BIOTEHNOLOGII PENTRU EPURAREA AVANSATA A APELOR UZATE

FONDUL SOCIAL EUROPEAN Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007-2013 Axa prioritară nr. 3 „Creşterea adaptabilităţii lucrătorilor şi a întreprinderilor” Domeniul major de intervenţie 3.2. „Formare şi sprijin pentru întreprinderi şi angajaţi pentru promovarea adaptabilităţii” Titlul proiectului: : „COPMED – COMPETENTE PENTRU PROTECTIA MEDIULUI” Contract nr. POSDRU/81/3.2./S/52242 Proiect cofinanţat din Fondul Social European prin Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007-2013 –„Investeşte în oameni!

BIOTEHNOLOGII PENTRU EPURAREA AVANSATĂ A APELOR UZATE Prof.dr.ing. Lăcrămioara Diana Robescu1, Prof.dr.ing.Dan Niculae Robescu, Prof.dr.ing. Cristina Costache Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti, România 1 diarobescu@yahoo.com

Rezumat Prezenţa nutrienţilor în apă pot provoca un dezechilibru ecologic în apele receptoare prin fenomenul de eutrofizare. De aceea condiţiile impuse pentru deversarea acestora au devenit din ce în ce mai restrictive. Lucrarea prezintă tehnologiile biologice, care utilizând anumite microorganisme în condiţii de mediu adecvate, îndepărtează azotul şi fosforul din apele uzate.

Cuvinte-cheie Epurare avansată, nutrienţi, nitrificare, denitrificare, bioaugmentare Introducere Epurarea avansată a apelor uzate se defineşte prin ansamblul operaţiilor suplimentare, ce urmează epurării convenţionale secundare, având drept scop eliminarea substanţelor în suspensie şi dizolvate rămase în apă după parcurgerea etapelor clasice. În efluentul deversat din treapta biologică secundară se mai găsesc: a) suspensii solide; b)

Septembrie 2010

2

BIOTEHNOLOGIA – TRATAREA APELOR POLUATE

substanţe organice rezistente la metabolismul microbian - nebiodegradabile; c) compuşi toxici sau cancerigeni; d) ionii unor substanţe anorganice cum ar fi cei de calciu, potasiu, nitraţi, fosfaţi, sulfaţi, cloruri etc.; e) un număr nedefinit de compuşi organici sintetici.

Epurarea avansată cuprinde procesele şi tehnologiile destinate să asigure grade ridicate de epurare imposibil de realizat prin metode clasice şi/sau destinate îndepărtării unor poluanţi în treptele fizică şi biologică.

După 1970 au apărut preocupări pentru eliminarea în special a compuşilor pe bază de azot şi fosfor. Treapta biologică reuşeşte să elimine maximum 25…40% din azotul total.

Aceste elemente şi compuşii lor au efecte dezastruoase asupra mediului prin accelerarea procesului de eutrofizare a bazinelor de apă. Ele sunt elemente nutritive care favorizează dezvoltarea algelor, dar sunt esenţiale pentru formarea şi dezvoltarea nămolului activ în epurarea biologică. Pe de altă parte, amoniul are efecte dezastruoase asupra concentraţiei de oxigen dizolvat din apele receptoare şi este toxic pentru peşti.

Astăzi epurarea avansată a apelor uzate este obligatorie, fiind impusă de necesitatea menţinerii echilibrului ecologic. Impactul staţiilor de epurare asupra mediului trebuie analizat atât din punctul de vedere al urmărilor ce apar la deversarea produşilor de carbon cât şi la modificările ce pot interveni în emisar ca urmare a compuşilor pe bază de azot şi fosfor. Totodată, trebuie analizat şi efectul altor compuşi, de exemplu cei toxici, care sunt deversaţi accidental sau dirijat în apele naturale.

