Contribuii la optimizarea exploatrii proceselor de sedimentare de la staiile de tratare a apein aceast lucrare se prezint un nou studiu n termeni de optimizare a exploatrii proceselor de sedimentare din statiile de tratare a apei, cu referire direct la decantoarele longitudinale n plan orizontal. Indiferent de varianta de realizare, ntotdeauna procesul de automatizare n staiile de tratare a apei este de asemenea o problem de optimizare a exploatrii lor. Lucrarea prezint dou programe n Matlab, care accentueaz procesul de sedimentare n decantoare i eficacitatea. Urmrind cercetrile experimentale prezentate grafic n lucrare, putem stabili strategia pentru a optimiza exploatarea decantoarelor longitudinale n plan orizontal existente la staiile de tratare a apei. Introducere Se poate spune c apa este un element esenial pentru via, apa natural nu este niciodat absolut pur, calitatea sa n general este cauzat de toate mineralele sau substanele organice, de gazele dizolvate, de particule sedimentare i organisme vii prezente. Criteriile care stau la baza alegerii resurselor de ap pentru a le utiliza n scopuri potabile sunt: sursa cantitativ trebuie s furnizeze cantitatea de ap cerut de ctre utilizatori de-a lungul anului, calitatea, sursa trebuie s fie n termen cu standardele de calitate specifice pentru alimentare cu ap, tehnice, referindu-se la modul de captare al sursei, recomandri privind tehnologia de tratare, echipamentele utilizate i modul de exploatare, economice, referindu-se la costurile de proiectare, de fabricare i exploatare. Prin urmare, sarcina de surse diferite de tratare a apei naturale este staia de epurare, care prin diverse constructii si instalatii a facut un debit tehnologic, care n cele din urm, apa distribuit consumatorilor este parte a normelor de ap potabil impuse de UE. Practic, obiectivul de optimizare a exploatarii proceselor de sedimentare (din decantoare longitudinale n plan orizontal) ntr-o staie de tratare a apei n scopul obinerii apei potabile, este de a stabili modul de aciune i tipul de aciune care trebuie s fie pus n aplicare de sistemul de comand existent pentru a obine rezultatele cele mai favorabile din punct de vedere al calitii, din punct de vedere tehnic i economic. Prin automatizarea decantoarelor longitudinale n plan orizontal se realizeaz un obiectiv important n optimizarea exploatarii lor. Automatizarea reprezint n cele din urm cel mai nalt nivel de conducere care poate asigura procesul bazat pe performana ridicat. Experimental Msurtorile experimentale au fost efectuate la staia nr. 4 din Timioara (n ceea ce privete sedimentarea n decantorul longitudinal n plan orizontal i eficiena acestuia - cu reactivi chimici de coagulare), precum i n Laboratorul de Tratare a

Apei la Facultatea de Inginerie Hidrotehnic (n termeni de suspensii dependente de mas referitoare la turbiditatea apei) n timpul primverii i verii anului 2006 (la diferite debite i turbiditi). Turbiditatea apei a fost msurat cu ajutorul turbidimetrului de laborator - Lange Nephla existent la staia nr.4. Scara care a fost folosit pentru a msura turbiditatea este gradul N.T.U. Turbiditatea a fost calibrat la aceast scar. Au fost prelevate probe de la decantorul extensie VI nr. 4 cu urmtoarele date: L=32 m (Lbazin=30); B=4 m; H=3,5 m; Qd1=32.26 L/s, v1=2.31 mm/s; t1=16.2 oC; DSA1=31 mg/L SA. pH=7.0; turbiditatea apei tratate cu reactiv dup camera de amestec n camera de alimentare 80 NTU (C=110 mg/L), la ieire din decantor turbiditatea de 5 NTU (C=11.8 mg/L). Probele au fost luate de la intrarea studiat a lungimii decantorului - 5m - 10m - 15m - 20m - 25m - 30 m - ieire i adncimea de la nivelul apei la 0,-0.5m, -1.0m, - 1.5m, -2.0m,-2,5 m, -3.0 m. Suspendarea masei probelor de ap a fost determinat folosind o metod de lucru, considerat mult mai sigur, cu mai puine erori i mai rapid (dect metoda clasic), prin urmare se msoar volumul de ap (1 litru) i se plaseaz ntr-un vas special n soba de uscare pentru a finaliza evaporarea apei. n urma acestei proceduri, vasul va rmne un total de deeuri. Pentru a determina reziduul fix se va usca n cuptor un volum de ap egal cu cel de dinainte, dar filtrat. Prin diferena msurat la balanta analitica a celor dou probe uscate, rezult masa total de suspensii din ap. Suspendarea masei a fost considerat destul de mic i, astfel, s-a convenit c unitatea este mg, pentru masa de suspensii coninute ntr-un litru (dm3) de prob este de mg/L. Prin modelarea procesului de sedimentare este considerat o micare de fluid multi-fazat printr-un decantor longitudinal n plan orizontal plasat ntr-un euclidian, sistem de axe orizontale triortogonal, aa cum se arat n Figura 1. n decantor intra debitul Qi cu concentraia Ci i iese debitul de efluent Qef cu concentraia Ce. Prin partea de jos iese debitul de noroi Qn cu concentraia Cn n suspensii solide.

