1. ROLUL EPURRII AVANSATE1.1. Epurarea mecano-biologic convenional contribuie la eliminarea din apele uzate a materiilor n suspensie i a substanelor organice coloidale i dizolvate, biodegradabile (pe baz de carbon), dar reine n mic msur, sau deloc, alte substane cum ar fi azotul, fosforul, compui ai acestora, metale grele, detergeni, anumii germeni patogeni i parazii, materii n suspensie, etc., substane care n practic poart denumirea de substane "refractare" sau "rezistente".Rolul epurrii avansate este de a reine din apele uzate, printr-un complex de procese fizice, chimice i biologice aceste substane refractare. Dintre acestea, pentru apele uzate menajere i oreneti, cele mai periculoase sunt nutrienii (fosforul, azotul i compuii lor), substane care afecteaz n mod defavorabil i n unele cazuri deosebit de grav, sntatea oamenilor, fauna, flora acvatic i mediul nconjurtor nsui prin eutrofizarea lacurilor i a rurilor a cror curgere este lent.1.2. Epurarea avansat poate fi realizat n aceleai obiecte tehnologice destinate eliminrii substanelor organice pe baz de carbon (cazul staiilor de epurare noi sau celor n curs de extindere), sau separat, n construcii i instalaii specifice, dup treapta de epurare biologic (cazul unor staii de epurare existente). Realizarea unor construcii i instalaii separate reprezint o situaie particular, care a generat noiunea de "treapt de epurare teriar", denumire mult mai puin cuprinztoare dect cea de "epurare avansat").2. PROVENIENA AZOTULUI DIN APELE UZATE I SURSE DE AZOT2.1. Activitatea uman reprezint una dintre sursele de azot cea mai frecvent ntlnit, n special n hidrosfer.Principalele efecte (neajunsuri) ale acumulrii azotului n ap sunt: epuizarea cantitilor de oxigen dizolvat din apele receptoare, stimularea eutrofizrii, creterea toxicitii vieii acvatice, periclitarea sntii publice i diminuarea probabilitii ca apele s mai fie reutilizabile.2.2. Sursele de azot pot influena deciziile privind nivelul i tipul epurrii, care de regul este specific fiecrui caz n parte. n analizarea problemei polurii cu azot o atenie deosebit trebuie acordat determinrii tuturor surselor de azot posibile astfel nct cantitatea total evaluat s fie ct mai corect estimat.2.3. Sursele de azot provenite din activitatea uman includ apele uzate menajere epurate i neepurate, reziduurile industriale, depuneri atmosferice i scurgeri de suprafa.2.4. Apele uzate menajere provin din localitile urbane i rurale, sau din zonele izolate unde se procedeaz la colectarea acestora, cu condiia ca proveniena acestora s fie strict din utilizarea menajer a apei potabile.2.5. Apele uzate neepurate provenite de la sistemele de canalizare oreneti au n mod obinuit un coninut n azot total Kjeldahl (notat n mod obinuit cu TKN i compus din azotul amoniacal i organic) de 30-80 mg/l. Din acesta, aproximativ 60% reprezint azot amoniacal i 40% azot organic, cantitile de azotai fiind foarte mici, iar cele de azotii, practic nule. ncrcarea specific pentru zone rezideniale a fost estimat (valoare medie) la 6 ... 14 g TKN/om, zi.2.6. Apele uzate provenite din fosele septice rurale sunt adesea colectate i amestecate cu apele uzate menajere n amontele staiilor de epurare. Coninutul n azot al apelor uzate provenite din fosele septice este de 100-1600 mg TKN/l, o valoare uzual considerndu-se 700 mg TKN/l. Debitul apelor uzate provenite de la fosele septice este n general redus n comparaie cu debitul apelor uzate influente n staiile de epurare, dar pentru staii de epurare mici, el poate avea un efect semnificativ.2.7. Apele uzate menajere epurate conin cantiti variate de azot, funcie de tipul de epurare utilizat. O staie de epurare cu nmol activat reduce coninutul de azot total cu ajutorul sintezei celulare i eliminrii solidelor. Majoritatea cantitii de amoniu trece nemodificat n cazul unei epurri fr nitrificare. Necesitatea reducerii azotului total cu peste 20-30%, impune denitrificarea apelor uzate. Epurarea convenional cu nmol activat, n general, conduce la un coninut al azotului total n efluent de 15-35 mg/l. O epurare biologic avansat poate conduce la o valoare a azotului total n efluent de 2-10 mg/l.2.8. Apele uzate industriale. Industria contribuie cu azot prin reziduurile lichide produse ca rezultat al utilizrii apei n procesele specifice i utilizrii secundare a apei la purificarea gazelor. Cele mai reprezentative industrii care produc nivele ridicate ale azotului n apa de proces sunt: chimic (producerea de fertilizatori i de ali compui azotoi), hrtie i celuloz (produse naturale, celuloz pe baz de amoniac), minerit i metale (prelucrarea minereurilor, decapare cu acid nitric), prelucrarea alimentelor (splarea unor produse cu proteine mbogite i apele rezultate n urma pregtirii hranei).2.9. Levigatul produs la depozitele controlate de deeuri menajere. Levigatul (lixiviatul) din gropile de gunoi pentru reziduurile solide menajere sunt caracterizate ca ape uzate cu debite sczute dar foarte ncrcate. Levigatul poate avea un coninut de amoniu cu valori ntre 0-1.160 mg/l i azot sub form de azotai i azotii de 0,2-10,3 mg/l. n acest caz, staia de epurare care trebuie s epureze un asemenea tip de ap uzat, trebuie s fie "flexibil" pentru obinerea parametrilor impui efluentului epurat de reglementrile n vigoare chiar n cazul unui grad ridicat de variabilitate n ncrcare a levigatului influent.2.10. Depozitarea atmosferic. Azotul atmosferic poate ajunge n mediu acvatic sub form de azot anorganic care este solubilizat n apa de ploaie sau, sub form de azot organic ori mineralizat (particule), care este fie antrenat de apele meteorice de pe suprafeele pe care cad acestea, fie din suspensiile antrenate de vnt.2.11. Scurgerea de suprafa a apelor de ploaie. Scurgerea de suprafa n mediul urban poate conine cantiti semnificative de azot. Suprafeele impermeabile caracteristice oraelor asigur o rapid conducere a azotului la canalele receptoare, by-passnd asimilarea natural. Construciile i ali factori perturbatori creeaz cantiti sporite de materii n suspensie n scurgerile de suprafa. Aceste materii au n general o component semnificativ de azot organic tip particule. Utilizarea fertilizatorilor la terenurile agricole creeaz ncrcri importante n azot ale freaticului i ale apelor de suprafa. Din acest motiv, factorii de decizie care administreaz terenurile agricole respective trebuie s stabileasc cu atenie rata de utilizare i tipul de fertilizator, gradul de irigare, drenarea solului, tipul de cultur i viteza de absorbie a sa precum i gradul de cultivare al pmntului.2.12. Un alt tip de scurgere o constituie cea din sistemul de colectoare pentru apele uzate menajere aflate ntr-o stare avansat de deteriorare, din bazinele industriale i sistemele septice precum i racordurile i evacurile ilegale care, mpreun, pot contribui n mare msur la ncrcarea n azot a apei din cadrul sistemului de colectare a apelor de ploaie.3. FORME SUB CARE SE GSETE AZOTUL N APELE UZATEAzotul este unul dintre elementele chimice prezent n toate cele patru componente principale ce formeaz biosfera: atmosfera, hidrosfera, crusta terestr i esuturile organismelor vii sau moarte. Fiecare element conine azot sub diverse forme. Azotul, n mediul nconjurtor, exist sub mai multe forme funcie de natura sa i de starea de oxidare n care se poate gsi. Astfel, dup natura sa, azotul poate fi organic sau anorganic. Azotul anorganic, funcie de starea de oxidare n care se poate gsi, poate exista n una din formele menionate n tabelul de mai jos.