Epurarea avansată a apelor uzate se introduce în tehnologia de tratare atunci când este necesar a se obţine o apă de calitate superioară, imposibil de realizat prin procedeele secundare biologice, pentru protecţia mediului înconjurător, evitarea eutrofizării pe cursul natural în aval de punctul de descărcare, în scopul reutilizării apei epurate sau atunci când emisarul este utilizat ca sursă de alimentare a unor localităţi. Pentru alegerea procedeelor şi a tehnologiei în ansamblu trebuie avute în vedere: a) capacitatea de autoepurare a cursului natural în care se face descărcarea efluenţilor; b) costurile de tratare a apelor în scopul potabilizării pentru cazul captărilor amplasate în aval de punctul de descărcare a efluenţilor; c) costurile construcţiilor şi instalaţiilor aferente tehnologiei propuse; d) costurile de exploatare şi control a calităţii efluenţilor deversaţi; e) necesarul de energie pentru funcţionarea instalaţiilor şi echipamentelor aferente tehnologiei propuse. În apele uzate menajere una dintre problemele majore este faptul că rapoartele N:C şi P:C pentru majoritatea compuşilor organici din apa uzată sunt mult mai mari decât cele necesare bacteriilor heterotrofe, astfel încât compuşii de N şi P anorganici şi organici se regăsesc în efluent. De aceea, procesele pentru îndepărtarea N şi P se aplică în principal apelor uzate menajere. În apele uzate industriale aceste rapoarte sunt mici, de multe ori fiind necesară adăugarea suplimentară de azot şi fosfor. Îndepărtarea biologică a azotului din apele uzate Apele uzate menajere conţin azot sub formă organică, aproximativ 60%, şi anorganică – amoniu, aproximativ 40%. Îndepărtarea biologică a azotului din apele uzate se realizează secvenţial prin nitrificare şi denitrificare.

Nitrificarea constă în oxidarea amoniului în nitrit şi apoi oxidarea nitritului în nitrat, de către microorganisme autotrofe. Procesul poate avea loc în bazine cu suspensii sau cu biofilm. Cea mai utilizată metodă constă în realizarea nitrificării în acelaşi bazin în care se realizează şi îndepărtarea compuşilor de carbon (sistem cu un singur nămol), procedeul Biotehnologii pentru protectia mediului

FONDUL SOCIAL EUROPEAN Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007-2013 Axa prioritară nr. 3 „Creşterea adaptabilităţii lucrătorilor şi a întreprinderilor” Domeniul major de intervenţie 3.2. „Formare şi sprijin pentru întreprinderi şi angajaţi pentru promovarea adaptabilităţii” Titlul proiectului: : „COPMED – COMPETENTE PENTRU PROTECTIA MEDIULUI” Contract nr. POSDRU/81/3.2./S/52242 Proiect cofinanţat din Fondul Social European prin Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007-2013 –„Investeşte în oameni!

fiind similar procesului cu nămol activ, fiind necesar un bazin de aerare, un decantor şi un sistem de recirculare. Doar dacă există pericolul unor substanţe toxice sau inhibitoare în apa uzată, pentru a proteja bacteriile nitrificatoare care sunt mai sensibile, se optează pentru trepte separate: una pentru îndepărtarea compuşilor de azot şi alta pentru nitrificare (sistem cu 2 nămoluri). Astfel, substanţele toxice sunt îndepărtate în prima treaptă, odată cu compuşii de carbon. Bacteriile nitrificatoare au viteză de creştere lentă şi de aceea sistemele pentru nitrificare au un timp de retenţie mai mare, atât hidraulic cât şi al suspensiei, decât cele pentru îndepărtarea compuşilor de carbon.

Principalii parametri care influenţează nitrificarea sunt concentraţia de oxigen dizolvat şi pH-ul.

Bacteriile nitrificatoare sunt strict aerobe. Viteza de nitrificare creşte odată cu concentraţia oxigenului dizolvat până la 3-4 mg O2/l, concentraţia optimă fiind de 2-3 mg O2/l.

Valoarea pH-ului influenţează creşterea bacteriilor nitrificatoare. Astfel, el trebuie menţinut la valori de 7,2 – 8, o scădere sub 5,5 sau o creştere peste 9 ducând la scăderea dramatică a nitrificării.