Figura 1. Schema de locaie a axelor de coordonate. Pentru modelare s-a considerat decantorul studiat al staiei nr.4 Timioara cu volumul V=300 m3 n care intr un debit de Q=0.032 m3/s, cu o concentraie n suspensii de 110 mg/L pentru o turbiditate NTU 80, cu densitatea ps=1100 kg/m3.

La radierul decantorului,marcat n Figura 2. cu AB, suspensiile solide sunt depuse ca noroi. n zona AD a decantorului intr debitul Q =0.032 m3/s, cu o concentraie de 110 mg/L n apa brut. n zona CD apa bruta din decantor este n contact cu aerul din atmosfer linia CD reprezint suprafaa liber a apei din decantor.

Figura 2. Bazin de sedimentare - decantor - seciune vertical. Pentru integrarea numeric prin metoda elementului finit a ecuatiilor cu derivate partiale sunt formulate urmtoarele condiii la limit: pe partea AD concentraia de ap brut a suspensiilor este de 110 mg/L - condiie de tip Dirichlet, pe partea DC- concentraia n suspensii a suprafeei libere este C=110 mg/L ipotez care s asigure valoarea necesar de ctre termenii de puritate a apei tratate - condiie de tip Dirichlet, pe partea BA - suprafaa de jos a decantorului ar trebui s fie furnizat pentru a atinge concentraia maxim n suspensia de noroi - condiie de tip Dirichlet; pe partea BC marginea vertical a decantorului la domeniul de mediu apos se nvecineaz cu partea de beton a bazinului de sedimentare, ar trebui s fie furnizat condiia de a nu exista schimburi de suspensii la construcia materialului C / z = 0 condiie de tip Neumann. Pentru starea iniial dm valoare concentraiei la momentul t=0. Se consider c la momentul iniial, atunci cnd la aplicarea debitului de injecie ncrcat cu suspensii concentraia CIt=0=0. Aceast condiie este justificat de situaia n care se amorseaz decantorul de exploatare, deoarece regimul de curgere continu este o concentraie n orice moment. Pentru a identifica distribuiile concentraiei pe lungimea bazinului au fost msurate concentraiile pe ntreaga lungime i adncime a bazinului. Rezultate i discuii Figura 3 centralizeaz datele din msurtorile experimentale. Folosind programul Matlab care aproximeaz un set de date cu un polinom de grad n, au fost reprezentate curbele de distribuie a concentraiei la diferite adancimi (H) pe lungimea bazinului (L).

Figura 3. Modificri n concentraie, n funcie de lungimea decantorului la diferite adncimi. Pentru a calcula decantorul a fost utilizat programul Matlab care definete urmtoarele: parametrii geometrici ai decantorului, Hn, i Cn, T-constanta de timp a procesului, Kr-factor de amplificare al regulatorului, Ti constant de timp de integrare a regulatorului care n cazul IP (PID) este luat 0.1, perioad n care facem studiul EF [%], stabilirea EF [%] prin care funcioneaz decantorul, introducerea concentraiilor de intrare C1 = [80 60 40]; EF (k) = 70% - ar trebui s fie C1 = [80 60 40]; EF (k) = 50% este necesar. Rezultatul este afiat n Figura 4.

