variabilă de tipul pulsator sausuperpulsator, a decantării lestate sau cu pachete de lamele;

- revizuirea sistemelor de distribuţie, drenaj şi reglaj lafiltrele rapide, cu înlocuirea stratului filtrant cu granulometriecorespunzătoare, cu îmbunătăţirea reţetei de spălare;

- completarea schemelor cu instalaţiile de recuperare aapelor de la spălarea filtrelor, de îngroşare şi uscare a nămoluluireţinute în decantoare;

- refacerea finisajelor, instalaţiilor electrice şi de încălzire;înlocuirea pompelor şi suflantelor.

Retehnologizarea trebuie realizată ţinând seama de performan-tele instalaţiilor existente, pe baza unor studii la nivel de pilot din care să rezulte că apa tratată după noua tehnologie propusă va îndeplini condiţiile de calitate din Legea 458/2002.

4. PRINCIPIILE DE PROIECTARE A SISTEMULUI DE MONITORIZARE, AUTOMATIZARE, DISPECERIZARE A STAŢIILOR DE TRATARE A APEI

În staţiile de tratare a apei evoluţia unor parametri legaţi în special de calităţile apei brute şi de influenţele acestora asupra fluxului tehnologic sunt în general relativ lente în timp ce parametrii ce decurg din variaţia debitului de apă tratată pot influenţa esenţial procesul tehnologic. Prin acestea, debitul de apă tratată este considerat ca un' parametru de bază în automatizarea instalaţiilor de tratare a apei.

La o anumită calitate a apei brute întregul proces tehnologic, în principal dozarea reactivilor, va trebui corelat cu debitul de apă tratată.

Complexitatea fenomenelor de coagulare, floculare depinzând de o multitudine de factori, ca de ex.: turbiditate. conţinut de substanţe organice, natura suspensiilor, dimensiunile şi potenţialul electric al acestora, temperatura apei etc. reclamă, pe de altă parte găsirea unor soluţii de monitorizare în timp real a unor parametri ai apei tratate cu anumite doze de reactivi care să permită corecţia continuă a acestor doze în vederea menţinerii procesului tehnologic în domeniul optim de funcţionare (asigurarea calităţilor apei tratate cu minimum de consumuri de reactivi).

214 215

Sistemul expert care stă la baza monitorizării şi automatizării staţiei de tratare trebuie să se bazeze pe integrarea în timp a observaţiilor personalului experimentat de exploatare.

Un mare număr de funcţiuni de automatizare au fost puse la punct în instalaţiile de tratare a apei şi mari progrese sunt, în prezent, în curs de realizare.

In prezent automatizarea funcţionării staţiilor de tratare a apei se bazează pe:

• monitorizarea debitului de apă tratată care comandă debitulreactivilor coagulanţi şi adjuvanţi;

• monitorizarea stării de echilibru electric, a potenţialul zeta, aapei după tratarea cu reactivi, prin aparatele denumite SCD(care sunt detectoare de curent de curgere) şi care suntconcepute pentru a corecta în permanenţă şi în timp realdozele de reactivi.

În subsidiar în staţia de tratare se monitorizează niveluri, presiuni, pierderi de sarcină, parametrii fizico-chimici (turbidităţi. temperaturi, concentraţii de clor) parametri electrici în staţiile de pompare.

Principalele funcţiuni automatizabile, parametri de referinţă şi mijloacele de realizare sunt date în tabelul 4.1.

216

5. ASIGURAREA EXIGENŢELOR DE CALITATE PENTRU CONSTRUCŢII, IGIENA ŞI SĂNĂTATEA

OAMENILOR ŞI PROTECŢIEI MEDIULUI Construcţiile şi instalaţiile pentru staţiile de tratare a apei potabile se vor proiecta şi executa pentru a se asigura realizarea şi

menţinerea cerinţelor fundamentale formulate prin Legea nr. 10 privind calitatea în construcţii şi prevederilor regulamentelor legiferate prin H. G. nr. 766/1997.

Materialele utilizate la realizarea construcţiilor vor fi numai din categoria celor certificate pentru a asigura nivelul de calitate corespunzător cerinţelor şi avizate sanitar, pentru cele în contact cu apa potabilă. La realizarea construcţiilor se vor folosi produse, procedee şi echipamente tradiţionale, precum şi unele produse noi pentru care este necesară existenţa agrementelor tehnice.

Din punct de vedere al proiectării şi realizării de calitate a construcţiilor şi instalaţiilor de tratarea apei se va asigura realizarea şi menţinerea următoarelor cerinţe esenţiale-conf. Directivei 89/106CEE.

• A. rezistenţei şi stabilităţii construcţiei (A1)

• B. siguranţa în exploatare (B9 )• D. igiena, sănătatea oamenilor, refacerea şi protecţia mediului

Aceste cerinţe esenţiale se regăsesc în Legea nr. 10 „Calitatea în

construcţii" care mai prevede şi:• C. siguranţa la foc• E. izolaţia termică, hidrofugă şi economia de energie

• F. protecţia împotriva zgomotului

Cerinţele de calitate formulate mai sus vor fi analizate şi considerate selectiv, funcţie de specificul obiectelor, în conformitate cu prevederile „Normativului Cadru privind detalierea conţinutului stabilit prin Legea nr. 10/1995". reglementare elaborată de organele abilitate prin lege.

221

Construcţiile şi instalaţiile din staţiile de tratarea apei vor fi verificate de verificatori tehnici atestaţi de organele abilitate prin lege la cerinţele corespunzătoare categoriei de importanţă după clasificarea din Regulamentul aprobat ca HG nr. 261/1994 şi cel puţin la cerinţele A, B şi D.

Proiectanţii vor preciza în proiecte cerinţele pe care trebuie să le îndeplinească construcţiile şi instalaţiile din staţiile de tratare a apei potabile.

5.1. Condiţii tehnice şi criterii de performanţă pentru asigurarea cerinţelor de calitate

5.1.A. Rezistenţa şi stabilitatea la sarcini statice, dinamice şi seismice

Se vor asigura luându-se în considerare toate elementele privind sau rezultând din:

• natura terenului, conform studiilor de teren;• zona seismică de calcul - Ks şi Ts (STAS l l 100/1):• principii generale de proiectare pentru construcţii din regiuni

seismice STAS 9165;• încărcări date de vânt STAS 10101/20;• Normativul P 100/1992 - Proiectarea antiseismică• încărcări date de zăpadă STAS 10101/2;• adâncimea de îngheţ - STAS 6054;• încărcări date de temperatura exterioară STAS 10101/23 şi

STAS 10101/23A;• sarcini date de utilaje, în regim static şi dinamic, conform

datelor de la furnizori• executarea lucrărilor de beton, beton armat şi beton armat

precomprimat - Codul de practică (C 140);• executarea lucrărilor din beton precomprimat Normativ C21-85

ÎNCERC;• betoane şi mortare de ciment-determinarea adâncimii de

penetrare a ionilor de clor pe elemente de construcţii (Rezervoare)-STAS 13380;

• betoane-încercări pe betoane. Determinarea modulului deelasticitate static, la compresiune, a betonului STAS 5585

• încercări pe betoane. Determinarea rezistenţei la îngheţ STAS3518 şi verificarea impermeabilităţii la apă STAS 3519;

• construcţii de beton, beton armat şi beton precomprimat. Tipulşi frecvenţa verificărilor materialelor şi betoanelor STAS1799;

• îmbinarea materialului tubular (ţevi oţel, fontă, fontă ductilă,polietilenă) cu STAS-urile respective pentru creşterea rezis-tenţei la sarcinile statice şi dinamice;

• măsuri privind protecţia la „lovitura de berbec".• normativul C56-85 - Verificarea calităţii şi recepţia lucrărilor

de construcţii.

Proiectele vor fi verificate suplimentar de către verificatori specialişti atestaţi în ceea ce priveşte structura constructivă, respec-tarea actelor normative în vigoare, ipotezele de calcul şi calculele efectuate.