Viteza de nitrificare depinde şi de temperatura, valorile scăzute ale acesteia afectând negativ nitrificarea, intervalul optim fiind de 28-32 0C. Timpul de retenţie a nămolului trebuie să fie mai mare de 4-6 zile, ceea ce asigură prezenţa bacteriilor nitrificatoare adecvate şi sănătoase.

Ca inhibitori se amintesc prezenţa substanţelor toxice, metalelor şi amoniului neionizat. În sistemele de nitrificare cu film biologic, cea mai mare parte a compuşilor de carbon trebuie îndepărtată înainte ca bacteriile nitrificatoare să se stabilească la nivelul biofilmului, altfel microorganismele responsabile de îndepărtarea compuşilor organici, având viteză mai mare de creştere faţă de bacteriile nitrificatoare, vor domina biofilmul format.

Denitrificarea biologică constă în reducerea nitratului până la azot gaz în condiţii anoxice, adică lipsite de oxigen molecular, dar în care există nitriţi şi nitraţi. Majoritatea microorganismelor denitrificatoare sunt heterotrofe facultativ aerobe şi preiau oxigenul din nitraţi şi nitriţi. Pe lângă acestea, există şi bacterii autotrofe, care utilizează H 2 sau sulfaţii ca acceptori de electron.

Principalii parametri care influenţează denitrificarea sunt: prezenţa substratului organic, concentraţia de oxigen dizolvat, pH-ul şi temperatura.

Septembrie 2010

4

BIOTEHNOLOGIA – TRATAREA APELOR POLUATE

Prezenţa substratului organic este foarte importantă, un raport CCO: NO2 (NO3) de 3:1 fiind optim pentru denitrificare completă.

O concentraţie de oxigen dizolvat mai mare de 0,2 mg O2/l inhibă denitrificarea.

Denitrificarea determină creşterea alcalinităţii, viteze mari de denitrificare fiind obţinute în intervalul 7-7,5.

Atât viteza de creştere a microorganismelor, cât şi viteza de îndepărtare a nitraţilor sunt afectate de temperatură. Viteza de denitrificare creşte odată cu creşterea temperaturii până la 350C, iar sub 50C este foarte scăzută.

Sistemul combinat nitrificare/denitrificare în treaptă unică cu nămol activ, elimină necesitatea sursei de carbon externe (reduce costurile) prezentând următoarele avantaje: a) reduce necesarul de oxigen pentru îndepărtarea materiei organice şi realizarea nitrificării; b) elimină necesarul de carbon organic suplimentar impus de procesul de denitrificare; c) elimină decantoarele intermediare pentru recircularea nămolului. Un astfel de sistem combinat conduce la eficienţă de îndepărtare a azotului total de 60…80% şi poate ajunge până la 85…95%.

Se disting două procedee de bază: a) sistem cu nămol separat – sistemul cu două sau trei nămoluri; b) sistem cu un singur tip de nămol.

In primul caz, sistemul foloseşte două nămoluri, adică două tipuri de comunităţi biologice separate, dezvoltate în două instalaţii biologice independente conectate în serie.

Ambele instalaţii conţin decantoarele de separare a nămolului cu recircularea acestuia în cadrul treptei respective. Prima instalaţie are drept scop eliminarea compuşilor organici pe bază de carbon şi nitrificarea produşilor pe bază de azot în bazin aerob. A doua treaptă este destinată denitrificării în mediu anoxic.

Există şi un sistem cu trei nămoluri pentru eliminarea treptată a produşilor pe bază de carbon, nitrificare şi apoi denitrificare; fiecare dintre aceste faze se desfăşoară într-o instalaţie biologică independentă cu un singur tip de nămol. Dezavantajul acestui sistem constă în faptul că la treapta de denitrificare este necesară o sursă externă de carbon, ceea ce impune introducerea de metanol, etanol etc. sau o parte din apa uzată intră direct, prin ocolire, în reactorul anoxic de denitrificare.