Azotul total coninut n apele uzate este alctuit din azot organic, amoniac (sau amoniu), azotii i azotai. Amoniacul exist n soluiile apoase fie sub form de gaz, denumit amoniac (NH3), fie ca ion de amoniu (NH4+), funcie de valoarea pH-ului soluiei, corespunztor urmtoarei reacii de echilibru:NH3 + H2O NH4+ + OH- (2.1)Astfel, la nivele ale pH-ului > 9,25 este predominant amoniacul, pe cnd pentru un pH < 9,25 este predominant amoniul. Azotiii (NO2-) sunt relativ instabili i uor de oxidat la forma de azotat. Ei indic o poluare anterioar n procesul de stabilizare i rareori depesc 1,0 mg/l n apele uzate sau 0,1 mg/l n apele de suprafa. Azotiii prezeni n efluenii staiilor de epurare pot fi oxidai de clor, dar acest proces presupune creterea dozei de clor, respectiv creterea costului dezinfeciei. Azotaii (NO3-) reprezint forma cea mai oxidat a azotului ce se regsete n apele uzate. Acesta poate varia n limitele 0-20 mg/l n apele uzate epurate (valoarea maxim admis pentru azotai n apele uzate la descrcarea lor n emisari, de ctre normativele tehnice de protecia apelor, este de 25 mg/l).Amoniacul (NH3) se gsete n cantiti foarte reduse, fie n form liber (gaz), n apropierea substanelor intrate n descompunere, fie n sol, sub form de sruri de amoniu. Toxicitatea amoniacului, comparativ cu forma ionic, este mult mai mare. Determinarea amoniacului se face n mod obinuit pentru ape avnd un pH cuprins ntre 6,5-8,3, prin analizarea formei ionice NH4+. Astfel, pentru determinarea procentual a celor dou forme de azot este necesar determinarea pHului, deoarece raportul ntre acestea depinde de pH-ul apei. ntr-un mediu neutru sau slab alcalin, predomin forma ionic (NH4+), la un pH aproximativ = 8,0, coninutul n NH3 fiind de numai 4,5%. Pentru un mediu cu alcalinitate ridicat, avnd pH > 9,25, amoniacul (NH3) este predominant, reprezentnd peste 50%. Amoniul (NH4+), se regsete n aproape toate tipurile de ape (naturale, de suprafa i chiar n cele subterane), prezena acestuia indicnd o contaminare recent cu produi de descompunere celular, o deversare de ape uzate sau scurgerea de ape de ploaie de pe suprafeele agricole unde se utilizeaz fertilizatori pe baz de azot (azotat de amoniu NH4NO3, uree). Exprimarea azotului amoniacal se face n ioni de amoniu NH4+ (mg/l), n azot total N - NH4+ (mg/l), sau NH3 (mg/l). La 1,0 mg de azot total N corespund 1,286 mg NH4+ i 1,216 mg NH3.Azotiii (nitriii) NO2- reprezint prima treapt de oxidare a amoniului. Prezena acestora n ap sugereaz existena unor produse reductoare. La 1,0 mg de azot total N corespund 3,285 mg NO2-. Azotaii (nitraii) NO3-, reprezint un stadiu avansat de oxidare a amoniului, prezena acestora sugernd o impurificare mai veche. Proveniena azotailor poate fi de origine animal, din procesele de mineralizare a proteinelor sau poate fi de origine mineral, din apele de scurgere peste suprafeele pentru care s-au folosit fertilizatori. La 1,0 mg de azot total N corespund 4,427 mg NO3-. Azotul organic este alctuit din mai multe familii de compui: amine, acizi aminici, ierbicide, derivai nitrozo, combinaii macromoleculare (proteine, peptide, clorofile, acizi humici). Azotul total este compus din toate formele de azot: azot amoniacal (N - NH3 sau N - NH4+), azotii (N - NO2-), azotai (N - NO3-) i azotul organic (N(org)). Azotul total Kjeldahl este compus, spre deosebire de azotul total, numai din azotul amoniacal (N - NH3 sau N - NH4+) i azotul organic (N(org)). Concentraiile uzuale n compui de azot ntlnite la apele uzate menajere neepurate variaz n domeniul 8-35 mg/l, pentru azotul organic, 12-50 mg/l, pentru amoniacul liber i 20-85 mg/l pentru azotul total.Coninutul n azotai i azotii la apele uzate menajere este n general neglijabil. n cazul apelor uzate provenite de la fosele septice coninutul n azot total (N) variaz ntre 100-1600 mg/l, uzual considerndu-se 700 mg/l, iar pentru amoniac (ca azot total N) variaz ntre 100-800 mg/l, considerndu-se n medie 400 mg/l.4. TRANSFORMRILE SUFERITE DE AZOTPrincipalele transformri pe care azotul le sufer n cadrul mediului nconjurtor sunt:a. - Reducere (fixare);b. - Amonificare;c. - Sintez;d. - Denitrificare.Reaciile de amonificare, sintez, nitrificare i denitrificare sunt mecanismele primare angajate n epurarea apelor uzate pentru controlul i/sau eliminarea azotului. Condiiile de mediu care influeneaz reaciile bio-chimice din procesele de eliminare a azotului sunt temperatura, pH-ul, procesele microbiologice, potenialul de oxidare/reducere i disponibilitatea substratului, nutrienilor i a oxigenului.a. Reducerea (fixarea) reprezint procesul prin care azotul inert, gazos, este ncorporat ntr-un compus chimic asemenea aceluia care poate fi folosit de plante i animale. Fixarea azotului de la azotul gazos (N2) la azotul organic este, predominant, realizat biologic de ctre microorganisme specializate i plante. Fixarea atmosferic prin procese de reducere datorate descrcrilor electrice sau prin procesele industriale de obinere a fertilizatorilor sau altor chimicale, joac un rol mai mic, dar semnificativ, ca metod de fixare.b. Amonificarea este transformarea azotului organic la forma de amoniu. n general, amonificarea intervine n timpul descompunerii esutului animal i vegetal i a materiilor fecale de natur animal.c. Sinteza (asimilarea) este un mecanism biochimic care utilizeaz compuii de amoniu sau azotaii pentru a forma proteine i ali compui ce conin azot.d. Nitrificarea este procesul prin care se realizeaz oxidarea biologic a amoniului. Aceasta se realizeaz n dou etape, prima la forma de azotii i apoi la forma de azotai.Responsabile pentru aceste dou etape sunt n principal dou bacterii chemoautotrofe aerobe (obin energie din reacii chimice, prin oxidarea n mediu aerob a compuilor anorganici asemenea amoniacului, azotiilor i sulfidelor, utiliznd pentru sintez carbonul anorganic din bioxidul de carbon) cunoscute sub denumirea de nitrosomonas i nitrobacter. Etapele nitrificrii sunt reprezentate global prin relaia de mai jos:

Reaciile de transformare sunt n general cuplate i au loc rapid la forma de azotat, nivelul de azotii la un moment dat fiind relativ sczut. Azotaii formai pot fi folosii n sintez pentru a sprijini creterea plantelor sau pot fi substanial reduiprin denitrificare.e. Denitrificarea este reducerea biologic a azotailor la azot gazos. Ea poate fi realizat n mai multe etape pe cale biochimic, cu producere final de azot gazos. O gam larg de bacterii heterotrofe anoxice iau parte la proces, necesitnd carbon organic ca surs de energie. Etapele denitrificrii sunt reprezentate global prin relaia de mai jos:

n cazul n care ntr-un reactor sunt prezeni, n acelai timp i azotai i oxigen, bacteriile vor folosi preferenial oxigenul pentru oxidarea substanei organice deoarece se produce mai mult energie. Pentru ca denitrificarea s aib loc, trebuie s fie create condiii anoxice (oxigenul necesar reaciilor chimice fiind luat din legturile chimice ale azotului cu oxigenul, n special din azotai).5. NECESITATEA NDEPRTRII (ELIMINRII) AZOTULUI DIN APELE UZATEAcumularea excesiv a diferitelor forme de azot n apele de suprafa i subterane poate conduce att la efecte ecologice adverse ct i la efecte nefaste asupra sntii oamenilor. Se prezint n continuare, n mod succint, aceste efecte.5.1. Efectele azotului i ale compuilor de azot asupra mediului nconjurtor A. Scderea concentraiei de oxigen dizolvat n apele receptoare este unul din cele mai importante efecte al prezenei compuilor de azot. Asemntor descompunerii bacteriene a componenilor organici din apele uzate n emisari, nitrificarea amoniului n apa receptorilor naturali genereaz un consum de oxigen suplimentar. n asemenea cazuri specifice, unde se demonstreaz c amoniul poate conduce la scderea concentraiei de oxigen dizolvat din emisari, este recomandabil a se realiza nitrificarea naintea evacurii apelor uzate epurate mecanic i biologic.B. Biostimularea creterii plantelor i algelor n apele de suprafa (eutrofizarea). O problem major n poluarea apelor este eutrofizarea, care este definit ca dezvoltarea excesiv a plantelor i/sau "nflorirea" algelor rezultate din superfertilizarea rurilor, lacurilor i estuarelor. Eutrofizarea se poate manifesta sub forma deteriorrii calitii unei ape curate anterior, generrii unor mirosuri urte provenite din descompunerea plantelor i reducerii concentraiei de oxigen dizolvat din apa receptorilor naturali, care poate afecta respiraia petilor precum imetabolismul altor vieuitoare i plante acvatice.Condiiile eseniale care se cer pentru dezvoltarea plantelor i algelor sunt macronutrienii adecvai sub form de azot sau fosfor, suficient dioxid de carbon i energie luminoas.Azotul i fosforul sunt, n mod obinuit, cele dou elemente cheie n controlul eutrofizrii.Odat determinat care nutrient limiteaz creterea, trebuie determinat dac i cum poate fi controlat cantitatea de substan limitatoare influent n apa receptoare. n anumite circumstane, eliminarea i a azotului i a fosforului poate ficonsiderat responsabil pentru limitarea creterii algelor.Eutrofizarea lacurilor este una dintre cele mai importante probleme de mediu, deoarece nutrienii care ptrund n ap tind s fie reciclai n lac i acumulai n timp, spre deosebire de ruri care reprezint sisteme curgtoare n care nutrienii sunt ntodeauna n micare spre aval, de la o seciune la alta. Acumulrile aprute de-a lungul rurilor tind s apar numai n ape lente iar efectele acestor acumulri sunt, n mod normal, moderate de aciunea periodic a viiturilor.n urma mbogirii apelor cu nutrieni, are loc o dezvoltare accelerat a vegetaiei acvatice care, pe lng aspectele neplcute ce influeneaz utilizarea apelor pentru pescuit, turism sau agrement (sporturi nautice, etc.), inhib dezvoltarea normal a faunei acvatice. Creterea agresiv a vegetaiei acvatice conduce n scurt timp la o rat ridicat a algelor care mor, contribuind la sedimentarea masiv, n straturi, a plantelor care n condiii anaerobe specifice hipolimnionului, se descompun. n urma acestor descompuneri, apar o serie de elemente secundare ca hidrogenul sulfurat (datorit lipsei de oxigen) ce va afecta direct calitatea apei prin apariia de mirosuri grele, neplcute i n final prin diminuarea pn la dispariia total a vieii acvatice.Un alt efect al eutrofizrii apei l constituie creterea turbiditii datorit creterii densitii fitoplanctonului dezvoltat.Prin creterea produciei de fitoplancton (respectiv prin consumul de CO2) se realizeaz o cretere a pH-ului apei, care, la rndul ei, determin trecerea amoniului (NH4+) la forma mai toxic de amoniac liber (NH3).Eutrofizarea apare n general n cazul lacurilor, rurilor a cror curgere este lent, n estuare i n particular n bazinele de ap delimitate.5.2. Efectele azotului i a compuilor de azot asupra sntii umaneCompuii de azot care constituie un pericol pentru sntatea oamenilor sunt azotaii i n special azotiii. De aceti doi compui se leag n principal boli grave de tipul cinozei infantile (Methemoglobinemia) i carcinogenezei.Methemoglobinemia este o boal care afecteaz n special copiii, fiind adesea descris sub termenul de "maladia albastr".Toxicitatea acut a azotailor apare ca un rezultat a reducerii sale la azotii, proces care poate interveni n condiiile specifice din stomac i saliv. Ionul azotit format oxideaz fierul din moleculele de hemoglobin de la starea feros la feric. Methomoglobinemia rezultat conduce la incapabilitatea organismului uman de a asimila oxigenul, iar dac nu se procedeaz la un tratament corespunztor i n timp util poate aprea anoxia i chiar moartea. Majoritatea cazurilor de methemoglobinemie infantil raportate au fost asociate cu utilizarea apei cu un coninut mai mare de 10 mg azotai/l. Cu toate c standardele i reglementrile pentru ap potabil indic o concentraie de azotai n apa potabil de 40 ... 50 mg/l, se recomand obinerea unei ape potabile cu o concentraie de azotai sub 10 mg/l i de azotii sub 0,5 mg/l.Aceste valori sunt depite adesea n cazul puurilor de mic adncime i n zonele necanalizate unde fosa septic este sistemul cel mai utilizat pentru colectarea apelor uzate menajere.Carcinogeneza (cancerul gastric) a fost asociat cu ingestia nitrozoderivailor. Azotiii (provenii indirect din azotai) pot reaciona cu aminele i amidele pentru a forma nitrosamine i nitriosamide. Evidena epidimiologic sugereaz c ingestiile mari de azotat pot fi un factor ce contribuie la cancerul gastric.5.3. Necesitatea ndeprtrii azotului i fosforului din apele uzate i limitele maxime admise n efluentul epuratDin studiul potenialelor surse de producere a substanelor cu un grad ridicat de poluare, se constat c, n zilele noastre, azotul i fosforul reprezint o prezen constant att n apele uzate provenite de la populaie ct i n cele provenite de la industrii. Apele uzate menajere prezint de regul att compui de azot ct i de fosfor, datorit, n special, utilizrii pe scar larg a detergenilor i a soluiilor dizolvabile n apa potabil menajer. Apele uzate industriale, datorit proceselor tehnologice elimin, deseori, substane pe baz de azot i fosfor ce se regsesc n final n apele uzate rezultate.Descrcarea apelor uzate, epurate sau neepurate, indiferent de natura lor, coninnd compui de azot i de fosfor, au efecte nefaste asupra emisarilor, mai ales n cazul n care acetia sunt lacuri sau ruri cu viteze reduse de curgere, n care fenomenul de autoepurare devine insuficient, calitatea apei suferind deteriorri importante, greu de recuperat n timp.Un efect indirect al descrcrii acestor tipuri de ape o constituie fenomenul de eutrofizare descris la pct. 5.1.B.Un alt efect important al evacurii de ape cu un coninut ridicat de nutrieni l reprezint scderea concentraiei de oxigen dizolvat din apa receptorilor naturali. n prima faz, reducerea concentraiei de oxigen apare datorit dezvoltrii explozive a florei acvatice care n procesul de hrnire cu nutrieni consum oxigen, iar n ultima faz datorit consumului suplimentar de oxigen impus de nitrificarea incomplet a efluenilor staiilor de epurare descrcai n receptori. Acest fenomen, de nitrificare, corelat cu o diluie necorespunztoare, se va realiza n curent, conducnd la reducerea oxigenului dizolvat din apa emisarului (vezi pct. 5.1.A).Datorit compuilor de azot prezeni n apa prelevat din ruri, cresc costurile de tratare a apei cnd captarea este situat n avalul punctelor de descrcare a apelor uzate epurate insuficient. Dac descrcarea apelor uzate epurate sau scurgerea apelor pluviale de pe suprafeele agricole au survenit dup realizarea staiilor de tratare (deci acestea au fost proiectate pentru o calitate a apei captate diferit de cea prelevat), staiile respective nu vor mai fi capabile s obinparametri pentru care au fost proiectate. Aducerea staiilor la nivelul noilor cerine impuse de schimbarea calitii apei brute se va putea realiza numai cu adugarea de noi filiere de tratare la actualele staii, deci cu costuri suplimentare.6. PROVENIENA FOSFORULUI DIN APELE UZATE I SURSE DE FOSFOR6.1. Fosforul este un element chimic destul de rspndit n natur, constituind cca. 0,11% din litosfer. El se gsete, n general, sub form de compui solubili sau particule, att n apele uzate menajere sau oreneti, ct i n apele uzate industriale, n cele provenite din unitile agrozootehnice sau n apele de iroire datorate precipitaiilor, care spal terenurile agricole pe care s-au mprtiat ngrminte chimice.Fosforul se gsete i n corpul plantelor i animalelor sub form de combinaii anorganice (de exemplu, el se gsete, n carapacea racilor sau scoicilor, n oasele vertebratelor) i organice (de exemplu, n snge, n pr, n glbenuul de ou, n lapte, n fibrele musculare, n celulele nervilor i ale creierului, etc.).6.2. Una din cele mai importante surse de fosfor n apele uzate sunt ngrmintele chimice utilizate n agricultur pentru fertilizarea solurilor. ngrmintele naturale provin din fina de oase i din guano. ngrmintele artificiale pe baz de fosfor pot fi simple sau compuse.Cele simple au n compoziia lor un singur element nutritiv - fosforul i de regul, sunt pe baz de sruri de calciu ale acidului fosforic de care se leag un anion monovalent (Fe, Cl, OH). ngrmintele compuse conin, pe lng fosfor, cel puin nc un element nutritiv, (azotul, kaliul, magneziul), fie legat chimic (ngrminte complexe), fie n amestec (ngrminte mixte). Cele mai folosite ngrminte sunt de tip NP, NPK sau NPKMg.Dintre compuii organici ai fosforului cei mai ntlnii se evideniaz fosforproteidele, cea mai important fiind cazeina care se gsete n lapte (sub form de sruri de calciu).O alt surs de fosfor din apele uzate menajere i oreneti o constituie detergenii casnici, precum i deeurile menajere (care pot constitui pn la 30-50% din cantitatea de fosfor coninut n apele uzate).7. FORME SUB CARE SE GSETE FOSFORUL N APELE UZATE7.1. Fosforul are un rol foarte important n natur. Prezena lui sub form de sruri sau de compui derivai ai aciduluifosforic condiioneaz viaa, fiind componente de baz ale celulelor vii i participnd nemijlocit la diferite metabolisme.Fosforul, ca i azotul, urmeaz n natur un circuit nchis. El se gsete n sol ca fosfai, fie naturali, fie sub form dengrminte. Din sol trece n plante, fiind un component al unor proteine. Animalele se hrnesc cu plante i asimileazfosforul, care intr n compoziia oaselor, creierului i nervilor. Prin moartea animalelor, fosforul se ntoarce n sol,nchiznd astfel circuitul n natur. n mod analog, se poate defini i circuitul fosforului n mediul acvatic. Cele doucircuite nu sunt independente, ci legate prin transferuri de substane, dup cum se poate vedea n schema de mai jos.