În execuţie se vor folosi numai materiale cu calitate certificată, agrementate.

Elementele de siguranţă, menţionate vor fi garantate şi ca urmare a punerii în practică, la execuţia lucrărilor, a unui program riguros de urmărire a calităţii execuţiei lucrărilor, continuu, şi cu verificări minuţioase la nivelul fazelor determinante a lucrărilor, cu participarea efectivă a inspecţiei de stat în construcţii, a personalului de supraveghere a beneficiarului cât şi a proiectantului, în conformi-tate cu prevederile Legii nr. 10/1995, privind calitatea în construcţii şi actelor normative adiacente acestei legi.

5.1.B. Siguranţa în exploatare

Siguranţa în exploatare se asigură încă din faza de proiectare. Măsurile prevăzute în proiecte se vor conjuga cu cele efectiv Nominalizate în instrucţiunile de exploatare la intrarea în funcţiune. Astfel, se vor avea în vedere următoarele criterii principale;

223

• Siguranţa circulaţiei pietonale în sensul inexistenţei factorilorcare să faciliteze:

- alunecarea, împiedicarea sau coliziunea cu obiecte sauutilaje:

- riscul de accidentare sau cădere de la un nivel superiorsau în bazine;

- se vor impune restricţii de staţionare a personalului înapropierea gospodăriei de reactivi, mai ales atunci când sefolosesc clorul sau ozonul.

• Siguranţa cu privire la agresiuni provenite din instalaţii -factorii de risc ce trebuie eliminaţi pot fi:

- pericolul de electrocutare;- pericolul de explozie;- intoxicare;- contaminare şi otrăvire;- contact cu elemente de instalaţii.

• Siguranţa privind efracţia• Siguranţa efectuării operaţiilor tehnologice• Siguranţa desfăşurării procesului tehnologic

În exploatare, construcţiile se vor urmări pe toată durata de existenţă, în baza unui ansamblu de activităţi privind:

- examinarea directă;- investigarea cu mijloace de observaţie şi măsurări specifice;- măsurarea lăsărilor la construcţii;- urmărirea comportării terenului în jurul construcţiilor etc.

În ceea ce priveşte siguranţa în exploatare a echipamentelor şi utilajelor mecanice, aceasta este asigurată printr-un complex de măsuri, care cuprinde:

• soluţiile tehnologice adoptate;• alegerea echipamentelor de mare fiabilitate şi din materiale

rezistente la mediile în care se montează (oţel inox, oţelzincat, vopsele şi protecţii rezistente la agenţi agresivi).

Se mai menţionează că, asemenea construcţii au nevoie de o siguranţă sporită, deoarece, în caz de dezastru, asigurarea unei ape, calitativ bune, este stringent necesară ca alternativă la situaţia în care, avarierea acestor construcţii ar produce o accentuare dramatică a efectului deja creat de calamitatea respectivă.

5.1.C. Siguranţa la foc

Pentru toate construcţiile se vor avea în vedere prevederile Normativului de siguranţă la foc a construcţiilor, Normele generale de prevenire şi stingere a incendiilor, aprobate cu O.M.I nr. 775/1988, Metodologia privind elaborarea scenariilor de siguranţă la foc, aprobată cu Ordinul Ministrului de Interne nr. 84/2001.

Soluţiile tehnice şi măsurile ce se vor prevedea în documenta-ţiile de execuţie vor avea în vedere asigurarea următoarelor cerinţe (condiţii tehnice de performanţă):

• protecţia şi evacuarea utilizatorilor, limitarea pierderilor debunuri, preîntâmpinarea propagării incendiului, protecţia pompierilor şi a altor forţe care intervin, protejarea bunurilor periclitate, limitarea şi stingerea incendiului.

Pentru realizarea lor, în documentaţiile tehnice de proiectare a construcţiilor şi instalaţiilor pentru tratarea apei se vor stabili criteriile de performanţă privind cerinţa de calitate siguranţa la foc, factorii de determinare a acestora, precum şi a nivelurilor de performanţă prevăzute de reglementările specifice, pentru eliminarea riscului deincendiu.

Se vor avea în vedere toate particularităţile tehnice, tehnologice Şi constructive care conferă construcţiei o performanţă maximă în asigurarea unei securităţi depline privind:

• comportarea la foc;• stabilitatea la foc;• rezistenţa la foc;• preîntâmpinarea propagării incendiilor ţinând cont de:

- degajările de fum, gaze fierbinţi şi produse nocive;

225

- etanşeitate la fum şi flăcări;- propagarea fumului şi flăcărilor:- rezistenţa faţadelor şi acoperişurilor la propagarea focului-- căile de acces, evacuare şi intervenţie.

5.1.D. Igiena, sănătatea oamenilor, refacerea şi protecţia mediului

Această cerinţă se întemeiază pe soluţionarea problemelor în baza următoarelor criterii:

• Igiena aerului, vizând:- concentraţia de substanţe poluante;- concentraţia în oxigen;- numărul minim al schimburilor de aer proaspăt pentru

diverse încăperi;

• Igiena apei;• Igiena higrotermică a mediului interior;• Însorirea;• Iluminatul;• Igiena acustică a mediului interior;• Calitatea finisajelor;• Igiena evacuării apelor uzate şi a dejecţiilor;• Igiena evacuării deşeurilor şi a gunoaielor;• Protecţia mediului exterior;• Controlul periodic de sănătate al personalului din incinta

staţiei de tratare.

Pentru asigurarea apei, la un nivel de calitate corespunzător se vor folosi numai reactivi avizaţi de Ministerul Sănătăţii.

Tehnologia care procesează apa nu va permite emisia de noci-vităţi în aer de natura pulberilor poluante, de orice fel. De asemenea. orice fel de reziduu sau deşeu rezultat din procesarea agentului dezinfectant va fi prelucrat local sau stocat şi transportat în locuri speciale unde se vor aplica tratamente specifice pentru reducerea

gradului de nocivitate până la compatibilitatea cu reglementările în vigoare referitoare la depozitare sau evacuarea în diverşi receptori.

De asemenea, nivelul de zgomot va fi sub cel normat.

5.1.E. Izolaţia termică, hidrofugă şi economia de energie

Principalele componente convergente pe acest criteriu ce trebuie soluţionate prin proiect sunt:

• Pentru izolarea termică:- Coeficientul global de izolare termică G;- Abaterea maximă a temperaturii normale de exploatare;- Asigurarea omogeneităţii şi continuităţii termoizolaţiei;- Rezistenţa la permeabilitate la aer: Ra,- Evitarea apariţiei condensului.

• Pentru izolarea hidrofugă:- Etanşeitatea la apa de ploaie;- Etanşeitatea la ape subterane;- Etanşeitatea la zăpadă.

• Privind economia de energie- Este necesară contorizarea consumurilor de energie.

5.1.F. Protecţia împotriva zgomotului

Această cerinţă implică atât protecţia personalului de exploatare, cât şi a zonelor limitrofe sau adiacente obiectivului şi se poate referi atât la zgomotul propriu produs cât şi la cel provenit din exterior.

Se au în vedere criterii referitoare la izolarea acustică şi izolarea antivibratilă.

5.2. Urmărirea în timp a execuţiei lucrărilorÎn proiectele de execuţie se vor stabili prin grafice fazele

determinante de control şi probe la toate obiectele staţiei de tratare, natura şi condiţiile impuse acestor probe.