Instalaţia cu un singur tip de nămol foloseşte fie un reactor care funcţionează secvenţial, fie un singur bazin mai lung în care o parte este aerată iar cealaltă este în regim anoxic. De asemenea, se pot realiza bazine independente în regim aerob sau anoxic cu circulaţia apei şi a nămolului activ până la decantorul secundar care este unic (nu se introduce sedimentare intermediară).

Procesele cu un singur nămol pot fi de 3 tipuri în funcţie de poziţia zonei anoxice faţă de cea aerobă: procesul cu predenitrificare (fig.1 a), procesul cu postdenitrificare (fig.1 b) şi procesul cu nitrificare-denitrificare simultană (fig.1 c).

Nămolul biologic se adaptează condiţiilor aerobe şi anoxice rezolvând eliminarea compuşilor pe bază de carbon şi de azot. În procesul cu predenitrificare, în prima treaptă, apa uzată intră într-un bazin anaerob unde apare procesul de denitrificare prin utilizarea carbonului organic existent în apa uzată. Din al doilea bazin de nitrificare şi îndepărtare a compuşilor organici se recirculă apa, încărcată cu nitraţi, din zona aerobă în cea anoxică unde aceştia vin în contact cu substratul organic din apa uzată. Schema este eficientă în eliminarea azotului şi prezintă avantajul de a folosi raţional sursele de carbon interne existente şi de a reduce costurile de investiţie prin eliminarea unui decantor intermediar.

Procesul cu postdenitrificare poate funcţiona cu sau fără sursă externă de carbon.

Biotehnologii pentru protectia mediului

FONDUL SOCIAL EUROPEAN Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007-2013 Axa prioritară nr. 3 „Creşterea adaptabilităţii lucrătorilor şi a întreprinderilor” Domeniul major de intervenţie 3.2. „Formare şi sprijin pentru întreprinderi şi angajaţi pentru promovarea adaptabilităţii” Titlul proiectului: : „COPMED – COMPETENTE PENTRU PROTECTIA MEDIULUI” Contract nr. POSDRU/81/3.2./S/52242 Proiect cofinanţat din Fondul Social European prin Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007-2013 –„Investeşte în oameni!

aer

sursă de carbon

inf

efl Banx

BA

DS

recirculare nitraţi

inf

efl BA

Banx

DS

recirculare nămol

recirculare nămol a

b anoxic aerob

inf

efl DS

recirculare nămol c Fig.1. Variante ale procesului de nitrificare-denitrificare cu un singur tip de nămol: a – procesul cu predenitrificare; b – procesul cu postdenitrificare ; c- procesul cu nitrificare-denitrificare simultană (BA – bazin aerob, Banx – bazin anoxic, D – decantor, inf – influent; efl - efluent)

Dacă funcţionează fără sursă externă de carbon, sursa de energie la etapa de denitrificare va fi preluată din prelucrarea masei organice a microorganismelor care mor; cum rata morţii celulelor este redusă se va obţine şi o viteză mică de prelucrare a nitriţilor ceea ce va conduce la volume mari de reactor biologic pentru a se menţine eficienţa procesului.

Septembrie 2010

6

BIOTEHNOLOGIA – TRATAREA APELOR POLUATE

Procesul de nitrificare-denitrificare poate avea loc simultan, într-un singur bazin, dar acest sistem necesită controlul parametrilor astfel încât să se asigure faptul că atât nitrificarea cât şi denitrificarea apar în bazin. Totuşi vitezele de nitrificare, rspectiv de denitrificare sunt mai scăzute decât cele optime., întrucât doar o parte din biomasă este folosită pentru fiecare dintre aceste reacţii.

Dintre cele trei configuraţii procesul de nitrificare/denitrificare preanoxică este cel mai utilizat, fiind uşor de implementat în retehnologizarea staţiilor de epurare. În plus, 68% din cererea de oxigen şi 50% din consumul de alcalinitate pentru nitrificare vor fi recuperate la denitrificare. Dacă procesul cu nămol activ este proiectat astfel încât să se realizeze şi nitrificarea şi denitrificarea, funcţionarea decantorului secundar va fi mult îmbunătăţită, evitându-se flotaţia nămolului.