Elementele absolut necesare proceselor metabolice bacteriene, n general, ale formelor de via acvatice suntdenumite nutrieni. Cei mai importani sunt carbonul, azotul, fosforul i siliciul (azotul sau fosforul fiind n mod uzualfactorii limitatori ai dezvoltrii bacteriene i algelor, iar siliciul fiind important numai pentru una din componentelepopulaiei algale, respectiv diatomeele).2.7.2. Fosforul se poate gsi n apele uzate ca i n orice sistem acvatic sub urmtoarele forme:> fosfor anorganic dizolvat (ortofosfai, de tipul PO4-3, HPO4-2, H2PO4-);> fosfor organic dizolvat (fosfor coninut n compuii organici dizolvai sau n stare coloidal, provenii n special dindescompunerea fosforului organic de tip particule);> fosfor organic de tip particule (n suspensie denumit i "particular"), reprezentnd fosforul inclus n organismele vii in detritusul organic;> fosfor anorganic de tip particule (n suspensie sau "particular"), compus n general din polifosfai, cum ar fihexametafosfatul sau din sedimente (minerale coninnd fosfai, ortofosfai adsorbii pe argile, etc.);> fosfor anorganic "neparticular" provenit din detergeni;> fosfor biotic (coninut n alge, plante acvatice, zooplancton, peti, etc.).2.7.3. Procesele fizico-chimice suferite de fosforul organic i anorganic n apele uzate i n mediul acvatic, n general,sunt:> hidroliz (reacia fosforului i a compuilor acestuia cu apa pentru a forma un alt compus);> dizolvarea sau hidratarea (proces prin care fosforul sub form de particule trece n soluie sub form de ioni saumolecule);> descompunerea sedimentelor coninnd fosfor prin procese, de regul, anaerobe;> precipitare, proces prin care fosforul solubil este transformat n compui insolubili care pot fi separai din ap prinsedimentare ulterioar tratrii cu reactivi;> asimilare, proces prin care fosforul este ncorporat n celula bacterian, contribuind la dezvoltarea masei bacteriene.2.8. NECESITATEA NDEPRTRII (ELIMINRII) FOSFORULUI DIN APELE UZATE2.8.1. Fosforul constituie, ca i azotul, unul dintre principali nutrieni pentru fito i macro planctonul care se dezvolt nestuare, lacuri i rurile a cror curgere este lent. El este unul dintre principalii factori care produc fenomenul deeutrofizare, cu toate neajunsurile sale pentru mediu i sntatea oamenilor (v. pct. 2.5).2.8.2. O suprancrcare (cu fosfor i compui ai acestuia) a apelor uzate oreneti influente n staiile de epurare(datorat n special preepurrii insuficiente a apelor uzate industriale), poate conduce la depirea capacitii deeliminare a fosforului prin procesele de epurare mecano-biologice convenionale, rezultnd un efluent epuratnecorespunztor, cu consecine uneori grave asupra folosinelor din aval.2.8.3. Fosforul este nlturat din apa uzat n mod insuficient prin sedimentare, dat fiind c el se gsete n apa uzatmai mult sub form solubil. O parte din cantitatea de fosfor este nlturat i pe cale biologic, dar cantitatea de fosforexistent n apele uzate este, n multe cazuri, mai mare dect necesarul pentru sinteza biologic (formarea de biomas).Epurarea mecano-biologic convenional nltur doar un procent de 20-30% din fosforul influent, restul fiind evacuat nreceptorii naturali odat cu efluentul epurat.2.8.4. Se impune, de aceea, reinerea fosforului pe ct posibil pe cale biologic, n instalaii special prevzute n acestscop i dac acest lucru nu este posibil sau suficient, este necesar prevederea unor instalaii pentru reinerea fosforuluiprin precipitare chimic.2.9. CANTITI I CONCENTRAII ALE APELOR UZATE ORENETI N AZOT I FOSFOR2.9.1. Calculele de dimensionare tehnologic a construciilor i instalaiilor n care are loc epurarea avansat a apeloruzate impun cunoaterea indicatorilor de calitate privind, n special, azotul, fosforul i unii compui ai acestora pentru:> influentul staiei de epurare;> efluentul staiei de epurare.2.9.2. Indicatorii de calitate pentru influentul staiei de epurare se pot determina, de la caz la caz, astfel:> prin studii hidrochimice, desfurate pe o perioad suficient de lung pentru a putea fi bine apreciat calitatea apeiuzate brute. Aceste studii sunt necesare n special pentru localitile medii i mari i trebuie efectuate de ctre societi(uniti) acreditate n domeniu.Pentru localiti n care nu exist canalizare (reea i staie de epurare) i pentru care trebuie ntocmit proiectulaferent, situaie n care indicatorii fizico-chimici ai apelor uzate influente n staia de epurare nu se pot stabili pe baz destudii i analize, acetia se vor aprecia dup datele obinute la sistemele similare de canalizare din alte localiti, sauutiliznd ncrcrile specifice aferente unui locuitor echivalent, recomandate de literatura tehnic de specialitate, astfel:> prin asimilarea valorii concentraiilor n azot, fosfor i a compuilor acestora cu cele aferente unor localiti similareca numr de locuitori echivaleni, grad de urbanizare, dotare industrial, etc. Aceast modalitate poate fi adoptat i ncazul localitilor mici i medii la elaborarea studiilor de prefezabilitate i fezabilitate;> prin determinarea concentraiilor c(i) funcie de cantitile specifice de poluant a(i)(g/LE, zi) i de restituia specificde ap uzat q(r)(l/LE, zi), astfel:

unde, c(i) - este concentraia poluantului, n mg/l; a(i) - cantitatea specific de poluant (aferent unui locuitor echivalent), n g/LE, zi; q(r) - restituia specific de ap uzat (cantitatea de ap uzat evacuat la reeaua de canalizare, ntr-o zi de ctreun locuitor echivalent), n l/LE, zi.Pentru apele uzate menajere se pot lua n considerare urmtoarele cantiti (ncrcri) specifice a(i): 6 ......... 14 g/LE, zi - pentru azotul total TKN; 1 ......... 4,75 g/LE, zi - pentru fosforul total.Pentru restituia specific de ap uzat q(r) se pot considera valori, de la caz la caz, funcie de importana i de gradulde dotare al centrului populat cu instalaii de alimentare cu ap i de canalizare, cuprinse ntre 80 i 450 l/LE, zi.2.9.3. Pentru apele uzate oreneti concentraiile n azot i fosfor variaz, uzual, n limitele indicate n tabelul 2.2.