226 227

Bibliografie

1. Conley, W. R. Operators Guide to High Rate Filtration J.A.W.WA. vol. 64, nr. 3, mar 1972 (Ghid de operare pentru filtrarea rapidăcu viteză ridicată)

2. Craft, F.T. Mechanism of Rapid Filtration in a Uniform Filter BedWater Resources Research nr. 6/1970 (Mecanism de filtrare rapidăîn unităţi cu pat de filtrare)

3. Ianculescu O. Contribuţii la optimizarea camerelor de reacţie dinstaţiile de tratare a apei. Teză de doctorat la ICB 1988

4. Kittner, A., Wasserwersorgung (ed. 4) Berlin 1979 (Alimentări cuapă)

5. Memento technique de L'eau - Degremont - Franţa 1989 (Mementopentru tehnica apei)

6. Milton Roy - Streaming Current Detector 1995 (Detector decurent - potenţial zeta)

7. Rusii G., Rojanschi V., Filtrarea in tehnica tratării şi epurăriiapelor, Ed. Tehnică 1989

8. Pâslăraşu I., Teodorescu M.. Alimentări cu apă - Ed. III. EdituraTehnică

9. Sandu M., Mănescu Al., lanculescu O., Alimentări cu apă - Edit.Didactică 1994

10.Trofin Petre - Alimentări cu apă - Buc. 1989.

11.TSM - L'EAU/TSM Colecţia 1970 - 1990 (Apa).12. AQU A-Colecţia 1980- 1990 (Apa).

13.Proiecte Tip şi directive elaborate de ISLGC şi PROED în etapa 1970- 1990.

14.Colecţia de standarde• 1342/91 -Apa potabilă• 1712/1-91- Alimentări cu apă. Nisip şi pietriş cuarţos pentru

filtrarea apei şi prevenirea înnisipării

• 3573-91 - Alimentări cu apă. Desnisipatoare. Prescripţiigenerale

• 3602-87 - Alimentări cu apă. Filtre de nisip cu nisip liber.Prescripţii proiectare

• 3620/1-85 - Alimentări cu apă. Decantoare cu separaregravimetrică. Prescripţii de proiectare

• 3620/2-85 - Alimentări cu apă. Decantoare suspensionale curecircularea mecanică a nămolului. Prescripţii de proiectare.

4706- Ape de suprafaţă. Categorii şi condiţii de calitate

15. Legea 458/2002 privind Calitatea Apei Potabile

16. Directiva Uniunii Europene 98/83 privind calitatea apei potabile

17.Legea 10/1995 privind cerinţele de calitate, fazele determinante de control a execuţiei, verificarea proiectelor de verificatori atestaţi de organele abilitate prin lege

18.Studiu privind tratarea şi evacuarea nămolului provenit de la staţiile de tratare a apelor de suprafaţă Pr. B3/226B

19.Normativ NTPA 013/2002 - Norme de Calitate pe care trebuie să le îndeplinească apele de suprafaţă utilizate pentru potabilizare

20.Ordinul Min. Sănătăţii nr. 536/97 - Norme de Igienă şi Calitate privind cadrul de viaţă al populaţiei

21.Ord. MSF nr. 117/2002 - Procedee de regulamentare sanitară pentru proiecte de amplasare a construcţiilor şi regulamente sanitare a funcţionării obiectivelor

22.HGR nr. 101/1997 privind zonele de Protecţie Sanitară

23.Normativ pentru proiectarea construcţiilor şi instalaţiilor de dezin-fectare a apei în vederea asigurării sănătăţii oamenilor şi protecţiei mediului-NP-091-03

24. Experimental and Theoretical Investigation of the Clogging of a Rapid Sand Filtration (Cercetări teoretice şi experimentale de colmatare a filtrelor rapide cu nisip) - R. Eliassen

228

NOTA - numai ptr. valorile din tabel, coloana 21Valoarea se referă la concentraţia în apă a manomerului rezidual, calculată conf.

specificaţiilor privind concentraţia maximă eliberată de către polimer în contact cu apa. Staţiile de tratare vor notifica autorităţii de sănătate publică judeţene, respectiv a municipiului Buc., utilizarea compusului în procesul de tratare a apei pir. potabilizare.

2 Unde este posibil, valoarea concentraţiei trebuie să fie cât mai joasă, Fără a compromite eficienţa dezinfecţiei. Pentru apa la care se referă art.6 alin (l) lit. a). B) si d) respectarea în practică a valorii se va realiza în maximum 10 ani de la intrarea îi' vigoare a prezentei legi. în primii 5 ani acceptându-se o valoare de 25 μg/l.

3 Valoarea se aplică la o probă de apă prelevată de la robinetul consumatorului printr-o metodă de prelevare adecvată, astfel încât să fie reprezentativă pentru cantitatea medie săptămânală ingerată de către consumator. Metoda de monitorizare trebuie să ţină seama şi de frecvenţa concentraţiilor maxime care pot cauza efecte asupra sănătăţii.

4 Pentru cupru se va accepta valoarea 2.0mg/l. dacă reţeaua de distribuţie are componente din cupru, cu respectarea celor menţionate la pct. 3.5 Compuşii specificaţi sunt: benzot(b)fluorantren. henzo(k)fluoranren. bezot(ghi)perilen. indeno (1.2 . 3-cd) piren.

6 Se va aplica următoarea formulă:

50 3nitraţi şi nitriţi sunt exprimate în mg/l.7 Prin Pesticide - Total se înţelege suma tuturor compuşilor individuali, detectaţi şicuantificaţi în urma procedurii de monitorizare.8 Prin pesticide se înţelege: erbicide. fungicide, nematocide. acaricide. algicide.rodendicide. slimicide organice, compuşi înrudiţi (ca ex.: regulatori de creştere) şimetaboliţii relevanţi, produşii de degradare şi de reacţie. Se vor monitoriza numaipesticidele prezente în sursa de apă.9 Pentru apa la care se referă an. 6 a l i n ( l ) li t . a), b) şi d) respectarea în practică avalorii se va realiza în maximum 15 ani de la intrarea în vigoare a prezentei legi, înprimii 5 ani acceptându-se o valoare de 25μg/l.10 Pentru apa îmbuteliată unitatea de măsură este număr /250 ml

230

ANEXA 1.

Tabelul l.1

Parametrii de calitate ai apei potabile

Fişă de comparaţie între prevederile diferite privind calitatea apeiîn STAS-ul 1342 şi cele din Legea 458/2002 anexele 1 şi 2

12 Acest parametru trebuie monitorizai alunei când sursa de apă este de suprafaţă sau mixta, iar în situaţia în care este decelai trebuie investigata si prezenţă altor microorganisme patogene, ca de ex: criptosporidium.13 Acest parametru se va analiza când nu ce poate sau nu este prevăzută determinarea COT.14 Pentru apa plată îmbuteliată valoarea minimă poate fi redusă până la 4, 5 unităţi de pH. Pentru apa îmbuteliată care conţine în mod natural sau este îmbogăţită cu bioxid de carbon, valoarea pH poate fi mai mică.

15 Pentru apa rezultată din tratarea unei surse de suprafaţă nu se va depăşi 1.0 UNT (unităţi nefelometrice de turbiditate) înainte de dezinfecţie.

16 Frecvenţa, metodele şi localizările ptr. monitorizare vor fi stabilite conf. Legii 458/2002. anexei nr. 2, pct. 1.3.17 Doza efectivă totala de referinţă acceptată ptr. un adult corespunde unui consum zilnic de 2 litri apă potabilă pe o durată de un an. Monitorizarea tritiului şi a radioactivităţii în apa potabilă se tace în cazul în care nu există datele necesare ptr. calcularea dozei efective totale. In situaţia în care este demonstrat pe baza onor monitorizări efectuate anterior ca nivelurile de ţritiu la doza efectivă totală de referinţă sunt cu mult inferioare valorii parametrice, se poate renunţa la monitorizarea tritiului.

18 Exclusiv tritiu, potasiu -40, radon si descendenţii radonului. Frecvenţa, metodele şi localizările ptr. monitorizare vor fi stabilite conf. Legii458/2002.anexei nr. 2 pct. l .3.

19 Caracterizarea calităţii apei d.p.v. al conţinutului radioactiv se face prin măsurarea activităţii alfa şi beta globală, în cazul în care valoarea de referinţa este depăşită, este necesară determinarea activităţii specifice a radionuclizilor, conf. normelor de supraveghere. inspecţie sanitară şi monitorizare a calităţii apei potabile.