Noi procese de îndepărtare a azotului din apele uzate Nămolul preponderent biologic rezultat din epurarea apelor uzate trebuie stabilizat înainte de a fi deshidratat şi depozitat. De obicei stabilizarea se fac în mediu anaerob, astfel că azotul din nămol este eliberat sub formă de amoniu care se regăseşte în apa evacuată din metantanc. Această apă este recirculată în bazinele cu nămol activ, ceea ce duce la încărcarea suplimentară a acestora cu azot. Concentraţiile de amoniu în apa de evacuare din fermentatoare este ridicată, de ordinul 500-1500 mg/l, iar temperatura de 25-35 0C. Datorită acestei concentraţii mari de amoniu s-a constatat că este mai convenabil să se trateze separat aceste ape. Cercetările realizate după anii 1990 au condus la noi procese de îndepărtare a azotului din apele puternic încărcate cu amoniu: Sharon, Anammox, SharonAnammox, Canon, Oland, Snap, Babe, InNitri.

Procesul SHARON (Single reactor system for High activity Ammonium Removal Over Nitrite ) presupune întreruperea reacţiei de oxidare a amoniului la nitrit.

Amoniul este oxidat la nitrit în reactorul aerob, după care nitritul este redus la azot gaz în reactorul anoxic, prin adăugarea unei surse externe de carbon. Reactorul Sharon se poate construi fie ca un singur bazin cu zone alternante aerob/anoxic sau ca o serie de două bazine, unul aerob altul anoxic. Principalul avantaj al configuraţiei cu un singur reactor constă în posibilitatea utilizării alcalinităţii produse în cadrul procesului de denitrificare imediat, pentru compensarea acidului produs în faza aerobă.

Printre alte avantaje ale procesului pot fi menţionate: investiţia iniţială redusă, costuri de operare mici (spre deosebire de procesul convenţional de nitrificare-denitrificare necesită aerare redusă şi o cantitate mai mică de carbon), pornire uşoară, pentru acest tip de proces nefiind necesară adăugarea de reactivi chimici. Procesul SHARON poate fi aplicat pentru epurarea apelor uzate rezultate în urma tratării nămolului (fermentare, compostare sau uscare) dar şi pentru tratarea levigatului din rampele de depozitare controlată a deşeurilor.

Conducerea cu succes a sistemului de epurare depinde de cunoaşterea parametrilor ce influenţează performanţele acestuia. În literatura de specialitate sunt menţionaţi mulţi parametrii ce influenţează acumularea nitritului, fie în mod individual sau în combinaţie cu alţi factori, prin inhibarea simultană a producerii de nitrat.

Până în prezent au fost puse în evidenţă prin diverse cercetări mai multe metode de control pentru realizarea nitrificării parţiale. Principalul obiectiv al acestor metode a fost favorizarea dezvoltării bacteriilor care oxidează amoniul şi îndepărtarea prin spălare a bacteriilor care oxidează nitritul prin diverse energii de activare, diverse vârste ale nămolului, diverşi coeficienţi de saturaţie la jumătate a oxigenului dizolvat şi diverse capacităţi antitoxice ale celor două tipuri de bacterii. Aceste metode includ în principal reglarea corespunzătoare a temperaturii sistemului, pH-ului, concentraţiei de oxigen Biotehnologii pentru protectia mediului

FONDUL SOCIAL EUROPEAN Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007-2013 Axa prioritară nr. 3 „Creşterea adaptabilităţii lucrătorilor şi a întreprinderilor” Domeniul major de intervenţie 3.2. „Formare şi sprijin pentru întreprinderi şi angajaţi pentru promovarea adaptabilităţii” Titlul proiectului: : „COPMED – COMPETENTE PENTRU PROTECTIA MEDIULUI” Contract nr. POSDRU/81/3.2./S/52242 Proiect cofinanţat din Fondul Social European prin Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007-2013 –„Investeşte în oameni!

dizolvat, timpului de retenţie a suspensiei, concentraţiei şi încărcării substratului, structurii operaţionale şi de aerare, inhibitorilor s.a.

Astfel, parametrii operaţionali pentru a realiza nitrificarea parţială trebuie controlaţi în intervalele: - temperatura: 30 – 40 0C; - pH: 7,5 – 8,5; - concentraţia de oxigen dizolvat: 1 – 1,5 mg/l - în general timpul de retenţie hidraulic este egal cu timpul de retenţei a suspensiei, nefiind necesară retenţia nămolului.

Procesul Anammox (ANaerobic AMMonia OXidation) este o metodă complet autotrofă pentru îndepărtarea amoniului din apele puternic încărcate şi raport mic C/N. Procesul este aplicat cu succes din anul 2002 la staţia de epurare a oraşului Rotterdam, Olanda. În acest proces amoniul este convertit direct în azot gaz în condiţii anaerobe, cu nitritul ca acceptor de electron. Bacteria Anammox, descoperită în apele uzate la începutul anilor 1990, este autotrofă astfel încât nu necesită sursă externă de carbon, ea utilizeză CO2 ca sursă de carbon. De asemenea, nu necesită aerare, întrucât este obligat anaerobă, dar este necesară totuşi existenţa nitritului ca substrat.

Procesul Anammox funcţionează de obicei în strat fluidizat sau secvenţial. Pentru a fi aplicat cu succes el trebuie precedat de o treaptă aerobă. Există o serie de tehnologii care utilizează procesul Anammox, clasificate în două grupuri: cu două trepte sau cu o treaptă. În procesul cu două trepte, în prima treaptă amoniul este convertit în nitrit în condiţii aerobe, iar în a doua treaptă este favorizat procesul Anammox prin scăderea concentraţiei de oxigen sub 0,3 mg/l. Procesul în două trepte se poate desfăşura în două reactoare separate sau într-un singur reactor în care se controlează concentraţia oxigenului dizolvat. De aici, a rezultat procesul combinat Sharon – Anammox, în care, în prima treaptă (Sharon) aproximativ 50% din amoniu este parţial oxidat la nitrit de bacteriile care oxidează amoniul. Efluentul din treapta aerobă, încărcat cu un raport optim de amoniu şi nitriţi intră în treapta anaerobă (Anammox) în care în care amoniul şi nitriţii sunt convertiţi la azot gaz.

Procesul se caracterizează printr-o producţie scăzută de nămol, reducerea energiei consumată prin aerare cu 60%, reducerea cantităţii de substanţe chimice pentru neutralizare şi reducerea semnificativă a emisiilor de CO2, de până la 90%. În general, costurile faţă de procedeul clasic de nitrificare/denitrificare sunt reduse cu până la 90%. În plus, staţia necesită mai puţin de jumătate din spaţiul pentru procedeul convenţional.

Septembrie 2010

8

BIOTEHNOLOGIA – TRATAREA APELOR POLUATE

Concentraţiile reduse de sulfiţi şi alcooli sunt toxice pentru proces. De asemenea sulfaţii, care în condiţii anaerobe sunt transformaţi de bacterii reducătoare în sulfiţi. Totuşi, în condiţii anoxice aceste bacterii sunt inhibate. Temperatura optimă a procesului este de 30-370C. Eficienţa globală de îndepărtare a amoniului este de aproximativ 94%. În procesul cu o singură treaptă nitrificarea parţială şi procesul Anammox au loc simultan într-un singur reactor procesul fiind condus prin controlul oxigenului. Acest proces este denumit diferit: CANON(Completely Autotrophic Nitrogen removal Over Nitrite), OLAND(Oxygen-Limited Autotrophic Nitrification-Denitrification), SNAP (Single-stage Nitrogen removal using Anammox and Partial nitratation) Bacteriile care oxidează amoniul şi bacteriile Anammox coexistă în acelaşi reactor, bacteriile care oxidează nitritul fiind inhibate prin menţinerea concomitentă a saturaţiei amoniului şi limitarea oxigenului. Astfel, aceste bacterii sunt dublu limitate, în raport cu oxigenul de către bacteriile care oxidează amoniul şi în raport cu nitritul de către bacteriile anammox. Procesul necesită controlul precis al aerării şi amoniului, fiind sensibil la scăderea concentraţiei de amoniu din influent.