2.9.4. Indicatori de calitate pentru efluentul staiei de epurare2.9.4.1. Valorile maxim admisibile ale indicatorilor de calitate din efluentul epurat pentru fosfor, azot i pentru unii dincompuii lor, sunt reglementai n ara noastr prin normativele tehnice pentru protecia apelor NTPA 001/2002, NTPA011/2002 i NTPA 002/2002.La nivelul Uniunii Europene, valorile respective sunt prezentate n Directiva Consiliului Uniunii Europene nr.91/271/EEC din 21 mai 1991 privind epurarea apelor uzate.Acest act normativ prevede, n principal, obligativitatea epurrii primare pentru toate aglomerrile urbane, a epurriisecundare pentru aezrile mai mari de 15.000 locuitori i pentru efluenii industriali, precum i condiiile legate detratarea i descrcarea nmolurilor provenite de la staiile de epurare.De asemenea, sunt impuse condiii de descrcare pentru eflueni, exprimate n concentraii n impurificatori, attpentru zonele sensibile, ct i pentru zonele mai puin sensibile. Tabelele de valori limit recomandate sunt explicitatenumai pentru impurificatorii de baz (suspensii, CBO5, CCO, N, P), pentru celelalte elemente existnd norme specifice.2.9.4.2. Valorile maxim admisibile sunt indicate att pentru condiiile de mediu normale ("zone mai puin sensibile"), cti pentru condiiile de mediu speciale care sunt impuse n "zonele sensibile".2.9.4.3. Zonele sensibile sunt reprezentate de apele (receptorii naturali) care intr n una din urmtoarele categorii:> lacuri, alte ape de suprafa, estuare, ape de coast care sunt eutrofizate sau prezint pericolul de a devenieutrofice n viitorul apropiat, dac nu se iau msuri preventive de protecie;> ape de suprafa folosite drept surs de ap potabil, ce ating valori ale concentraiilor de nitrai ridicate.2.9.4.4. Zonele mai puin sensibile sunt reprezentate prin apele costiere ale mrilor i oceanelor sau altele, dacdescrcarea apelor uzate nu are efect duntor asupra mediului, respectiv asupra condiiilor morfologice, hidrologice sauhidraulice specifice existente.Aceste zone pot fi golfuri deschise sau alte zone de coast cu o circulaie activ a apei i care nu sunt supuseeutrofizrii sau nu prezint pericol de a deveni eutrofe.2.9.4.5. nainte de a fi evacuate n receptorii naturali, apele uzate influente n staia de epurare trebuie supuse uneiepurri biologice (secundare) corespunztoare, astfel nct indicatorii de calitate ai efluentului epurat s respecte attvalorile maxim admisibile ct i procentul minim de reducere fa de ncrcarea influentului (eficiena) indicate n tabelul2.3.2.9.4.6. Cu excepia indicatorilor de calitate privind poluanii uzuali (CBO5, CCO i MTS) unde legislaia romneasceste mai strict, condiiile privind valorile maxim admisibile pentru azot i fosfor sunt identice att n Romnia ct i nUniunea European.2.9.4.7. De altfel, limitele admise pentru efluentul epurat n diferite ri, referitor la azot, fosfor i la compuii acestora,variaz relativ puin de la o ar la alta, existnd tendina de a se stabili valori unice. Este cazul Europei, n care rilemembre ale Uniunii Europene au hotrt respectarea unui set de valori bine determinate pentru indicatorii de calitate aiefluenilor staiilor de epurare. Valorile concentraiilor compuilor de azot i fosfor la descrcarea efluenilor staiilor deepurare n emisari n conformitate cu Directiva 91/271/EEC au fost concretizate n tabelul 2.3, coloanele 4 i 5.

2.9.4.8. Eliminarea azotului i fosforului sunt obligatorii pentru aglomerrile urbane mari, fiind mai puin restrictiv ncazul aglomerrilor urbane mai mici. Important este faptul c n zonele sensibile (supuse sau posibil a fi supuseeutrofizrii) eliminarea azotului i fosforului din apele uzate este obligatorie.2.9.4.9. La proiectarea staiilor de epurare avansat se va ine seama att de variaiile sezoniere ale ncrcrii cupoluani, ct i de condiiile climatice locale, astfel nct s se asigure indicatorii de calitate i performanele de epurareimpuse de normativele n vigoare (vezi tabelul 2.3).2.9.4.10. Cerinele impuse de normativele i normele tehnice NTPA 001/2002, NTPA 011/2002 i NTPA 002/2002, potfi modificate prin ordin emis de autoritatea public central cu atribuii n domeniul gospodririi apelor i protecieimediului, funcie de condiiile specifice zonei n care sunt evacuate apele epurate.2.9.4.11. Respectarea prevederilor normativelor i normelor tehnice indicate la punctul 2.9.4.7. nu exclude obligaiaobinerii avizelor i a autorizaiilor legale din domeniul apelor i proteciei mediului.2.9.4.12. Indicatorii de calitate ai efluentului epurat trebuie s respecte att valorile concentraiilor maxime admisibile(situndu-se sub aceste valori sau fiind cel mult egale!) ct i valorile procentelor minime de reducere (situndu-se pesteaceste valori sau fiind cel puin egale!) indicate n tabelul 2.3.2.10. DEBITE DE CALCUL I DE VERIFICARE ALE INSTALAIILOR DE EPURARE AVANSAT A APELOR UZATE2.10.1. n calculele de dimensionare a construciilor i instalaiilor de epurare avansat, funcie de schemeletehnologice pentru linia apei i a nmolului, intervin urmtoarele debite caracteristice:> debitul zilnic maxim al apelor uzate, Q(u.zi.max);> debitul de recirculare a nmolului activat, aa numita recirculare extern, Q(nr) = Q(re) = r(e) Q(u.zi.max);> debitul de recirculare intern, pentru alimentarea zonei anoxice (de denitrificare), cu lichid bogat n azotai prelevatdin avalul zonei aerobe (de nitrificare), Q(ri) = r(i) Q(u.zi.max).Debitele de calcul i de verificare se determin pentru fiecare caz n parte, funcie de schema tehnologic adoptat,innd seama de seciunea de injecie a debitelor de recirculare extern (Q(re)) i/sau intern (Q(ri)), care se adaugdebitului Q(u.zi.max) sau Q(u.or.max).3. PROCESE CARE INTERVIN N EPURAREA AVANSAT A APELOR UZATE3.1. ELEMENTE GENERALE3.1.1. Epurarea avansat presupune eliminarea din apele uzate epurate mecano-biologic a unor substane pe careprocesele convenionale nu le pot reine, cum ar fi: azotul, fosforul, diferii compui ai acestora i n unele cazuri materiilesolide n suspensie evacuate din decantorul secundar odat cu apa epurat.3.1.2. Eliminarea din ap a substanelor de mai sus, cunoscute i sub numele de substane "refractare" sau"rezistente" se poate face fie prevznd construcii i instalaii independente situate n avalul treptei biologice, ca o atreia treapt de epurare, fie n aceleai construcii n care se realizeaz epurarea biologic convenional (carepresupune n special eliminarea substanelor organice pe baz de carbon).3.1.3. Epurarea avansat se realizeaz n scheme tehnologice care utilizeaz n acest scop procedee de epurareavansat cu pelicul fixat, cu biomas n suspensie sau mixte. Dintre ele, cel cu biomas n suspensie este cel mairspndit. Obiectul tehnologic n care au loc procese de epurare biologic convenional i avansat, poart numele debioreactor-BR (sau reactor biologic). n epurarea biologic convenional cu biomas n suspensie, care realizeaznumai eliminarea substanelor organice pe baz de carbon, el se mai numete bazin cu nmol activat BNA (sau bazin deaerare).3.1.4. Principalele procese care intervin n epurarea avansat a apelor uzate oreneti sunt: procese de eliminare a azotului (nitrificare, denitrificare); procese de eliminare a fosforului; procese de filtrare pentru eliminarea materiilor solide n suspensie.3.1.5. Procesele care sunt caracteristice epurrii avansate, necesit precizarea unor noiuni specifice i anume: mediu anaerob, este un mediu lipsit de oxigen n care predomin reaciile de reducere; mediu aerob sau oxic, este un mediu cu un coninut important de oxigen dizolvat (peste 1 mg O2/l); mediu anoxic, este un mediu cu "urme" de oxigen, deci care conine foarte puin oxigen dizolvat, n general sub 0,1mg O2/l (dup unii autori oxigenul dizolvat poate avea o concentraie de pn la 0,5 mg O2/l); bacterii heterotrofe aerobe, sunt organisme vii care utilizeaz n nutriie substane organice pe baz de carbon,avnd ca surs de energie oxigenul dizolvat din mediul lichid, introdus n ap prin diverse procedee de aerare.Aceste bacterii contribuie la ndeprtarea din apa uzat decantat primar sau nu, a substanelor organicebiodegradabile (pe baz de carbon organic).Sunt caracteristice epurrii biologice din bazinele cu nmol activat (BNA); bacterii autotrofe aerobe - sunt organisme vii capabile s sintetizeze independent substane organice (celule noi) dincele anorganice. Astfel, ele utilizeaz pentru dezvoltare carbonul anorganic din bioxidul de carbon, n loc de carbonorganic (v. fig. 3.2).

Energia necesar dezvoltrii o obine prin oxidarea compuilor anorganici ai azotului (NH4+, de exemplu) utiliznd casurs de energie oxigenul furnizat din exterior (prin aerarea apei).Sunt de tipul nitrosomonas i nitrobacter i sunt necesare n procesul de nitrificare. bacterii heterotrofe anoxice utilizeaz n nutriie substane pe baz de carbon organic i i obin energia necesardezvoltrii prelund oxigenul din azotai (v. fig. 3.3).

Sunt necesare n procesul de denitrificare prin care se elimin azotul din apa uzat. Ele transform azotatul (NO3-)mai nti n azotii (NO2-) i apoi, succesiv, n oxid azotic (NO), oxid azotos (N2O) i n azot molecular (gazos) N2.Compuii formai, oxidul azotic i oxidul azotos sunt de natur gazoas ca i azotul molecular i pot fi eliberai natmosfer.Bacteriile heterotrofe anoxice necesit un mediu lipsit de oxigen dizolvat (eventual "cu urme" de oxigen, adic avnd oconcentraie sub 0,1 mg O2/l) denumit mediu anoxic. Ele au capacitatea de a utiliza n condiii anoxice, oxigenul dinazotai.Transformarea azotatului n azot liber are loc cu producerea de alcalinitate, ceea ce va conduce la o cretere a pHului.Dintre bacteriile heterotrofe anoxice, n procesul de denitrificare intervin: achromobacter, aerobacter, micrococus,proteus, spirillum, .a.; timpul de generare este durata n care o bacterie creia i se asigur condiii optime de mediu (hran, temperatur,oxigen sau azotai, etc.) ncepe multiplicarea prin diviziune binar; vrsta nmolului este definit prin raportul dintre cantitatea de materii solide n suspensie (ca substan uscat)existent n bioreactor i cantitatea de materii solide n suspensie (ca substan uscat) care prsete sistemulbioreactor-decantor secundar.Orientativ, ea ar reprezenta durata de retenie a flocoanelor de nmol n bioreactor.Se msoar n zile. n epurarea biologic convenional n care se elimin predominant substanele organice pe bazde carbon (cele biodegradabile), vrsta nmolului este n mod obinuit 4 ... 5 zile.