232

ANEXA 2,Definirea termenilor ştiinţifici utilizaţi pentru

caracterizarea corectă a apei

Turbiditate (Turbureală)

Este o primă indicaţie pentru conţinutul în materii coloidale de origine minerală şi organică. Ea se măsoară prin raport cu anumite soluţii etalon sau cu turbidimetre care măsoară limita de vizibilitate prin proba de apă testată. Măsurarea tulburelii se face prin comparaţie cu o emulsie etalon în scara silicei, l mg silice fin divizată la l l apă distilată reprezintă I grad de tulbureală.

Indice de colmatare (Fouling Index)

El reprezintă puterea colmatantă a unei ape prin trecerea printr-o membrană.

Materii în suspensie

Parametru care înglobează toate elementele în suspensie a căror mărime permite reţinerea lor pe un filtru de o porozitate dată.

Culoare

Culoarea se măsoară similar cu turbiditatea, după eliminarea materiilor în suspensie şi se datorează de cele mai multe ori materiilor minerale şi organice dizolvate. Se măsoară printr-o comparaţie cu soluţii de referinţă (Platină - Cobalt)

Echivalent-gram

Este definit ca raportul între masa moleculară a unui corp ş1

numărul de sarcini de acelaşi semn purtate de ionii care eliberează în soluţia apoasă o moleculă din acel corp.

Soluţie normală N

Soluţie ce conţine un echivalent gram al unui corp la l litru.

Titru hidrometric de magneziu (TH)

Reprezintă diferenţa între TA şi TAC

Titru alcalimetric TA şi litru alcalimetric complet TAC

Exprimă conţinutul în hidroxizi, carbonaţi sau hidrogen carbonaţi

alcalini sau alcalinoteroşi conform tabelului 2

235

Proprietăţi fizico-chimici ale reactivilor şi adjuvanţilor

• Sulfatul de aluminiu

Cel mai folosit coagulant pentru tratarea apelor de râu este sulfatul de aluminiu, care se prezintă sub formă anhidră, ca o pulbere albă, cu γ = 2,71 g/cm3, în soluţie apoasă cristalizează cu apă de cristalizare. Date asupra solubilităţii în apă şi asupra densităţii la

diverse concentraţii se dau în tabelele 3.4. şi 3.5.Soluţia de l % sulfat de aluminiu are pH = 3. De regulă

valoarea pH a apei brute, la care se utilizează în bune condiţii sulfatul de aluminiu, variază între 5,5 şi 7. Domeniul optim al pH-ului corespunzător floculării se stabileşte prin încercări.

La un adaos de 40 mg sulfat de aluminiu la l l apă se micşorea-ză duritatea temporară cu 1° G, în timp ce duritatea permanentă creşte cu aceiaşi valoare.

Sulfatul de aluminiu este folosit şi ca mijloc de activare la producerea silicei active.

• Hidroxid de calciu

Ca (OH)i. Este o pulbere albă, amorfă, cu γ = 2,08 g/cm , puţin solubilă în apă. Soluţia clară, apoasă este denumită „apă de var'' şi reacţionează puternic alcalin.

Suspensia de var în apă poartă denumirea de „lapte de var" şi are diferite concentraţii la densitatea din tabelul 3.6.

Tabelul 3.4.

Solubilitatea în apă a sulfatului de aluminiu hidratat, la diferite temperaturi

Temperatura

(°C)

Solubilitatea (g/1 00 g apă)

Conţinutul(%) ,

0 31.2 23.8 20 36.3 26.5 25 38.3 27.7 40 45.6 31.3 60 58.0 36.7

240

Tabelul 3.5.

Densitatea soluţiilor de sulfat de aluminiu hidratat pentru diferite concentraţii ale soluţiei, la temperatura de 19° C

Concentraţia

(%) Densitatea

(g/cm3) Concentraţia (%) Densitatea

(g/cm3) Concentraţia

(%) Densitatea

(g/cm3)

1 1.009 8 1.083 20 1.226

2 1.019 10 1.105 22 1.252

3 1.029 12 1,129 24 1.278

4 1.040 14 1.152 26 1.306

5 1.051 16 1.176 28 1.333

6 1.061 18 1.201 -

Tabelul 3.6.

Densitatea laptelui de var la diferite concentraţii

Concentraţia (%)

Densitatea (g/cm3)

Concentraţia (%) Densitatea (g/cm3)

Concentraţia (%) Densitatea (g/cm3)

3 1.025 10 1.082 16 1.133

5 1.039 12 1.097 18 1.154

8 1.064 14 1.115 20 1.172

3) La neutralizarea acizilor puşi în libertate la diferite procesede tratare

4) La reglarea valorii pH-lui

În general, tratarea cu lapte de var poate fi acceptată numai înaintea unor trepte de decantare-filtrare

Tabelul 3.7.

Gradul de .saturaţie al apei de var la diferite temperaturi

Temperatura (°C) Concentraţia (mg CaO/l H20)

Temperatura (°C) Concentraţia (mgCaO/l H20)

10 1.35 40 1.08 15 1.32 50 0.96 20 1.29 70 0.75 25 1.25 95 0.58 30 1.20

Tabelul 3.8.

Conţinutul de oxid de calciu al laptelui de var la diferite densităţi, la temperatura de 20°C

Densitatea Conţinutul de CaO (g/l)

Densitatea Conţinutul de

CaO (g/l) (°Be) (g/cm3) (°Be) (g/cm3)

1 1.007 7.5 9 1.066 84

2 1.014 16.5 10 1.075 94

3 1.021 26 11 1.082 105

4 1.028 36 12 1.091 115

5 1.036 46 13 1.099 126

6 1.043 56 14 1.0107 137

7 1.051 65 15 1.116 148

8 1.059 75 - - - .

Observaţie:• în vederea recalculării pentru temperatura de 15°C. din

valorile indicate în tabel trebuie scăzut 0,13°Be, adică 0,0009 g/cm3; în vederea recalculării pentru temperatura de 25°C la valorile indicate în tabel trebuie adăugat 0,16°Be, adică 0.0012 g/cm3.

• Clorura ferică (FeCl3)

Se utilizează drept agent floculant pentru ape având pH = 5.. .6 şi uneori şi mai mare.

Foarte higroscopică. în contact cu aerul se dizolvă formând un lichid uleios, iar soluţiile ei în apă sunt foarte acide.

În tabelele 3.9. şi 3.10. sunt date elemente privind solubilitatea în apă a clorurii ferice la diferite temperaturi şi densitatea soluţiilor de clorură ferică la diferite concentraţii, la temperatura de 20°C.

În apă FeCl hidrolizează; soluţiile sale sunt puternic acide şi colorate în brun din cauza hidroxidului feric coloidal.

O soluţie cu concentraţia de l % are un pH = 2; la concentraţie ridicată (de la 40 %) soluţia devine vâscoasă. Soluţia suprasaturată separă cristalele vâscoase care la temperatura normală nu se dizolvă.

Tabelul 3.9.

Solubilitatea în apă a clorurii ferice la diferite temperaturi

Temperatura(°C)

Solubilitatea (g/100gH20)

Conţinutul

(%)

0 74.5 42.7

10 81.8 45.1

20 91.9 47.9

25 99.0 49.7

30 106.6 51.7

35 282 73.8

55 367 78.7

60 373 78.9

243

Tabelul 3.10.

Densitatea soluţiilor de clorură ferica la diferite concentraţii, la temperatura de 20°C

Concentraţia

(%)

Densitatea (g/cm3)

Concentraţia (%) Densitatea (g/cm3)

1 1.007 16 1.142 2 1.015 18 1.162 3 1.023 20 1.182 4 1.032 25 1.234 5 1.041 30 1.291 6 1.049 35 1.353 8 1.067 40 1.417

10 1.085 45 1.485 12 1.104 50 1.551 14 1.123

FeCl3 este utilizată de regulă ca agent de floculare acolo unde apa tratată are un pH cuprins între 5 şi 6.