Figura 4. Eficacitatea variaiilor decantorului. Din analiza grafic a distribuiei concentraiei (Figura 3) putem concluziona c n prima jumtate a decantorului exist o intensificare a proceselor de sedimentare a flocoanelor influenate de sistemul de distribuie a apei n decantor. Putem spune c

grosimea maxim a zcmintelor de nmol din decantorul studiat este n prima jumtate a acestuia, de fapt verificat vizual pentru a goli i spla decantorul. Pentru a optimiza exploatarea decantorului studiat sunt propuse trei tipuri de munc, i anume: designul poate schimba sistemul de furnizare i distribuie al apei brute pre tratat cu coagulani, care n mod implicit duce la o utilizare mai eficient a spaiului de sedimentare al suspensiilor (flocoane sau alte elemente n suspensie); introducerea sistemelor de automatizare i monitorizare a procesului de sedimentare care necesit dou sisteme de reglare, i anume un sistem de control al concentraiei i un sistem de control al nivelului; eficiena de splare a decantorului prin automatizarea procesului, care va oferi o instalaie de splare i o instalatie de recuperare a apei din decantor, n coroborat cu un sistem de proces de management pe computer utiliznd programul Matlab. Pentru a realiza optimizarea este necesar s existe mai multe soluiile posibile, care o vor alege pe cea mai bun. Dac vom emite exploatarea sistemului tehnic, condiia de mai sus implic faptul c exist unele variabile disponibile n acest sistem, care pot lua, dac dorii una sau mai multe valori posibile. Ei au numit decizia variabilele. Numrul de decizii variabile, ntr-o problem de optimizare, avnd n vedere dimensiunea problemei. Automatizarea unui proces tehnologic este instalarea tehnologic a echipamentului cu unele maini tehnice speciale producnd funcionri automate a gestionrii sale n pre-condiii. Operaiunile principale necesare n automatizare sunt: - Msurarea sau determinarea prin calcul a variabilelor principale ale procesului de condus; - Semne de depire a anumitor limite printr-un proces al variabilelor; - Stabilirea unei anumite valori, constant sau schimbtoare, a uneia sau mai multor variabile; - Schimbarea programat a unor variabile; - Modificarea sau meninerea unor rapoarte determinate ntre anumite variabile ale procesului; - Mentinerea unor variabile sau funcii de variabile la o valoare maxim sau minim extrem; - Instalarea proteciei n caz de avarie sau de pericol. Automatizarea poate fi implementat n mai multe variante de realizare, n conformitate cu urmtorii parametri: - Natura automata a procesului; - Sensibilizarea, respectiv, cantitatea de informaii care a fost disponibil pe acele procese tehnologice; - Echipamente tehnice disponibile pentru firmele de fabricare; - Nivelul profesional de pregtire al personalului de proiectare i exploatare. Oricare ar fi ntruchiparea, automatizarea este ntotdeauna o problem de optimizare.

Automatizarea este definit ca operaiune de intrare ntr-un debit tehnologic al unui echipament special pentru a face procesul de management s utilizeze procesul de calculator. Abordarea de automatizare i monitorizarea sistemului de alimentare cu ap al unui centru populat ofer o optimizare att a costurilor de investiii ct i a etapelor, una dintre ele, n ordinea importanei lor n termeni de bani. Monitorizarea parametrilor de exploatare i automatizarea parial a unor mici parti ale procesului dar foarte importante pentru o staie de epurare sunt destinate a fi module funcionale sub form subordonat pentru a comanda sistemul central i de control al staiei, care va fi subordonat n etapa final pentru a comanda i controla sistemul din centrul centralei apelor menajere din localitate. Concluzii n contextul actual pentru a optimiza exploatarea proceselor de sedimentare a decantoarelor longitudinale n plan orizontal existente ntr-o staie de ap potabil sunt propuse trei strategii, i anume: 1. Soluionarea procesului de automatizare, prin management, monitorizarea i controlul de ctre calculator, fr intervenii majore n tehnologia existent; 2. Soluionarea procesului de automatizare, management, controlul i monitorizarea utiliznd computerul, cu intervenii n tehnologia existent; 3. Procesul de retehnologizare a soluionarii. Avantajul primei strategii (I) este aceea c poate fi fcut pe termen scurt, fr o investiie major (introducerea sistemelor de automatizare) i apoi poate fi mbuntit prin punerea n aplicare a strategiei (II). Strategia (II) implic o cercetare pe termen lung, pentru tratamentul de reactivi de coagulare cele mai bune variaii sezoniere cu privire la calitatea apei brute, investiiile majore cum ar fi nlocuirea sistemelor de distribuie existente cu dispozitive moderne, sisteme de eliminare. Strategia Advantage (II) este aceea c ea poate rula n paralel cu strategia (I) i nu afecteaz calitatea procesului de tratare a apei potabile. Strategia (III) implic cheltuieli majore i nlocuirea decantoarelor existente cu unele mai eficiente sau modernizarea celor existente pentru a crete eficiena. Bibliografie: www.chemicalbulletin.ro