3.2. PROCESE DE ELIMINARE A AZOTULUI DIN APELE UZATE ORENETI3.2.1. Procesul de nitrificare3.2.1.1. Nitrificarea este un proces prin care se realizeaz oxidarea biologic a azotului - aflat n ap sub forma ionilorde amoniu (NH4+), sau sub form de gaz (NH3) - ntr-o prim etap la faza de azotit (NO2-) i apoi la faza de azotat(NO3-). Acest lucru se desfoar ntr-un mediu aerob n principal datorit a dou bacterii autotrofe aerobe, respectivnitrosomonas i nitrobacter, numite n mod curent nitrificatori sau bacterii nitrifiante.Intuitiv, procesul de nitrificare poate fi prezentat schematic astfel (v. i tabelul 2.4):

3.2.1.2. Nitrificarea este necesar deoarece azotul amoniacal consum oxigen din mediu, pentru nitrificarea unui mgde azot din amoniu (N- NH4+) consumndu-se cca. 4,3 ... 4,6 mg O2Pe de alt parte, azotul, ajungnd n receptorii naturali sub form amoniacal sau de amoniac, este toxic pentru petii alte vieuitoare acvatice i scumpete preul potabilizrii apei prelevat din avalul seciunii de evacuare a apei epurate.De regul, procesele de nitrificare sunt necesare atunci cnd raportul CBO5/TKN < 3,03.2.1.3. Procesul de nitrificare este caracterizat prin urmtoarele aspecte: este un proces aerob; n mediul aerob al bioreactorului convieuiesc i bacterii heterotrofe (care contribuie la ndeprtarea substanelororganice pe baz de carbon) i cele autotrofe (care contribuie la nitrificare). Bacteriile nitrificatoare, spre deosebire decele heterotrofe, au o dezvoltare lent, deci un timp de generare mare. Ca urmare, trebuie avut n vedere faptul cdezvoltarea bacteriilor nitrificatoare ntr-un numr corespunztor realizrii eficiente a nitrificrii este posibil numai dacdurata de retenie n bioreactor este cel puin egal cu perioada de diviziune binar a nitrificatorilor (timpul de generare). vrsta nmolului i prin aceasta timpul de generare, trebuie s fie suficient de mare pentru ca, n corelare cucantitatea de azot influent n bioreactor, s se dezvolte o cantitate suficient de bacterii nitrificatoare.Viteza mai mare de nmulire a bacteriilor heterotrofe trebuie adaptat vitezei de nmulire a bacteriilor nitrificatoare.Acest lucru se obine prin reducerea substanial a ofertei de hran pentru bacteriile heterotrofe, adic a ncrcriiorganice a nmolului din bioreactor (kg CBO5/kg substan uscat din bioreactor). Vrsta nmolului este de minim 10zile, dar se recomand 20 de zile pentru siguran. activitatea bacteriilor nitrificatoare este influenat n principal de temperatura apelor uzate. Sub 8 ... 10C nu se maiproduce nitrificare;Eficiena nitrificrii crete cu temperatura apei uzate (optim 20 ... 30C); prin nitrificare, datorit eliberrii n ap a ionilor de hidrogen (H+), se reduce alcalinitatea, deci pH-ul poate scdeasub 7,0. Se mrete n acest fel aciditatea mediului n care se produce nitrificarea.Pentru a se evita un pH prea sczut, trebuie s existe o capacitate, de tamponare suficient de mare. Indicatorul pHoptim este de 7 ... 8,5.O scdere accentuat a pH-ului, deci "acidificarea" apei din BNA trebuie evitat, deoarece prin "acidificare" senrutesc condiiile de via ale microorganismelor i procesul de epurare este deranjat. n acelai timp, sunt dizolvateparticulele de carbonat de calciu (CaCO3) din suspensii i se modific structura flocoanelor. O astfel de ap esteagresiv fa de betoane. n cazul epurrii biologice ntr-o singur treapt n scopul nitrificrii concomitent cu reducereaCBO5, hotrtoare pentru gradul de nitrificare este alcalinitatea apei uzate, adic trebuie s existe o cantitatesatisfctoare de hidrocarbonai. concentraia de oxigen dizolvat din bioreactor trebuie s fie de minimum 2,0 mg O2/l; trebuie evitat introducerea n bioreactor a unor substane toxice sau inhibitoare ale procesului biologic (metalegrele, substane petroliere, etc.); n cazul nitrificrii avansate (care are drept scop reducerea concentraiei n amoniu) rezult n efluentul staiei deepurare o concentraie mare de azotai.Dac aceast concentraie depete valorile maxim admisibile pentru azotai sau eficiena de reinere este subprocentul minim de reducere impuse de NTPA 001/2002 (v. tabelul 2.3), atunci trebuie eliminat surplusul de azotai prindenitrificare. procesul de nitrificare este influenat n mod special de:- vrsta nmolului;- temperatura apei uzate;- concentraia de oxigen dizolvat din bioreactor;- alcalinitatea apei;- substanele toxice sau inhibitoare.3.2.2. Procesul de denitrificare3.2.2.1. Denitrificarea este un fenomen prin care substanele anorganice de tipul azotailor (NO3-) i azotiilor (NO2-)sunt transformate cu ajutorul bacteriilor heterotrofe anoxice, n azot gazos liber (azot molecular N2).Pentru descompunerea substanelor organice, pe baz de carbon, bacteriile extrag (utilizeaz) oxigen din combinaiileazotului cu oxigenul (adic din azotai, care constituie donori de oxigen pentru oxidarea materiilor carbonice din mediulanoxic).Aceasta nseamn c baza activitii microorganismelor o constituie oxigenul legat chimic i nu oxigenul liber dizolvat,lucru care se ntmpl deoarece bacteriile sunt silite s utilizeze aceast surs de energie din cauza lipsei oxigenuluiliber (dizolvat). Fenomenul are loc numai n mediu anoxic. n fenomenul de denitrificare, azotatul existent n ap estedescompus pe cale biologic, n condiii de lips a oxigenului dizolvat (anoxice), n urmtoarele elemente: azot liber (N2),bioxid de carbon (CO2) i ap (H2O), concomitent cu consum de carbon organic.3.2.2.2. Ecuaia chimic global a denitrificrii poate fi prezentat astfel:Carbon organic + Hidrogen + Azotat = Bioxid de carbon + Azot + ApC(organic) + 4H+ + 4NO3- -> 5CO2 + 2N2 + 2H2On realitate, aa cum s-a artat la pct. 3.15 (v. i fig. 3.3), azotaii (NO3-), sunt transformai mai nti n azotii (NO2-),apoi n oxid azotic (NO), oxid azotos (N2O) i n final n azot gazos N2, CO2 i H2O.3.2.2.3. n ceea ce privete denitrificarea, trebuie semnalate urmtoarele aspecte importante: Denitrificarea consum jumtate din ionii de hidrogen H+, produi la nitrificare, prentmpinndu-se astfel o scderea pH-ului ca urmare a nitrificrii; n fenomenul de nitrificare (oxidare biochimic) se consum pentru fiecare mol de azot, exact 2 moli de O2.Din contr, la denitrificare (reducere biochimic) se economisesc 5/4 = 1,25 moli de O2 pentru fiecare mol de azot; n rezumat, se constat c fa de situaia n care se realizeaz doar descompunerea substanelor organice pe bazde carbon (CBO5), printr-o nitrificare avansat se majoreaz substanial consumul de oxigen.Exprimat valoric, pentru 1 kg de azot obinut din azotai, este necesar o cantitate suplimentar de oxigen de 4,6 kgO2; Dac se are n vedere c prin denitrificare se rectig cca. 2,9 kg O2, nseamn c pentru eliminarea unui kg deazot este nevoie de un supliment de 1,7 kg O2 i nu de 4,6 kg O2 peste de cel necesar pentru eliminarea substanelororganice pe baz de carbon; Este necesar o duritate temporar corespunztoare. Se admite o plaj mai larg de variaie a pH-ului, dar serecomand pH optim = 7 ..... 7,5); n proces nu trebuie s intervin (s existe) substane toxice. Indiferent de locul amplasrii zonei de denitrificare (n amontele bioreactorului, n bioreactor sau n avalul acestuia),acest fenomen nu se poate desfura fr nitrificarea apei uzate (care produce nitraii necesari denitrificrii);3.2.2.4. Denitrificarea este necesar n situaiile: cnd cantitatea de azotai, azotii, amoniu sau azot total din efluentul epurat depesc valorile maxim admisibileindicate n tabelul 2.3; cnd azotaii creaz probleme tehnice, economice i de sntate n tratarea apei din receptorii naturali n scopulpotabilizrii; cnd azotaii pot conduce la eutrofizarea receptorilor naturali.3.2.2.5. Pentru desfurarea corespunztoare a procesului de denitrificare, se recomand: Evitarea ca n zona de denitrificare s ajung oxigen; n acest scop toate punctele de alimentare (admisia apei, anmolului de recirculare, a recirculrii interne) s se amplaseze grupat (alturat) i sub nivelul apei (deci fr deversrilibere n atmosfer!).Tot pentru acest motiv se recomand ca recircularea s se fac cu pompe cu nec, cu propeller pump, sau cu alteutilaje analoage. Punctul de prelevare a amestecului lichid din zona aerat a bioreactorului, pentru recircularea intern, s fieamplasat n avalul acesteia, unde concentraia n oxigen este minim, iar concentraia n azotai este maxim. Este necesar mixarea apei cu echipamente corespunztoare (mixere), pentru realizarea unui bun amestec i pentruevitarea depunerilor n bazinul anoxic n care se produce denitrificarea. Pentru aceasta este suficient un raport energeticde 2 .... 5 W/m3 de bazin anoxic. Deoarece la denitrificare se elibereaz azot sub form de gaz, se produce un efect de flotare a suspensiilor nbioreactor care poate conduce la formarea de nmol plutitor. Acest nmol, de altfel, nu deranjeaz procesul dedenitrificare i se distruge uor n zona aerat care urmeaz predenitrificrii.3.2.2.6. Dac zona de denitrificare este amplasat dup zona aerat, bulele de azot, gazos care se degaj din lichidpot duna procesului de sedimentare din decantorul secundar care urmeaz. Pentru a se evita acest lucru serecomand amplasarea ntre zona de denitrificare i decantorul secundar a unui bazin de stripare cu aer a bulelor deazot, numit bazin de degazare sau de postaerare.n acest bazin lichidul este aerat, astfel nct bulele de aer elimin azotul molecular i procesul de sedimentare dindecantorul secundar este mult mai eficient.Pentru dimensionarea acestui bazin se vor considera urmtorii parametri: debitul de calcul: Q(c) = Q(u zi max);O(c) ncrcarea superficial, u(s) = = 20 .... 25 m3/m2 h;A0Q(c) durata de trecere a apei prin bazin: t = = 8 .... 12 min;V(DG)unde V(DG) este volumul bazinului de degazare; adncimea apei n bazin:H = 2,5 .... 4,5 m.3.2.2.7. Principalele caracteristici ale proceselor care au loc n bioreactoare sunt prezentate sintetic mai jos: Pentru descompunerea substanelor organice pe baz de carbon sunt necesare:- condiii aerobe;- microorganisme heterotrofe aerobe;- mediu bogat n oxigen (min. 1 mg O2/l). Pentru nitrificare sunt necesare:- condiii aerobe;- microorganisme autotrofe aerobe (nitrificatori);- mediu bogat n oxigen (min. 2 mg O2/l). Pentru denitrificare sunt necesare:- condiii anoxice (mediu lipsit de oxigen, eventual cu "urme" de oxigen, dar cel mult 0,1 mg O2/l);- microorganisme heterotrofe anoxice (care n lipsa oxigenului dizolvat i procur oxigenul necesar dindescompunerea azotiilor i n special a azotailor).3.3. PROCESE DE ELIMINARE A FOSFORULUI DIN APELE UZATE ORENETI3.3.1. Eliminarea (ndeprtarea) fosforului din apele uzate se poate face prin procese biologice, procese chimice iprocese mixte, bio-chimice.3.3.2. Datorit costurilor de investiie i de exploatare, mai reduse, precum i exploatrii mai puin pretenioase,eliminarea pe cale biologic a fosforului este preferabil precipitrii chimice.3.3.3. Epurarea convenional mecano-biologic nltur doar un procent de 10-30% din fosforul total influent,deoarece sedimentarea este ineficient n reinerea fosforului solubil. O parte din cantitatea de fosfor este nlturat i pecale biologic, n instalaii anaerobe prevzute special n acest scop, dar cantitatea de fosfor influent este n multecazuri mai mare dect necesarul pentru sinteza biologic. n aceste cazuri, soluia de eliminare a fosforului este mixt: oparte este eliminat pe cale biologic i excesul de fosfor prin precipitare chimic.3.3.4. Cele mai uzuale forme de fosfor care se gsesc n apa uzat sunt ortofosfatul (PO43+), polifosfatul (polimeri aiacidului fosforic) i fosfai organici.Polifosfaii, cum ar fi hexametafosfatul, hidrolizeaz n mod gradual n ap ctre forme stabile (solubile) de tipul orto iprin descompunere bacterian elibereaz ortofosfai.n treapta biologic convenional (numai de eliminare a substanelor organice pe baz de carbon) o parte dinortofosfai, polifosfai i fosforul legat organic sunt incorporai n esutul celular al microorganismelor dar eficiena deeliminare a fosforului total nu depete 10 ... 30%.Pentru a mri eficiena de eliminare a fosforului, se utilizeaz n prezent mai multe procedee biologice prin caremicroorganismele angrenate n acest proces sunt expuse fie la condiii strict anaerobe, fie la condiii alternativ anaerobei aerobe.Expunerea la condiii alternante determin suprasolicitarea microorganismelor, astfel nct capacitatea lor deadsorbie a fosforului depete nivelurile normale.