Reacţia de hidroliză. utilizând duritatea temporară a apei, se poate scrie:

• Sulfatul feros (FeSO47H2O)

Se prezintă sub forme de cristale de culoare verde deschis, ce se descompun în contactul cu aerul, formând o pulbere albă, care printr-o oxidare superficială se transformă în sulfat feric.

Sulfatul feros, ale cărui proprietăţi sunt date în tabelele 3 . 1 1 . şi 3.12. este mai puţin higroscopic decât clorură ferică; prin hidroliză. soluţia de apă are o reacţie puternic acidă (la concentraţia de 1%, pH = 3,3).

Tabelul 3.11.

Solubilitatea sulfatului feros de diferite concentraţii, la temperatura de 18°C

Temperatura(°C)

Solubilitatea (g/100gH20)

Conţinutul(%)

0 15.65 13.5 10 20.50 17.0 20 26.58 21.0 30 33.0 24.8 40 40.3 28.8 50 48.6 32,7

20 mg FeCl3/l apă diminuează duritatea temporară cu 1°G, iar duritatea permanentă urcă la acest proces chimic în jurul unei valori asemănătoare.

La folosirea FeCl3 apare de multe ori riscul unor depuneri a flocoanelor în cadrul treptelor ulterioare de tratare. Cu tot acest dezavantaj, este uneori preferată sulfatului de aluminiu, căci efectul coagulant de cele mai multe ori este mai bun şi consumul cu până la 50% mai scăzut. Pentru preparare şi dozare sunt indicate rezervoare şi armături din gresie, porţelan, sticlă, email, mase plastice şi cauciuc.

Manevrarea FeCl3 trebuie tăcută cu atenţie căci substanţa este un puternic iritant al pielii şi ochilor. De asemenea trebuie ţinut seama de puternica încălzire a soluţiei. Sarea se toarnă în apă şi niciodată invers.

Tabelul 3.12.

Densitatea soluţiilor de sulfat feros in diferite concentraţii, la temperatura de 18°C

Concentraţia (%)

Densitatea (g/cm3)

Concentraţia (%) Densitatea (g/cm3)

1 1.0085 12 1.1220 2 1.0180 14 1.1145 4 1.0375 16 1.1675 6 1.0575 18 1.1905 8 1.0785 20 1,2135

10 1.1000

244 24

5

Sulfatul feros, tratat cu clor. reacţionează cu duritatea tempora-ră, aceasta diminuându-se la adăugarea a 50 mg/1 cu 1°G, în timp ce duritatea permanentă se ridică cu aceiaşi valoare.

În majoritatea cazurilor, sulfatul feros se foloseşte sub formă de clorură de sulfat feros (FeClSO4). care se prepară prin tratarea sulfatului feros cu clor (l parte clor, în greutate, la 7-8 părţi sulfat feros); sub această formă, sulfatul feros are de obicei efectul clorurii ferice, care însă este mai scumpă. Duritatea temporară a apei tratate cu 50mg FeSO2 7H2O/ l apă scade cu un grad, în timp ce duritatea permanentă creşte în aceiaşi măsură.

• Hidroxidul de sodiu (soda caustică)

Este o substanţă albă, cristalină foarte higroscopică. care în soluţie are o reacţie bazică foarte puternică (pH = 12,9 la concentraţia de 1%) caracteristicile soluţiilor de sodă caustică sunt date în tabelele 3.13. şi 3.14

Tabelul 3.13.

Stabilitatea hidroxidului de sodiu în apă, la diferite temperaturi

Temperatura

(°C)

Solubilitatea (g/100gH20)

Conţinutul (%)

0 42 29.6 18 107 51.7 80 313 75.8

Tabelul 3.14.

Densitatea soluţiilor de hidroxid de sodiu la diferite concentraţii

Concentraţia

(%)

Densitatea (g/cm3)

Concentraţia (%) Densitatea (g/cm3)

1 1.0095 12 1.1309 2 1.0207 14 1.1530 3 1.0318 16 1.1751 5 1.0538 18 1.1972 8 1.0869 20 1.2191

10 1.1089

Soda caustică (NaOH). cu γ = 2.13 g/m3 se dizolvă foarte uşor, cu degajare de căldură. NaOH se întrebuinţează sub formă de leşii până la 10% în principal la dedurizare sau neutralizare. NaOH trebuie păstrat în rezervoare închise, fiind puternic higroscopic, iar cu acidul carbonic trece în Na2CO3.

Carbonatul de sodiu (soda calcinată) este o sare albă, sub formă de pulbere (Na2CO3), având în soluţie o reacţie alcalină (pH = 11,2 la concentraţia de l %). Caracteristicile soluţiilor de sodă sunt date în tabelele 3.15. şi 3.16.

Tabelul 3.15.

Suhibilitatea carbonatuliii de sodiu "m apă la diferite temperaturi

Temperatura

(°C)

Solubilitatea (g/100gH20)

Conţinutul (%)

0 6.86 6.4 10 11.98 10.7 20 21.58 17.8 25 29.20 22.6

30 39.7 28.1 40 48.9 32.8 50 47.1 32.1 60 46.2 31.6

Tabelul 3.16.Densitatea soluţiilor de carbonat de sodiu de diferite concentraţii, la

temperatura de 20°C

Concentraţia (%)

Densitatea (g/cm3)

Concentraţia(%)

Densitatea (g/cm3)

1 1.0086 10 1.1029 2 1.0190 11 1.1136 3 1.0294 12 1.1224 4 1.0398 13 1 1354 5 1.0502 14 1 1460

6 1.0606 16 1.1680 7 1.0711 18 1.1900 8 1.0816 20 1.2120 9 1 0922

246

247

• Silicatul de sodiu

Este o substanţă cristalină ce se procură sub forma unui lichid vâscos, uleios, incolor sau de culoarea laptelui, tulbure. Conţinutul de bioxid de siliciu este de 24-26 %, iar cel de oxid de sodiu, între 7 şi 9 %. în soluţie are o reacţie puternic alcalină (pH = 12,3 la concentraţie de l %). Silicatul de sodiu nu trebuie păstrat multă vreme întrucât se preci-pită; de aceea trebuie protejat de contactul cu aerul în timpul depozitării. Silicatul de sodiu fiind vâscos, la dimensionarea conductelor trebuie ţinut seama că el are o vâscozitate de 3.5 x 10-5 până la 7 x 10-5 m2/s.

• Acidul sulfuric

Se livrează sub formă de soluţie conţinând 94 până la 96 % H2S04, cu o densitate de 1,84 g/cm'.

în tabelul 3.17. se dau caracteristicile soluţiilor de acid sulfuric.

Tabelul 3.17.Densitatea şi concentraţiile acidului sulfuric la

temperatura de 20°C

Concentraţia

(%)

Densitatea (g/cm3)

Concentraţia

(%)

Densitatea (g/cm3)

0.26 1.000 53.0 1.425 4.00 1.025 58.5 1.450 7.7 1.050 57.8 1.475 11.3 1.075 60.2 1.500 14.7 1.100 62.5 1.525 18.1 1.125 69.1 1.600 21.4 1.150 71.3 1.625 24.6 1.175 73.4 1.650 27.7 1.200 75.5 1.675 30.8 1.225 77.6 1.700 39.7 1.300 79.8 1.725 42.5 1.325 82.1 1.750 45.3 1.350 84.6 1.775 47.9 1.375 87.7 1.800 50.5 1.400 92.3 1.825

248

În procesele de coagulare se utilizează deseori, fie pentru a

îngreuna şi mări flocoanele formate prin procesele de coagulare, fie pentru a mări vitezele de reacţie ale coagulanţilor, aşa numiţii adjuvanţi de coagulare sau floculanţi (printre aceştia un loc deosebit îl ocupă polielectroliţii). Dintre polimerii neionici se utilizează foarte frecvent poliacrilamidele.