Bioaugmentarea Adăugarea de bacterii nitrificatoare în procesul cu nămol activ poate reduce timpul de retenţie a suspensiei, principalul criteriu de proiectare al procesului combinat cu nămol activ şi nitrificare. Această metodă poate fi utilizată şi ca o opţiune de upgradare , pentru a încărca mai mult sistemul sau pentru a elibera spaţiu. Bioaugmentarea se realizează prin cultivarea externă a nămolului nitrificator, care a dar această tehnică are două dezavantaje: bacteriile pot să nu fie optime pentru procesul specific din staţia de epurare, iar dacă sunt introduse celule în suspensie acestea pot fi îndepărtate de protozoarele din nămolul existent în bazin. Astfel, s-a ajuns la concluzia că este mai bine să se să se cultive bacterii nitrificatoare într-un bazin auxiliar, amplasat în staţia de epurare, prin introducerea de nămol din bazinul de aerare şi alimentarea continuă cu apă de la ieşirea din fermentator. În acest mod, bacteriile nitrificatoare care vor creşte în flocoanele de nămol vor aparţine sistemului şi nu vor fi îndepărtate de protozoare.

Există mai multe variante de integrare a proceselor de bioaugmentare: inNITRI, BAR şi BABE. În procesul inNITRI bacteriile nitrificatoare sunt produse în efluentul fermentatorului, printr-un proces asemănător celui cu nămol activ (bazin de aerare şi decantor cu recirculare) şi sunt apoi introduse în bazinul de nitrificare. Acest sistem are dezavantajul că este posibil să nu producă bacteriile corespunzătoare. În procesul BAR (BioAugmentation Regeneration) nămolul recirculat din procesul cu nămol activ-nitrificare este introdus într-un reactor de bioaugmentare împreună cu efluentul din fermentator, iar amestecul rezultat este introdus în bazinul de nitrificare. În procesul BABE (BioAugmentation Batch Enhanced) numai o parte din nămolul recirculat este redirecţionat în bazinul de bioaugmentare, în proporţie de 1:1 cu effluentul de la fermentator, după care suspensia rezultată, împreună cu cealaltă parte de nămol recirculat intră în procesul cu nămol activ şi nitrificare. Îndepărtarea biologică a fosforului Tehnologiile biologice de îndepărtare a fosforului au avantajele, faţă de tehnologiile chimice, reducerii cantităţii de nămol şi a costurilor cu substanţele chimice. În procesele biologice, printr-o configuraţie corespunzătoare a reactorului, se favorizează creşterea microorganismelor care acumulează fosforul, acesta fiind incorporat în biomasa celulară ca polifosfat. Aceste microorganisme sunt singurele capabile să stocheze substratul în prima etapă anaerobă şi să-l oxideze apoi în etapa aerobă. Acest lucru este posibil doar Biotehnologii pentru protectia mediului

FONDUL SOCIAL EUROPEAN Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007-2013 Axa prioritară nr. 3 „Creşterea adaptabilităţii lucrătorilor şi a întreprinderilor” Domeniul major de intervenţie 3.2. „Formare şi sprijin pentru întreprinderi şi angajaţi pentru promovarea adaptabilităţii” Titlul proiectului: : „COPMED – COMPETENTE PENTRU PROTECTIA MEDIULUI” Contract nr. POSDRU/81/3.2./S/52242 Proiect cofinanţat din Fondul Social European prin Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007-2013 –„Investeşte în oameni!

prin acumularea polifosfatului, ceea ce conduce la îndepărtarea fosforului. Alimentarea adecvată cu acizi graşi volatili este unul dintre factorii principali pentru succesul procesului de îndepărtare a fosforului, datorită influenţei acestuia în preluarea fosfatului şi eliberarea polifosfatului. Aceştia sunt prezenţi în substratul uşor biodegradabil din influent sau s pot forma în procesele anaerobe.

Configuraţia pentru îndepărtarea fosforului cuprinde un reactor anaerob, cu timp de retenţie hidraulic de 0,5 – 1 h şi amestecare, cu un timp de retenţie a suspensiei recomandat de 1 – 1,5 zile, care este plasat înaintea reactorului cu nămol activ. În multe configuraţii, după reactorul anaerob urmează cel anoxic şi apoi cel aerob, astfel încât reactorul anaerob este de fapt un selector ce favorizează creşterea microorganismelor care stochează fosforul. Aceste microorganisme formează flocoane foarte dense, bine sedimentabile în procesul cu nămol activ, astfel că de multe ori se utilizează acest reactor anaerob, chiar dacă nu este nevoie de îndepărtarea fosforului. O atenţie deosebită trebuie acordată îndepărtării nămolului în exces, astfel încât să nu apară eliberarea O-PO4 în reactorul anaerob, ceea ce conduce la eficienţe scăzute de îndepărtare a fosforului.

Concluzii Metoda convenţională de epurare bilogică reuşeşte să îndepărteze doar o parte din nutrienţii din apa uzată. Datorită restricţiilor impuse pentru deversarea acestora, s-au dezvoltat tehnologiile de îndepărtare ale azotului şi fosforului, dintre acestea tehnologiile biologice fiind preferate din ce în ce mai mult în special datorită faptului că pot fi combinate cu procesul biologic de îndepărtare a compuşilor de carbon. Cercetările din biotehnologie au avut o influenţă deosebită şi în dezvoltarea proceselor de îndepărtare a nutrienţilor. Există o serie de configuraţii posibile, unele dintre acestea doar pentru îndepărtarea azotului, altele pentru îndepărtarea combinată a azotului şi fosforului.

Alegerea configuraţiei depinde de calitatea influentului, calitatea dorită a efluentului, experienţa operatorului şi procesele de epurare existente dacă se doreşte retehnologizarea staţiei de epurare. Retehnologizarea unei staţii de epurare pentru îndepărtarea nutrienţilor trebuie să ţină seama de configuraţia şi dimensiunea bazinelor de aerare, capacitatea decantoarelor, tipul sistemului de aerare, tehnologia de tratare a nămolurilor şi experienţa operatorului. Realizarea unei noi staţii de epurare este mult mai flexibilă şi oferă mai multe opţiuni în ceea ce priveşte îndepărtarea nutrienţilor.

Septembrie 2010

10

BIOTEHNOLOGIA – TRATAREA APELOR POLUATE

Bibliografie 1. van Dongen, L.G.J.M., Jetten, M.S.M., van Loosdrecht, M.C.M.. The Combined Sharon-Anammox Process. A sustainable method for N-removal from sludge water, Stowa, 2001 2. van Haandel A., van der Lubbe J. Handbook Biological Waste Water Treatment, Quist Publishing, 2007 3. Henze, M., van Loosdrecht, M., Ekama, G., Brdjanovic, D. Biological Wastewater Treatment: Principles, Modeling and Design, IWA Publishing, 2008.

4. Metcalf&Eddy. Wastewater engineering. Treatment and reuse, fourth edition, McGraw Hill, 2003.

5. Robescu, D., Robescu, Diana, Lanyi, S., Constantinescu, I. – Tehnologii, instalaţii şi echipamente pentru epurarea apei, Editura Tehnică, Bucureşti, 2000.

6. Seviour, R., Nielsen, P.H. Microbial Ecology of Activated Sludge, IWA Publishing, 2010 7. Wiesmann, U., Choi, I.S, Dombrowski, E.A.. Fundamentals of Biological Wastewater Treatment, Wiley-VCH&Co.KgaA, 2007 8. ***. Design of Municipal Wastewater Treatment Plants, 4th ed., WEF manual of Practice 8, ASCE Manual and Report on Engineering Practice No.76, 1998.

Biotehnologii pentru protectia mediului

12

BIOTEHNOLOGIA – TRATAREA APELOR POLUATE

Biotehnologii pentru protectia mediului

14

BIOTEHNOLOGIA – TRATAREA APELOR POLUATE

Biotehnologii pentru protectia mediului