4. SCHEME TEHNOLOGICE PENTRU ELIMINAREA AZOTULUI I FOSFORULUI DIN APELE UZATE4.1. SCHEME TEHNOLOGICE PENTRU ELIMINAREA AZOTULUI DIN APELE UZATEn subcapitolele de mai jos se prezint principalele scheme de referin care pot realiza eliminarea compuilor azotului(subcapitolele 4.1. i 4.2.), cu descrierea funcional, caracteristicile de baz precum i avantajele i dezavantajele caredecurg din aplicarea uneia sau alteia dintre soluii.4.1.1. Scheme de epurare biologic cu biomas n suspensie4.1.1.1. Schem de epurare biologic clasic (curgere tip piston)4.1.1.1.1. n schema de epurare n care curgerea apei este de tip piston, alimentarea bazinului de aerare cu ap uzati nmol activat de recirculare se realizeaz la captul amonte, iar amestecul lichid va strbate longitudinal ntregul bazin(v. fig. 4.1). Aceasta este schema clasic pentru epurarea convenional, ns, n lunile calde de var, deseori serealizeaz, i nitrificarea apelor uzate, mai ales atunci cnd crete concentraia n azot amoniacal.

Schem de epurare biologic clasic n care curgerea este de tip piston4.1.1.1.2. Staiile de epurare mai vechi au fost proiectate pentru epurare convenional, iar adaptarea ulterioar lacerinele epurrii cu nitrificare nu a fost agreat datorit costurilor ridicate pentru furnizarea unui debit suplimentar de aeri a neplcerilor induse de tendina de plutire a nmolului n decantorul secundar datorit denitrificrii.4.1.1.1.3. Sistemul de curgere tip piston se realizeaz de obicei pentru un raport lungime/lime al bazinului(culoarului) cuprins ntre 5 i 10.4.1.1.1.4. Aceast schem este caracteristic epurrii cu nitrificare a apelor uzate oreneti, fa de schema cuamestec complet folosit ndeosebi la epurarea unei game largi de ape uzate industriale.Comparativ cu schema de epurare n amestec complet, cea avnd curgerea de tip piston este mai economic, nsensul c necesit volume de bazin mai mici pentru aceeai eficien privind nitrificarea.4.1.1.1.5. Dezavantajul aplicrii acestei scheme este acela c alimentarea cu oxigen este concentrat la captulamonte al bazinului, fcnd cteodat dificil distribuia aerului n acele zone n care trebuie s se produc nitrificarea ieliminarea substanelor organice biodegradabile.4.1.1.2. Schem de epurare biologic cu amestec complet4.1.1.2.1. Procesul de epurare presupune o bun omogenizare a amestecului din bazinul de aerare, facilitndtransferul de oxigen i realiznd n acelai timp o bun mixare n vederea evitrii depunerilor (v. fig. 4.2).Amestecul lichid din bazinul de aerare este omogen iar nmolul activat influent n decantorul secundar are aceeaicompoziie cu cel din bazinul de aerare.

Schem de epurare biologic cu amestec complet4.1.1.2.2. Aceast configuraie este avantajoas din punct de vedere al capacitii de preluare a ocurilor de ncrcarecu substane organice.Dezavantajul sistemului este acela c la debite maxime se poate produce "scurt circuit hidraulic", diminundu-se astfeleficiena de epurare n unele momente.4.1.1.3. Schem de epurare biologic cu alimentare fracionat4.1.1.3.1. Sistemul de epurare biologic cu alimentare fracionat difer de cel clasic cu alimentare tip piston i constn faptul c apa uzat influent este introdus n bazin prin mai multe puncte poziionate de-a lungul acestuia. Acest modde distribuie a influentului reduce necesarul iniial de oxigen, fa de schema cu alimentare tip piston.4.1.1.3.2. O variant a schemelor de epurare cu alimentare fracionat implic lipsa alimentrii cu ap uzat n primazon i crearea condiiilor de reaerare a nmolului activat de recirculare n prima zon (v. fig. 4.3). Aceast faz dereaerare a nmolului activat de recirculare este similar stabilizrii de contact, cu excepia faptului c timpul de retenieeste mai mare n ultimul caz.

Schem de epurare biologic cu alimentare fracionat4.1.1.3.3. Printre avantajele sistemului se pot enumera:- producia unui nmol cu proprieti mai bune de sedimentare (index Molhmann redus);- flexibilitate n variaia concentraiei nmolului activat la captul aval al bazinului de aerare, meninnd constantvrsta nmolului.4.1.1.4. Schem de epurare biologic cu anuri de oxidare4.1.1.4.1. Aceast tehnologie presupune introducerea apei uzate degrosisate n bazine de forma unei piste de stadion(v. fig. 4.4), masa de ap fiind mbogit n oxigen fie prin intermediul unor perii aeratoare cu ax orizontal, fie cuaeratoare cu ax vertical sau cu dispozitive pneumatice de insuflare a aerului. anurile de oxidare sunt proiectate deobicei pentru a realiza epurare cu aerare prelungit, la o durat de retenie mai mare de 10 ore i o vrst a nmoluluicuprins ntre 10 i 50 zile.

Schem de epurare biologic cu anuri de oxidare4.1.1.4.2. Nitrificarea poate fi realizat prin asigurarea cantitii de oxigen necesare i printr-o recirculare a nmoluluiactivat n vederea asigurrii concentraiei de biomas corespunztoare. Prin alternarea zonelor aerate cu cele n care serealizeaz doar mixarea lichidului din bazin sunt asigurate condiii pentru producerea nitrificrii i denitrificrii.4.1.1.4.3. n scopul reducerii suprafeelor extinse pe care le ocup anurile de oxidare, a numrului de aeratoaremecanice de suprafa ce trebuie prevzute, dublate de costurile energetice ridicate, a fost inventat sistemul Carrousel(v. fig. 4.5). Traseul icanat pe care l urmeaz apa uzat permite realizarea unui timp de retenie ridicat a nmoluluiactivat precum i succedarea corespunztoare a zonelor anoxice i aerobe pentru nitrificare-denitrificare. Schema esteadesea folosit pentru epurarea cu stabilizarea nmolului. Poate fi adaptat att pentru curgerea tip piston ct i pentrualimentarea fracionat.

Schem de epurare biologic cu anuri de oxidare tip Carrousel4.1.1.5. Schem de epurare biologic cu reactoare cu funcionare secvenial (SBR)4.1.1.5.1. Tehnologia SBR reprezint o modificare a procedeului de epurare biologic cu nmol activat careconcentreaz ntr-un singur bazin o serie de etape tehnologice ce se desfoar succesiv, acestea fiind: umplerea,reacia/aerarea, sedimentarea, evacuarea apei limpezite i a nmolului n exces (v. fig. 4.6).

Schem de epurare biologic cu reactoare cu funcionare secvenial (SBR)4.1.1.5.2. Fazele de funcionare ale reactorului cu funcionare secvenial sunt:Faza 1 - Umplerea reactorului cu ap uzat este realizat pe durata unui sfert dintr-un ciclu complet. n aceast fazse realizeaz o mixare continu iar procesele care au loc sunt cele de denitrificare i de eliminare parial a substanelororganice biodegradabile.Faza 2 - Reacia - n care alimentarea cu ap uzat a fost ntrerupt. Se realizeaz o aerare intens pentru a asiguracondiiile optime desfurrii metabolismului bacterian. Durata acestei faze este de 1 ... 2 ore i depinde de cineticanitrificrii i cantitatea de nmol n exces evacuat. Ca i n cazul fazei 1 se produc, mai intensificat, procese de epurarebiologic cu eliminarea substanelor organice pe baz de carbon i nitrificarea. Durata fazei este de 35% din durata unuiciclu complet.Faza 3 - Sedimentarea - const n lipsa alimentrii cu aer i crearea condiiilor de staionare n scopul sedimentriibiomasei i a limpezirii fazei lichide. Poate dura aproximativ 1 or, funcie de caracteristicile de sedimentare alenmolului activat. Durata fazei este de 20% din durata unui ciclu complet.Faza 4 - Evacuarea apei limpezite - caracterizat prin lipsa alimentrii cu ap uzat a bazinului i prin lipsa aerrii.Uzual se consider o durat de 0,75 ore, dar care poate fi majorat sau micorat funcie de modul de colectare ievacuare a apei limpezite. Se poate evacua pn la 65% din volumul reactorului. Durata fazei este cuprins ntre 5 i30% din durata unui ciclu complet.Faza 5 - Evacuarea nmolului n exces - poate fi realizat ntr-un interval de timp de circa 5% din durata unui ciclucomplet.4.1.1.5.3. Printre avantajele care apar la aplicarea tehnologiei SBR se pot enumera:- capacitatea de preluare a ocurilor de debit i de ncrcare organic;- simplitatea soluiei constructive, toate fazele constitutive procesului de epurare biologic desfurndu-se n acelaibazin;- control optimizat al evacurii apei limpezite;- funcionarea automat n concordan cu caracteristicile apelor uzate influente, permind operatorului staiei deepurare s modifice corespunztor duratele diferitelor faze de funcionare;4.1.1.5.4. Dezavantajul principal este c utilizarea acestei tehnologii este limitat din punct de vedere al investiiei ladebite maxime de 440 l/s;Sistemele SBR se aplic mai cu seam la staii de epurare mici i medii.4.1.2. Scheme de epurare biologic cu pelicul fixat4.1.2.1. Filtre biologice cu discuri (contactori biologici rotativi)4.1.2.1.1. Acest tip de instalaie realizeaz epurarea biologic a apelor uzate pe principiul peliculei de biomas fixatde suportul solid al discurilor asamblate n pachete, care echipeaz bazinul (v. fig. 4.7). Fa de schemele de epurare cubazine de aerare aceasta nu include recircularea peliculei biologice reinute n decantorul secundar, dar este obligatoriedecantarea primar a apelor uzate.4.1.2.1.2. Axele pe care sunt nirate pachetele de biodiscuri sunt submersate aproximativ 40% din diametrulacestora. Astfel, axul biodiscurilor va fi poziionat deasupra suprafeei apei, iar antrenarea acestuia se va realiza prinintermediul unui motor echipat cu reductor, necesare obinerii unei turaii de 1-4 rot/min.