Polimerii anionici sunt caracterizaţi prin existenţa unor grupe care permit absorbţia unor grupe ionizate negativ, al căror rol este de a provoca extinderea polimerului. Cea mai cunoscută este poliacril-amida hidrolizată cu sodă:

Polielectroliţii cationici sunt macromolecule care conţin în lanţul de polimerizare ioni negativi, datoraţi de obicei grupelor amine, imine sau amoniu:

Prospectele şi literatura de specialitate semnalează sute de tipuri de polielectroloţi, a căror alegere în domeniul de utilizare, trebuie însă făcută cu mare grijă, pe bază de studii de laborator. In general, în cazul în care polielectroliţii sunt utilizaţi ca adjuvanţi, se folosesc tipurile anionice şi neionice, iar în cazul în care polielectrolitul este folosit drept coagulant, tipurile cationice. De asemenea, atunci când ph-ul este ridicat (mai mare ca 7,5) se preferă tipurile anionice, iar când este coborât (sub 6,5) tipurile cationice sau neionice.

De obicei polielectroliţii se prezintă sub formă pulverulentă şi se livrează în saci sau containere. Pentru divolvare se utilizează apa curată (clor sub 0,5 mg/1) cu temperatura cuprinsă între 10 şi 50°C. Produsele se dizolvă greu şi dau lichide cu vâscozitate mare, cu stabilitate redusă. În ultimii ani se observă tendinţe de producere a unor polimeri sub formă lichidă, ceea ce simplifică mult problemele legate de dizolvare şi dozare.

250

ANEXA 9.

Procesul de filtrare şi factorii determinanţi

Parametrii fizici, tehnologici şi hidrodinamici ai procesului de filtrare

a. Parametrii fizici ai apei ce urmează a se filtra

Caracteristicile apei la intrarea în filtre

Apa cu conţinutul de dispersii, particule minerale şi organice, se caracterizează prin concentraţia, natura şi starea de agregare a materii-lor care urmează a f] reţinute prin filtrare.

Concentraţia dispersiilor din apă se evidenţiază fie direct în mg/dm , fie prin turbiditate, în grade scara silicei sau NTU.

Starea de agregare şi echilibrul fizico-chimic şi electric al dispersiilor poate fi caracterizat printr-o serie de indicatori ca: potenţialul electrostatic, indicele de filtrabilitate FI, temperatura, gradul de coeziune K.

Potenţialul ξ indică sarcina electrostatică a particulelor coloidale. Se măsoară în mV şi se determină cu o aparatură complexă (Zetametru) pe baza vitezei de deplasare a particulelor supuse unui câmp electric. Potenţialul zeta variază cu doza de reactiv coagulant. O stare corespunzătoare de coagulare este indicată de valori ale potenţialului ξ = 5... l O mV.

Coeficientul de coeziune K a flocoanelor care formează depunerile nămolului rezultat după coagularea dispersiilor din apă a fost definit la cap. „Decantarea apei". Pentru corectarea valorii A-astfel încât aceasta să corespundă în intervalul dorit (K = 0,8 ... 1,2) se folosesc ajutători de coagulare.

Cu cât coeficienţii de coeziune realizaţi în procesul de coagulare sunt mai mari, cu atât sorturile de nisip care asigură ciclu optim de filtrare sunt mai mari.

Indicele de filtrabilitate FI caracterizează proprietăţile de formare a depozitelor de suspensii la anumite adâncimi în stratul filtrant, ţinând seamă de concentraţia suspensiilor şi de viteza de filtrare. Acest indice este arătat ca expresie matematică la subpct. B) şi constituie împreună cu indicele de penetrabilitate un mijloc eficient de comparaţie când se propun diverse soluţii de rezolvare a procesului tehnologic de filtrare. Cu cât FI este mai mare. soluţia propusă este mai eficientă.

b. Parametrii tehnologici ai procesului de filtrare

Caracteristicile stratului filtrant, în legătură cu stratul filtrant trebuie definite caracteristicile granulometrice, suprafaţa specifică, volumul porilor etc., precum şi o serie de parametrii geometrici ca grosimea stratului filtrant şi suprafaţa filtrantă.

Curba granulometrică a unui material filtrant se obţine prin cernerea nisipului uscat printr-o suită de site normalizate, cuprinse în general între 0,2 şi 5 mm, şi notând greutatea nisipului reţinut pe fiecare sită cu ochiurile având d [mm], în curba granulometrică se exprimă pentru fiecare diametru al ochiului de sită, procentul (deter-minat din greutate) de nisip care a trecut prin sita respectivă; astfel, pe o curbă granulometrică. pentru fiecare dimensiune d a sitelor folosite, reprezentate pe axa absciselor, rezultă în ordonată procentul de nisip cu diametrul mai mic decât d.

De pe curba granulometrică se pot extrage trei valori caracteris-tice ale stratului filtrant:

l) Coeficientul de uniformitate K„ care se defineşte prin relaţia:

d50 şi d10 fiind diametrele care corespund pe curba granulometrică la Procentele de 60 şi respectiv 10 %.

2) Diametrul eficace, care este d10 definit mai înainte.

266 26

7

a1 este cantitatea de material filtrant, în % din greutate pentru fracţiunea cuprinsă între două diametre, d1, fiind media aritmetică a acestor diametre. Pentru determinarea dec se împarte curba granulo-metrică în 5-6 sectoare pe care se calculează rapoartele a/d.

Volumul porilor se exprimă în % din volumul aparent ocupat de stratul filtrant, sub această formă purtând denumirea de coeficient de porozitate. El. poate varia între valori de 0,30-0,45 şi se ia, pentru stratele filtrante utilizate în mod curent, cu valoarea m0 = 0,35. sau pentru stratele de tip monogranular cu K„ <1,4: m0 = 0,40 ...0,42.

Grosimea sau înălţimea stratului filtrant se măsoară pe direcţia paralelă cu firele de curent, între secţiunile de intrare şi ieşire a apei din acest strat.

Suprafaţa filtrantă S este aria aparentă a secţiunii normale pe direcţia de curgere a apei.

Durata ciclului de filtrare T este perioada de timp între începerea filtrării şi terminarea acesteia, determinată fie de depăşirea în efluent a turbidităţii admisibile, după timpul T1, fie de depăşirea pierderii de sarcină admisibile, după timpul T2.

Intensitatea de spălare este raportul dintre debitul de apă, respectiv de aer, utilizat şi suprafaţa filtrantă S, definită mai înainte. De obicei, se exprimă în dm3 /sm2 .

Productivitatea filtrului este reprezentată de volumul de apă livrat la consumator pe l m2 suprafaţă filtrantă. Expresia matematică a productivităţii este cea dată la subcap. 3.3.2.3.d.

Coeficientul de expandare e este raportul, în %, între înălţime3

stratului filtrant în timpul filtrării şi înălţimea aceluiaşi strat în perioada de spălare a filtrului în contracurent.

c. Parametrii hidrodinamici ai procesului de filtrare

Aceştia definesc regimul de curgere a apei prin mediul filtrant şi sunt în principal: viteza de filtrare, sarcina hidraulică sub care se face filtrarea şi pierderile hidraulice prin stratul filtrant.

Viteza de filtrare se consideră viteza aparentă care rezultă din raportul:

q = debitul care trece prin suprafaţa filtrantă S, definită mai înainte.

Sarcina hidraulică h, sub care se face filtrarea, este reprezentată de înălţimea coloanei de apă peste stratul filtrant.

La filtrele rapide deschise aceasta este dată de înălţimea stratului de apă de deasupra materialului filtrant.

Pierderea de sarcină Δ h este diferenţa de presiune a apei între două niveluri ale stratului filtrant, în exploatare se înregistrează pierderea de sarcină totală ΔH între nivelul de intrare şi cel de ieşire din filtru.

A) Mecanismul de reţinere a dispersiilor în mediul filtrantParticulele dispersiilor din apă ce sunt reţinute prin filtrare au

mărimi de 0,l-0,5μ, în timp ce mărimea porilor din materialul filtrant este în jur de 200 μ.