Schem de epurare biologic cu filtre biologice cu discuri(RBC - contactori biologici rotativi)4.1.2.1.3. Biodiscurile se fabric n mod normal pentru diametre cuprinse ntre 0,60 i 3,60 m, iar lungimea maxim aunui ax poate ajunge la 8,20 m (maximum 4 pachete/ax).Dimensiunile maxime ale axelor sunt impuse de condiii de transport.4.1.2.1.4. n schemele de epurare cu nitrificare, se recomand ca ncrcarea superficial cu substane organice pebaz de carbon din fiecare treapt s nu depeasc 31 g CBO5/m2, zi. Dac exist tendina apariiei unor ocuri dencrcare cu substane organice, se recomand prevederea unui bazin de omogenizare a concentraiilor sau diluareaapelor uzate influente cu ap epurat.4.1.2.1.5. Se recomand ca alimentarea jgheaburilor ce conin biodiscuri s se fac pe toat lungimea acestora pentrua prentmpina funcionarea neuniform a sistemului. S-a constatat c ncrcarea mai accentuat a unor pachete debiodiscuri conduce la ngroarea biofilmului i la acoperirea suprafeei utile de epurare cu o pelicul ce coninemicroorganisme nedorite (precum bacteriile sulfuroase), care reduc capacitatea de oxigenare. Pe lng diminuareaeficienei privind reducerea substanelor organice biodegradabile i a compuilor pe baz de azot pot fi afectate axele ipachetele de biodiscuri, prin suprancrcarea lor.4.1.2.2. Filtre biologice percolatoare4.1.2.2.1. n schemele de epurare cu filtre biologice parcolatoare, de cele mai multe ori este necesar pompareaapelor uzate care trebuie decantate primar n prealabil. De asemenea, uneori este necesar i recircularea unei pri dinapa epurat, n vederea asigurrii unei diluii corespunztoare astfel nct s se evite admisia unor ape cu ncrcriridicate n poluant (v. fig. 4.8).

Schem de epurare biologic cu filtre percolatoare4.1.2.2.2. Att reducerea substanelor organice biodegradabile ct i nitrificarea pot fi realizate cu ajutorul filtrelorbiologice percolatoare care constau dintr-o cuv din beton sau crmid, umplut cu material filtrant reprezentat fie deroc, fie de materiale plastice. Biofilmul, reprezentat de colonii de bacterii aerobe ader la aceste suprafee i consumsubstratul organic coninut n apele uzate.4.1.2.2.3. Pentru a realiza nitrificarea trebuie redus ncrcarea organic. Se apreciaz c valoarea maxim aconcentraiei n CBO5 solubil pentru care se pot desfura procese de nitrificare este de 20 mg/l. Pe lng metodadiluiei apelor uzate n vederea reducerii concentraiei n substane organice o alt variant ar fi aceea de filtrare aefluentului decantorului secundar pentru a realiza o nitrificare corespunztoare. Procesul de nitrificare depinde deconcentraia n ioni de amoniu, de cantitatea de oxigen disponibil, de temperatur, precum i de materialul filtrantprevzut.4.1.2.2.4. Alimentarea filtrului percolator cu ap uzat se realizeaz cu ajutorul unui sistem rotativ care distribuieuniform lichidul pe suprafaa de filtrare.4.1.2.2.5. nlimea coloanei filtrante poate fi de 0,9-2,5 m n cazul n care aceasta este alctuit din diverse tipuri deroci sau de 4,0-12,0 m atunci cnd acestea sunt nlocuite cu corpuri din material plastic.4.1.3. Scheme de epurare specifice eliminrii azotului din apele uzaten cadrul schemelor de epurare biologic specifice pentru eliminarea compuilor azotului se evideniaz urmtoarele:4.1.3.1. Schema Wuhrmann - este o schem de epurare biologic cu postdenitrificare ntr-o singur treapt, zonaanoxic fiind amplasat imediat n avalul zonei aerobe (v. fig. 4.9). Aceast tehnologie este aplicabil dac se fac unelemodificri precum introducerea sistemului de alimentare fracionat cu ap uzat sau a unei surse suplimentare decarbon (surs extern).

Schema procesului de epurare Wuhrmann4.1.3.2. Schema Lutdzack-Ettinger - mai este cunoscut i sub denumirea de schem de epurare cu predenitrificare,amplasarea celor dou zone, anoxic (de denitrificare) i aerob (de nitrificare), fiind fcut invers fa de schemaWuhrmann, folosindu-se ca surs extern de carbon chiar apa uzat brut (v. fig. 4.10). Aprovizionarea cu nitrai a zoneianoxice se realizeaz prin recirculare de nmol activat din decantorul secundar n captul amonte al zonei respective.Aceast recirculare este ns insuficient pentru asigurarea cantitii necesare de nitrai ce trebuie denitrificai i deaceea schema a fost mbuntit n cadrul tehnologiei Lutdzack-Ettinger modificat.

Schema procesului de epurare Lutdzack-Ettinger4.1.3.3. Schema Lutdzack-Ettinger modificatCaracteristica principal o constituie recircularea intern a nmolului activat, din zona aerob n cea anoxic pentru aputea furniza cantitatea de nitrai produi la nitrificare microorganismelor heterotrofe denitrificatoare. Eficiena deeliminare a azotului total este de circa 88%. Coeficientul de recirculare intern poate varia ntre 100-400%, iar cel derecirculare extern ntre 50-100% (v. fig. 4.11).Aceast schem a constituit precursorul unor tehnologii de epurare precum: A2/O, Bardenpho i UCT.

Schema Lutdzack-Ettinger modificat4.1.3.4. Schema A2/O cu nitrificare-denitrificare - denumit astfel deoarece cuprinde 3 zone distincte: anaerob,anoxic i oxic (aerob).n ipoteza n care nu este necesar eliminarea fosforului, zona anaerob servete la iniializarea proceselor denitrificare-denitrificare, fiind denumit i selector anaerob. Acesta permite dezvoltarea selectiv a microorganismelor utilei inhib creterea celor filamentoase ce pot apare n zonele anoxic i aerob ale bioreactorului. Rezultate similare s-auobinut i n situaia amplasrii zonei anoxice n amonte de cea aerob. Coeficientul de recirculare intern poate variantre 100-300%, iar cel de recirculare extern ntre 30-50% (v. fig. 4.12).

Schema procesului de epurare A2/O4.1.3.5. Schema UCT (conceput la Universitatea Tehnic din Capetown) - a fost creat pentru a surmonta interferenaproceselor de eliminare a azotului i fosforului. Acest lucru este posibil dac se prevede:- recircularea nmolului activat bogat n nitrai din zona aerob n cea anoxic (coeficientul de recirculare r1 = 100-200%);- recircularea suplimentar a lichidului din zona anoxic n cea anaerob (coeficientul de recirculare r2 = 100-200%).Tehnologia UCT este capabil s realizeze denitrificarea nitrailor coninui n nmolul activat de recirculare externnainte ca acetia s fie recirculai n zona anaerob. Coeficientul de recirculare extern poate varia ntre 50-100% (v.fig. 4.13).

Schema procesului de epurare UCT4.1.3.6. Schema Bardenpho - cuprinde patru zone nseriate: anoxic, aerob, anoxic, aerob (v. fig. 4.14), care potsatisface condiiile unor eficiene ridicate n eliminarea compuilor pe baz de azot. Se disting dou circuite derecirculare:- recirculare intern ntre prima zon aerob i prima zon anoxic. n aceast situaie coeficientul de recirculare poateajunge la 400%;- recirculare extern din decantorul secundar n amontele primei zone anoxice, cu coeficientul de recirculare de maxim100%.

Schema procesului de epurare Bardenpho cu nitrificare-denitrificareAceast tehnologie se poate modifica astfel nct s realizeze i defosforizarea biologic prin prevederea unui bazinanaerob n amontele primului bazin anoxic (v. fig. 4.15). n acest caz recircularea extern se va face spre captul amonteal bazinului anaerob.

Schema procesului de epurare Bardenphocu nitrificare-denitrificare i defosforizare4.1.3.7. Schem de epurare biologic n dou trepte (cu eliminarea substanelor organice biodegradabile i nitrificare) -folosete procedeul de mare ncrcare organic a primei trepte, iar n cea de-a doua treapt, care funcioneaz la ovrst a nmolului mai ridicat se realizeaz nitrificarea. O parte din apa uzat influent poate fi by-passat n treapta adoua pentru a furniza carbonul anorganic (din CO2) necesar procesului de nitrificare.Schema se poate aplica cu succes n cazul staiilor de epurare existente care realizeaz epurare convenional i carenecesit retehnologizri privind reinerea azotului.Avantajul principal al prevederii celor dou trepte de epurare este acela c, n prima treapt, pe lng eliminareaCBO5 se rein i alte substane toxice, protejndu-se astfel bacteriile nitrificatoare din treapta a doua care sunt maisensibile.

Schema de epurare biologic n dou trepte

4.2. SCHEME TEHNOLOGICE PENTRU ELIMINAREA FOSFORULUI DIN APELE UZATE4.2.1. ndeprtarea fosforului prin metode biologice4.2.1.1. Fosforul este reinut n treapta biologic prin procese de ncorporare a ortofosfailor, polifosfailor i a fosforuluilegat organic n esutul celular. Cantitatea total de fosfor eliminat este funcie de flocoanele produse efectiv.4.2.1.2. Conceptul ndeprtrii biologice a fosforului este expunerea microorganismelor la condiii alternativ anaerobei aerobe. Expunerea alternativ se realizeaz fie pe linia apei, fie n procesul de recirculare a nmolului.4.2.1.3. Procedeele specifice de epurare biologic utilizate frecvent pentru ndeprtarea fosforului sunt:a) Procedeul A/O - care presupune ndeprtarea fosforului pe linia apei, n treapta biologic concomitent cu oxidareasubstanelor organice pe baz de carbon. Este un sistem cu biomas n suspensie ce se dezvolt ntr-un singur bazin.Tehnologia combin zone succesive anaerob-aerobe (v. fig. 4.17).Pentru nitrificare, aprovizionarea cu oxigen poate fi fcut prin suplimentarea timpului de retenie necesar n zonaaerob. O parte din nmolul activat reinut n decantorul secundar este recirculat n amontele bioreactorului.n condiii anaerobe, fosforul coninut n apa uzat i n nmolul activat de recirculare este eliberat sub form de fosfaisolubili. n acest stadiu se poate elimina CBO5-ul iar fosforul este absorbit de masa celular.Concentraia fosforului n efluent depinde n mare msur de raportul CBO5:P al apei uzate influente. Pentru raporturimai mari de 10:1 se pot obine concentraii n fosfor solubil n efluentul epurat sub 1 mg/l, iar cnd valorile raportului suntmai mici de 10:1, pentru a se obine valori sczute ale concentraiei de fosfor n efluent este necesar adugarea desruri metalice.