Din studiile făcute pentru fundamentarea mecanismului de separare prin filtrare a dispersiilor din apă au rezultat diverse teorii fizice, fizico-chimice şi biologice de explicare a acestui proces, precum şi o serie de modele matematice care caută să stabilească relaţii între un număr cât mai mare de variabile implicate.

a. Reţinerea dispersiilor din apă pe granulele stratului filtrantReţinerea dispersiilor din apă are loc pe de o parte printr-un

efect de contact al particulelor dispersiei cu granulele stratului filtrant.

268 26

9

3) Diametrul echivalent dec al granulelor stratului filtrant, care rezultă din relaţia:

Acest mecanism de reţinere se explică prin acţiunea conjugată a mai multor factori.

Contactul direct a particulelor dispersate cu diametrul D. pe granulele filtrului cu diametrul d. prin efectul fizic de intercepţie a cărui probabilitate de reţinere iniţială, după P. Stein, PL = D2/d3 creşte pe parcursul ciclului de filtrare prin depunerile succesive care se produc pe particulele materialului filtrant.

Inerţia de parcurgere pe o anumită traiectorie a particulelor dispersate, care - împiedicând schimbarea direcţiei de mişcare a acestora - are ca efect intercepţia lor de către granulele din stratul filtrant. Datorită însă viscozităţii relativ mari a fluidului, această reţinere de natură fizică are un efect redus în cazul filtrării apei.

Difuzia datorită translaţiei particulelor cu mărimea până la 2μ. sub acţiunea mişcării browniene.

Particulele ajung astfel în contact cu granulele stratului filtrant pe care sunt reţinute; acest efect fizic are o mică pondere în procesul de filtrare a apei datorită cantităţilor neglijabile de particule sub 2μ conţinute în apă.

Deplasarea laterală, perpendiculară, pe l ini i le de curent, a particulelor care capătă o mişcare de rotaţie sub acţiunea hidro-dinamică într-un câmp uniform, în domeniul valorilor reduse ale numărului Reynolds.

Acest efect se amplifică în cazul în care câmpul devine neuni-form şi când mişcarea nu este staţionată, cazul real al curgerii prin porii materialului filtrant. Totodată acest efect este amplificat de forma nesferică a particulelor dispersiei. Acestea sunt deviate de pe traiectoria liniilor de curent şi ajung în contact cu granulele materialului filtrant.

Interacţiunea moleculară dintre particulele dispersate în apă, ca efect al forţelor Van der Waals, este proporţională cu inversul pătratului distanţei. Aceste forţe de atracţie, împreună cu forţele hidrodinamice, para avea ponderea maximă în mecanismul de reţinere a particulelor pe filtre.

270

v = viteza aparentă;d = dimensiunea granulelor stratului de nisip;v = coeficientul de vâscozitate cinematică.

Acest criteriu, dedus experimental, fiind însă independent de natura şi starea de agregare a dispersiilor conţinute în apă, nu poate fi luat în consideraţie ca general valabil.

Forţele electrostatice, împreună cu forţele Van der Waals care iau naştere în stratul dublu de ioni din pelicula adsorbită pe suprafaţa particulelor stratului filtrant şi a particulelor dispersate în apă.

Forţa de respingere electrostatică scade după o lege exponen-ţială, odată cu creşterea distanţei între granula din stratul filtrant şi particula dispersată. Dimpotrivă atracţia descreşte cu inversul acestei distanţe la puterea a şasea. Prin însumarea acestor forţe se obţine o curbă care prezintă un maxim definit ca nivel al barierei de energie (în general sub 10 mV) corespunzător unei distanţe sub care particu-lele sunt supuse unor forţe de atracţie care cresc considerabil cu micşorarea acestei distanţe.

Dispersiile de argilă, microorganisme etc., care se găsesc în apele naturale sunt electronegative ca şi suprafaţa granulelor de nisip din stratul filtrant, astfel încât în momentul în care datorită forţelor hidrodinamice, inerţiei sau difuziei, menţionate, particulele dispersiei ajung la distanţe sub cele corespunzătoare barierei de energie şi sunt reţinute de forţa de atracţie menţionată, pe granulele din stratul

filtrant.Coagulanţii utilizaţi în tratarea prealabilă a apei sunt încărcaţi

cu sarcini electropozitive, de unde decurge atenţia cu care trebuie făcută dozarea acestora pentru a nu da naştere la fenomene de respingere.

271

S. şi V. Mackerle propun un criteriu de adeziune Mă în funcţie de valoarea numărului Reynolds: Ma = Re2.16:

Adsorbţia, prin care particulele în dispersie sunt reţinute ne

granulele stratului filtrant ca urmare a contractului peliculelor de lichid adsorbite la suprafaţa acestor particule şi granule. Aceste pelicule sunt formate din cele două straturi ionice, primul de cationi legat mai stabil şi cel exterior, difuz, format din anioni şi cationi mai puţin legaţi, care pot intra în reacţii de schimb cu ionii din mediul dispergent, sau ai altor pelicule adsorbite. Este deci suficient ca aceste pelicule să vină în contact pentru ca particulele să fie reţinute prin adsorbţie.

Condiţia ca o particulă cu diametrul D să fie adsorbită pe granula de diametru d este:

D ≥ 0,16 d- 2a,

în care a, grosimea peliculei adsorbite pe suprafaţa particulei, poate fi influenţată de compoziţia chimică şi mineralogică a granulelor clin strat şi a particulelor dispersate, precum şi de starea de mineralizare a apei. Viteza de filtrare ca factor hidrodinamic influenţează deformarea acestor pelicule de legătură şi poate în anumite condiţii să producă dezlipirea particulelor adsorbite. Compoziţia granulometrică a stra-tului filtrant influenţează posibilităţile de adsorbţie prin mărimea d, astfel încât în cazul granulelor mai fine creşte efectul de reţinere prin adsorbţie.

b. Reţinerea dispersiilor din apă în interspaţiile stratului filtrant

Al doilea mecanism de reţinere a dispersiilor prin filtrare se referă la acumularea acestora în interspaţiul granular al mediului filtrant şi este explicat, de asemenea prin acţiunea conjugată a mai multor procese:

Sitarea reţine particulele în zonele de tangenţă ale granulelor stratului filtrant. Probabilitatea de reţinere a unor particule de diametru D în spaţiile granulelor de diametru d este după W.E. Hali:

Prin sedimentare în aceste intersecţii se pot reţine, în special în filtrele lente, după A. Hayen, particule de dimensiuni foarte reduse(0,3μ).

La aceiaşi sarcină hidraulică, după cercetările lui G. M. Pairşi D. R- Stanley, pot fi reţinute prin sedimentare în filtre particule de 20 ori mai mici decât în decantoare. Efectul de sedimentare în filtre creşte proporţional cu pătratul dimensiunii particulelor, precum şi cu diferenţa de densitate dintre particule şi apă, dar acest efect este invers proporţional cu vâscozitatea dinamică a fluidului.

Acest proces este secondat de efectele de adsorbţie menţionate, precum şi de alipirea reciprocă dintre dispersiile de natură coloidală sub acţiunea coagulării.

În filtrele lente procesul de sedimentare este accelerat de coagularea produsă de diastazele secretate de alge şi micro-organismele din membrana biologică formată în stratul superficial al filtrelor.

Reţinerea particulelor în straturi succesive, mecanism imaginat de D. Mintz sub forma următoare:

• stratele de grosime elementară normale pe direcţia de filtrarepot reţine fiecare o anumită cantitate de particule:

• după epuizarea acestei capacităţi, dispersiile trec prin stratulrespectiv la cel următor în sensul de filtrare;

• după completarea succesivă a capacităţii de reţinere a tuturorstratelor elementare, particulele trec prin stratul filtrant odată cu

efluentul.Asupra cauzelor epuizării capacităţii de reţinere a particulelor în

mediul filtrant există multiple ipoteze care însă în esenţă au în vedere:• variaţia structurii geometrice a mediului filtrant în timpul

ciclului de filtrare şi modificarea în consecinţă a vitezelor interstiţiale;• modificarea caracteristicilor suprafeţei specifice a materia-

lului filtrant;• distrugerea structurii depozitelor acumulate sub acţiunea

forţelor hidrodinamice.

272 27

3

Mecanismele menţionate în cadrul teoriilor fizice, fizico-chimice şi biologice de explicare a procesului de filtrare scot în evidenţă complexitatea acestui proces în care intervin foarte mulţi factori, parte dintre ei greu de controlat, mai ales datorită variaţiilor în timp de-a lungul ciclului de filtrare.

Aceste mecanisme şi procese trebuie privite într-o acţiune conjugată şi complimentară; unele pot avea rol de factori preponde-renţi în anumite condiţii şi roluri neglijabile în altele. Dacă difuzia spre exemplu are un rol important în cazul particulelor foarte fine, sedimentarea este preponderentă în cazul particulelor de peste l0 μ., iar probabilitatea de contact la particule mult mai mari.

B) Modele matematice ale procesului de filtrare

La începutul ciclurilor de filtrare datorită curgerii laminare a apei prin mediu poros, mişcarea apei ar putea fi exprimată prin relaţia liniară a lui Darcy sau prin relaţii asemănătoare. Cum însă datorită acumulării suspensiilor în decursul filtrării, schimbării geometriei mediului poros şi măririi în consecinţă a vitezelor de curgere, mişcarea apei depăşeşte limita de aplicabilitate a legii Darcy. Numărul Reynolds critic care defineşte această limită calculat după diverşi cercetători este cuprins între valorile 2 şi 12 şi este sistematic depăşit spre finele ciclurilor de filtrare, când Re ia valori cuprinse între 2,6 şi 23,5.

Ca urmare s-a recurs în general la alte relaţii valabile pe întreaga durată a ciclului de filtrare.

Majoritatea metodelor matematice au expresii complexe cu mulţi parametri empirici sau constante care trebuie stabilite experi-mental şi în consecinţă sunt greu de utilizat în practică.

Tendinţa generală este de a utiliza relaţii simple de modelare a procesului de filtrare bazate pe determinări experimentale pe model care să precizeze condiţiile tehnologice şi performanţele procesului de filtrare.

În această privinţă, pe baza unor studii efectuate în ţară, s-au stabilit condiţiile care trebuie îndeplinite de instalaţiile experimentale pentru ca modelele experimentale să furnizeze rezultate acceptabile aplicabile la scară industrială:

1) Modelarea pe verticală a filtrului la scara 1 : 1 , ceea cepresupune aplicarea aceloraşi valori pentru vitezele de filtrare, pentruînălţimea stratului filtrant şi pentru granulozitatea acestuia, precum şipentru înălţimea stratului de apă.

2) Adoptarea pentru diametrul D al filtrului model, a unor valoride 100-140 ori diametrul d10 al granulelor stratului filtrant, deci unD≥200mm.

Indicii cei mai utilizaţi în prezent pentru compararea rezulta-telor obţinute în procesul de filtrare sunt: indicele de penetrabilitate, indicele de filtrabilitate, coeficientul de filtrare A. şi depozitul specific, pierderile de sarcină, intensitatea de spălare, durata ciclului de filtrare

• Indicele de penetrabilitate B propus după ample studii de H.E.

Hudson:

v = viteza de filtrare;h = pierderea de sarcină;L = grosimea stratului filtrant;d = diametrul caracteristic al stratului filtrant.

Indicele B creşte în cursul ciclului de filtrare datorită creşterii pierderilor de sarcină şi poate preciza momentul epuizării capacităţii de filtrare eficientă.

B caracterizează; în special, proprietăţile filtrului.Cu cât indicele de penetrabilitate este mai mic, cu atât filtrul

asigură o calitate mai bună a filtrantului. La un proces tehnologic corespunzător acest indice trebuie să varieze între valori de 1,4 - 8,4.

• Indicele de filtrabilitate FI, caracterizând în principal proprie-tăţile fizico-chimice ale influentului legate de procesul de filtrare, se propune, după M. Fox şi L. J. Cleasby, să fie:

274 275

• Coeficientul de filtrare λ şi depozitul specific σ, care corespund şi relaţiilor de bază propuse de Iwasachi, pot fi stabiliţi pentru un moment t, al ciclului de filtrare cu relaţiile:

Pierderile de sarcină prin filtre depind de caracteristicile stratului filtrant şi ale apei care se filtrează, de viteza de filtrare, un rol important avându-1 şi tratările pentru coagulare şi condiţionare, prealabile filtrării.

În practică, limitele maxime ale lui H trebuie verificate pe modele experimentale.

Intensitatea de spălare reprezintă debitul de apă în contracurent raportat la unitatea de suprafaţă a filtrului.

Durata ciclului de filtrare este influenţată pe de o parte de compoziţia granulometrică a stratului filtrant şi de viteza de filtrare.

După D. Mintz şi S. Schubert între durata T a ciclului şi diametrul granulelor stratului filtrant se poate stabili relaţia: T = Cd2,15

în care constanta caracteristică se poate determina experimental.O. Lincevski propune o relaţie: T = Cv1,65 în care constanta

care caracterizează stratul filtrant şi influentul poate fi determinată stabilind experimental perechi de valori T, v.

276

ANEXA 11

Influenţa compoziţiei granulometrice asupra parametrilor de funcţionare.

În tabelul 3.28. sunt comparate 3 sorturi de nisipuri filtrante din punctul de vedere al productivităţii, pierderilor de sarcină şi variaţiei vitezelor de filtrare.

Tabelul 3.28.

Influenţa compoziţiei granulometrice a stratului filtrantasupra parametrilor de funcţionare ai filtrului

(strat filtrant de 80 cm grosime, strat de apă 70 cm,viteză de filtrare iniţială 10 m/h)

Se remarcă productivitatea cu 20 % mai mare ce se obţine cu sortul de nisip 1,0-1,5 faţă de sortul 0,5-1,0 mm.

În schimb, sortul 1-2,5 mm nu justifică sporul de productivitate faţă de inconvenientele ce le aduc din punct de vedere al asigurării calităţii filtrantului şi fiabilităţii procesului de filtrare.

278

296

Anexa 22.

Categorii de utilaje, echipamente şi armături utilizate în staţiile de tratare

l. Utilaje de preparare şi dozarea reactivilor- mixere- coagulanţi granule şi soluţie- polielectroliţi- pentru corectare pH (var sau acizi)- cărbune activ praf- clor şi dioxid de clor- ozon

2. Armături de instalaţii- robineţi (cu acţionare manuală, electrică, pneumatice)- clapeţi de reţinere (cu clape multiple, t ip vană conică,

cu regulatoare de închidere)- reductoare de presiune- regulatoare de nivel amonte şi aval pentru filtre

3. Utilaje aferente decantoarelor- poduri racloare- agitatoare în camere de amestec şi floculare- pompe

4. Aparatură de măsură şi control- debitmetre- manometre- echipamente de măsurare (traductoare) pH, turbiditate,

temperatură, conductivitate, potenţial „Zeta". clorrezidual, densitate, redox oxigen dizolvat

5. Utilaje şi echipamente pentru îngroparea şi deshidratarea

nămolurilor- filtre presă- filtre bandă- centrifuge

6. Echipamente aferente monitorizării şi automatizăriiproceselor tehnologice

− interfeţe de comunicaţie internă cu dispozitivele de achiziţie şi comandă şi interfeţe de comunicaţie externă cu magistrala de date către dispecerat

− echipamente de automatizare, de achiziţie şi comandă cu dispozitive de afişare locală

− instalaţii proprii sistemelor de achiziţie şi comandă− prin intermediul cărora se inspectează starea dispozitivelor comandate şi parametrilor achiziţionaţi

− liniile de comunicaţie (fir sau RTU)

300 301