Schema A/O de reinere pe cale biologic a fosforuluib) Procedeul PHOSTRIP - implic ndeprtarea fosforului pe linia nmolului, n acest procedeu, o parte din nmolulactivat recirculat este dirijat ntr-un rezervor anaerob de stripare a fosforului (v. fig. 4.18). Timpul de retenie n acestbazin variaz n general ntre 8 i 12 ore. Fosforul eliberat n bazinul de stripare este evacuat odat cu supernatantul iarnmolul activat srac n fosfor este returnat n bazinul de aerare. Supernatantul bogat n fosfor este tratat cu var sau altcoagulant ntr-un bazin separat i dirijat spre decantorul primar sau ntr-un bazin separat de floculare-decantare pentrusepararea materiilor n suspensie. Procedeul de tip PHOSTRIP asociat cu cele cu nmol activat pot asigura un efluentcu o concentraie de fosfor total de 1,5 mg/l.c) Procedeul bioreactorului cu funcionare secvenial (SBR) - utilizat pentru debite mici de ap uzat, cu condiiaflexibilitii funcionale, permite reinerea azotului i a fosforului. n configuraia prezentat n fig. 4.19, eliberareafosforului i reducerea CBO5 au loc n faza anaerob de mixare, iar reducerea fosforului n faza urmtoare deamestecare aerob. Modificnd timpii de reacie se obine nitrificarea sau denitrificarea. Durata unui ciclu poate varia dela 3 la 24 ore. n faza anoxic este necesar o surs de carbon pentru desfurarea denitrificrii.

Schema PHOSTRIP de reinere pe cale biologic a fosforului

Schema bioreactorului cu funcionare secvenial de reinere pe cale biologic a fosforului

4.2.2. ndeprtarea fosforului prin metode chimice4.2.2.1. Adugarea diverilor reactivi n apele uzate cu coninut de fosfai, determin producerea de sruri insolubilesau cu o solubilitate sczut care precipit. Principalii reactivi folosii sunt: sulfatul de aluminiu (alaunul), aluminatul desodiu, clorura feric sau sulfatul feric i varul. Se mai utilizeaz uneori sulfatul feros i clorura feroas. Pentrumbuntirea floculrii, se utilizeaz n combinaie cu alaunul i varul, polimeri, etc.4.2.2.2. Factorii care influeneaz eficiena de ndeprtare pe cale chimic a fosforului sunt:- Concentraia n fosfor a influentului;- Concentraia n suspensii a influentului;- Alcalinitatea;- Costul reactivilor chimici;- Fiabilitatea sistemului de alimentare cu reactivi chimici;- Instalaiile de prelucrare a nmolului;- Metodele de evacuare final;- Compatibilitatea cu alte procedee de epurare.4.2.2.3. Srurile de fier i aluminiu se adaug n diferite puncte ale proceselor de epurare (v. fig. 4.20), ns, deoarecepolifosfaii i fosforul organic sunt mai uor de ndeprtat dect ortofosfaii, pentru obinerea unor eficiente mai bune aleprocesului, se adaug srurile de aluminiu sau fier, dup treapta de epurare biologic.4.2.2.4. Adiia de sruri metalice n influentul decantoarelor primare. Aceste sruri reacioneaz cu ortofosfaii formndprecipitai chimici care vor fi ndeprtai din sistem sub form de nmol. Este necesar realizarea corespunztoare aoperaiilor de amestec i floculare amonte de decantoarele primare, pentru care fie se prevd bazine separate, fie semodific cele existente. n apele cu alcalinitate redus este necesar adugarea unei baze pentru meninerea unui pHntre 5 i 7. Clorura de aluminiu sau clorura feric sunt n general aplicate ntr-un raport molar n domeniul 1-3 ionimetalici la un ion de fosfor. Dozajul exact se determin prin teste on-site i variaz cu caracteristicile apei uzate iconcentraia cerut a fosforului n efluent.

Posibiliti de introducere a reactivilor nprocesele de eliminare a fosforului:a) nainte de decantorul primar (pre-precipitare);b) nainte i/sau dup bioreactor (co-precipitare);c) dup decantorul secundar (post-precipitare);d) n mai multe puncte din procesul tehnologic(adiie chimic multipunctual).4.2.2.5. Adiia de sruri metalice n treapta de epurare secundar. Srurile metalice pot fi adugate fie apei uzatenetratate n bazinele cu nmol activat, fie n influentul decantoarelor secundare. Cel mai adesea se utilizeaz adiiilemultipunctuale. Fosforul este ndeprtat din faza lichid printr-o combinaie de procese: precipitare, adsorbie, schimb ifloculare i ndeprtat din sistem odat cu nmolul biologic. ndeprtarea cu o bun eficien a fosforului se producepentru pH cuprins ntre 5,5 i 7,0, care este compatibil cu majoritatea proceselor de epurare biologic. Utilizarea srurilorferoase este limitat, deoarece produc un efluent cu concentraii sczute n fosfor, numai la valori ridicate ale pH-ului. napele cu alcalinitate sczut se folosesc pentru meninerea pH-ului peste 5,5 aluminatul de sodiu i alaunul ncombinaie cu varul. mbuntirea decantrii i coninutul sczut n substane organice a cimentului se realizeaz prinintroducerea de polimeri n influentul decantorului secundar. Dozajele de sruri metalice respect n general raportul 1:3(ion metalic:fosfor).4.2.2.6. Adiia de sruri metalice i polimeri n decantorul secundar. n anumite cazuri, cum ar fi filtrarea prin percolarei procedeele cu nmol activat cu aerare prelungit, substanele nu trebuie floculate deoarece sedimenteaz bine ndecantorul secundar. n staiile de epurare cu ncrcare crescut problema decantrii este deosebit de important.Adugarea de sruri de aluminiu sau fier conduce la precipitarea fie a hidroxizilor metalici sau a fosfailor, fie aamndoura. Se utilizeaz srurile de fier sau de aluminiu mpreun cu polimeri organici, pentru coagularea particulelorcoloidale i mbuntirea eficienei filtrelor. Dozajele srurilor de aluminiu sau fier sunt uzual de 1:3 (ion metalic:fosfor)dac concentraia fosforului n efluent este mai mare de 0,5 mg/l. Pentru asigurarea unei concentraii n fosfor aefluentului sub 0,5 mg/l, sunt necesare: un dozaj semnificativ mai mare de sare metalic i filtrarea. Polimerii pot fiadugai amonte de decantorul secundar, precednd un amestec static sau dinamic. Durata de amestec este cuprinsntre 10 i 30 s. Polimerii nu trebuie amestecai excesiv sau insuficient, deoarece aceasta va diminua eficienaprocesului.

5. DIMENSIONAREA TEHNOLOGIC A INSTALAIILOR DE EPURARE AVANSAT5.1. ELEMENTE GENERALE5.1.1. ndeprtarea azotului i fosforului din apele uzate se realizeaz cel mai frecvent, n aceleai bazine n care seelimin substanele organice biodegradabile. La instalaiile de epurare existente, dac nu exist posibilitatea de mai sus,eliminarea fosforului i azotului se face ntr-o treapt independent, amplasat n aval de bazinul cu nmol activat.5.1.2. n principiu, epurarea biologic avansat trebuie s cuprind urmtoarele instalaii tehnologice de baz:a) n cazul n care este necesar numai nitrificarea (v. fig. 5.1 a): bioreactor, n care se elimin substanele organice biodegradabile i se transform azotul amoniacal n azotai; decantor secundar care reine biomasa creat n bioreactor; instalaii de recirculare a nmolului activat i de evacuare a nmolului n exces;b) n cazul n care este necesar ndeprtarea azotului (v. fig. 5.1 b i 5.1 c): bioreactor n care se realizeaz eliminarea substanelor organice biodegradabile, nitrificarea i denitrificarea; decantor secundar; instalaii pentru nmolul activat de recirculare (recircularea extern) i de evacuare a nmolului n exces; instalaii de recirculare intern pentru aprovizionarea cu azotai a zonei de denitrificare; un bazin selector aerob amplasat n amontele bioreactorului (opional), n scopul evitrii dezvoltrii bacteriilorfilamentoase; o surs extern de carbon organic (dac este cazul).c) n cazul n care este necesar ndeprtarea substanelor organice biodegradabile, a azotului i a fosforului (v. fig.5.1 d): bazin anaerob n amontele bioreactorului pentru ndeprtarea fosforului. Acesta poate juca i rol de selector. bioreactor n care se realizeaz ndeprtarea substanelor organice biodegradabile, nitrificarea i denitrificarea. decantor secundar; instalaii de recirculare a nmolului activat (recirculare extern) i de ndeprtare a nmolului n exces; instalaii de recirculare intern pentru aprovizionarea cu azotai a zonei de denitrificare; o surs extern de carbon (dac este cazul).

Scheme tehnologice de epurare avansat: a) cu nitrificare;b) cu nitrificare-denitrificare (schema cu predenitrificare);c) cu nitrificare-denitrificare i selector aerob amonte;d) cu nitrificare-denitrificare i defosforizare5.1.3. n calculele de dimensionare se va ine seama c volumul total al bioreactorului (V) nu cuprinde volumulbazinului anaerob (V(AN)) sau volumul selectorului aerob (V(sel)).5.1.4. Volumul bioreactorului V = V(D) + V(N) n cazul schemelor de epurare cu nitrificare-denitrificare (V(D) = volumulzonei anoxice, pentru denitrificare, iar V(N) = volumul zonei aerobe pentru reducerea carbonului organic i nitrificare).5.1.5. Volumul bioreactorului V = V(N), n cazul n care schema de epurare necesit numai nitrificare (V(D) = 0).5.1.6. Vrsta nmolului T(N) reprezint un parametru foarte important pentru dimensionarea bioreactorului. Orientativ,ea poate fi definit ca durata medie de retenie a flocoanelor de nmol activat din bioreactor.Tehnic, ea reprezint raportul dintre cantitatea de materii solide n suspensie (exprimat ca substan uscat)existent n bioreactor i cantitatea, de materii solide n suspensie (ca substan uscat) care prsete zilnic sistemulbioreactor - decantor secundar.5.1.7. Dac bioreactorul conine att zon anoxic pentru denitrificare, ct i zona aerob pentru eliminareasubstanelor organice biodegradabile i nitrificare, vrsta nmolului pentru zona aerob se determin cu relaia: