procese naturale de epurare a apelor rîului cerna - Universitatea ...

“CONSTANTIN BRÂNCUSI” UNIVERSITY – ENGINEERING FACULTY
UNIVERSITY’S DAY
8 th INTERNATIONAL CONFERENCE
Târgu Jiu, May 24-26, 2002
Târgu Jiu, Geneva Street, nr.3, 1400, Gorj, România,Tel.+4053215848, Fax+4053214462, www.utgjiu.ro
PROCESE NATURALE DE EPURARE A APELOR
RÎULUI CERNA
conf. Dr. Ing. Dumitru Gheorghe
chimist. Codruţa Bizocu
şef luc. Daniela Cîrţîna
Dădălău Nicolae-Dumitru
Podărelu Paul
Universitatea Constantin Brâncusi
ABSTRACT
The paper analizes the natural factors involved in the water cleaning process. It is studied the
contribution of microorganisms which feed on organic matter at the process of eliminathing pollutants generated
by human activities.
The paper creats the background for byological cleaning facilites design.
Considerente generale privind epurarea biologică
La proiectarea sistemului de epurare a apelor poluate se are în vedere în primul rând
natura şi caracteristicile poluanţilor.
Astfel, în cazul impurităţilor de natură organică se alege ca sistem de îndepărtare a
acestora cu randament maxim, epurarea biologică.
Prin epurarea biologică se înţelege complexul de operaţiuni şi faze tehnologice prin
care materiile organice existente în apele uzate provenind din cele mai diverse activităţi
antropice sunt transformate cu ajutorul unor culturi de microorganisme, în produşi de
degradare fără nocivitate, (CO 2 , H 2 O, CH 4 , şi altele) şi o masă celulară nouă (biomasă),
inofensivă.
Procesul tehnologic de epurare biologică se poate organiza în două modalităţi:
1- Prin cultura microorganismelor noi dispersate în întregul volum al reactorului de
epurare.
2- Prin cultura noilor microorganisme pe un suport.
Prin sistemul de cultură în întreaga masă de apă poluanţi şi în tot volumul reactorului
se înmulţeşte generic „nămol activ” iar epurarea biologică ca modalitate tehnologică îi poartă
numele.
Al doilea sistem presupune dezvoltarea culturii în film (peliculă) biologic, iar procesul
se desfăşoară în construcţii cu filtre biologice speciale.
Nămolul activ este un sistem dispers în care materialul aflat în suspensie trebuie să fie
separat de efluentul epurat biologic. Operaţiunile prin care se face eliberarea afluentului de
fază dispersă sunt:
- Sedimentare;
- Flotaţie;
1

- Filtrare;
- Centrifugare;
Separarea gravitaţională ne consumatoare de energie electrică este cea mai des
întâlnită, metodă.
În procesul de epurare biologică a apelor uzate cu încărcătură de materii organice, rol
principal îi revine grupului de bacterii organofage, (mâncătoare de substanţe organice).
Aceste bacterii, în funcţie de predispoziţia lor de a trăi în prezenţa sau absenţa
oxigenului se clasifică în trei grupuri:
a) Bacterii obligat aerobe;
b) Bacterii facultativ aerobe;
c) Bacterii anaerobe.
Bacteriile, grup heterogen de organisme microscopice, microcelulare sau grupate în
colonii cu nucleu simplu, majoritatea fără clorofilă, heterotrofe (care sunt obligate să-şi preia
singure hrana sub formă de substanţe organice din mediu) îndeplinesc rolul esenţial în acest
tip de epurare a apelor cu încărcătură de materii organice.
Bacteriile aerobe sunt microorganisme care într-o proporţie însemnată se pot dezvolta
şi reproduce numai în mediile care conţin oxigen. Bacteriile obligat aerobe ca cele saprofite,
nitrificatoare, o parte din sulfobacterii şi microbii patogeni trăiesc numai în prezenţa
oxigenului molecular.
Bacteriile facultativ aerobe, grupează la un loc unele drojdii, bacterii denitrificatoare
s.a.
Bacteriile anaerobe sunt organisme capabile să trăiască fără prezenţa oxigenului liber.
Dintre acestea remarcăm infuzoriile, clostridium pasteurianum şi clostridium sporogenius.
Ca urmare, în legătură cu necesarul de oxigen pentru dezvoltarea culturilor de bacterii
organo-fagiste vom întâlni două tipuri de procese tehnologice pentru epurare biologică:
- Proces aerob, utilizat cu prioritate la îndepărtarea poluanţilor din apele uzate;
- Proces anaerob aplicat la prelucrarea nămolurilor fermentate şi la epurarea apelor
uzate foarte concentrate în poluanţi.
Cercetările au evidenţiat faptul căci în strânsă asociere cu bacteriile, în procese aerobe
cohabitează protozoare (cele nai primitive forme de animale din clasele Flagellata, Sarcodia,
Sporazoa, Ameobosporidia, Ciliophora), metazoare (rotifere şi nematode) şi ciuperci sau chiar
fungi, alcătuind biocenoze.
La fiecare proces tehnologic de epurare biologică vom întâlni biocenoze selectate
specific procesului ales.
Procese de transformare bacteriană
Bacteriile folosite în procesul de epurare biologică preiau din mediul înconjurător în
care sunt cultivate, energia şi materia nutritivă folosindu-le pentru:
- biosinteză şi dezvoltare;
- activităţi fiziologice secundare ca spre exemplu mobilitatea, luminescenţa, şi
altele.
Totalitatea proceselor prin care combinaţiile bacteriene sunt implicate în activitatea
biologică de eliminare a materiilor organice din apele poluante prin consumul acestora şi
hausformarea lor în constituenţii celulari, energie şi produse de uzură alcătuiesc metabolismul
bacterian organofag.
Procesele metabolice se clasifică astfel:
- Consumatoare de energie;
- Producătoare de energie.
2

Procesele de catabolism, de dezasimilaţie, de degradare a substanţelor din mediu sunt
exogene.
Procesele în care se sintetizează componenţii celulari corespund anabolismului şi sunt
consumatori de energie.
Ambele tipuri de procese metabolice se produc în acelaşi timp astfel încât diversele
reacţii biochimice care alcătuiesc metabolismul realizează următoarele funcţii esenţiale pentru
viaţa celulei:
- asimilarea substanţelor nutritive şi producerea substanţelor folosite la construcţia
edificiilor celulei;
- eliberarea de energie şi stocarea acesteia;
- ansmiterea energiei stocate către substanţele de constituţie a edificiilor celulare
- constituirea de nou material celular, prin care folosirea materiei organice poluante.
Energie
eliberată
Stocare
de energie
Energie
stocată
Substanţe
nutritive
din mediu
Dezasimilaţie
Subunităţi
de
construcţie
Asimilaţie
Material
celular
nou
Reprezentarea metabolismului organo-fagist.
Pentru a cuantifica posibilităţile metabolice ale bacteriilor în procesul de epurare s-au
făcut experimente pe diverse specii de astfel de organisme şi s-a arătat că un gram de
substanţă uscată bacteriană, are o activitate respiratorie de câteva sute de ori mai intensă în
comparaţie cu cea a omului. De asemenea s-a observat că potenţialul metabolic al
microorganismelor dintr-un hectar de teren arabil, analizat pe o lungime de 25cm este
echivalent cu al câtorva zeci de mii de oameni.
Se utilizează prin aceste date capacitatea deosebit de mare a bacteriilor de a efectua
operaţiuni biologice în folosul omului. Dar ceea ce este şi mai important este faptul că aceste
microfiinţe dispun de o capacitate cu totul deosebit de a supravieţui în cele mai deosebite
condiţii. Organismul uman pentru a atinge un asemenea nivel metabolic ar avea nevoie de
multe mii de tone de alimente pe care să le consume orar.
Superioritatea aptitudinilor de apărare şi a capacităţii de metabolizare a lumii
bacteriene în raport cu restul lumii vii se datorează în primul rând suprafeţelor foarte mari a
celulelor în raport cu greutatea lor.
3

Datorită acestei mari suprafeţe de contact cu mediul exterior, intensitatea schimbului
de substanţe este de asemenea mare.
La toate acestea constatări se adaugă şi regula din natură potrivit căreia viteza
metabolismului de care depinde creşterea speciei este invers proporţională cu mărimea
vieţuitoarei. Această regulă ar confirma faptul că dacă un organism viu are corpul mic,
metabolismul său este mai intens şi creşterea sa este mai rapidă în comparaţie cu fiinţele mari.
Viteza mare de creştere a bacteriilor avantajează deosebit de mult supravieţuirea
populaţiilor bacteriene în natură, dar în acelaşi timp explică şi dimensiunile extrem de mici ale
reprezentanţilor acestor specii.
Metabolismul bacterian are la bază utilizarea celor mai diverse substanţe nutritive din
mediul în care acestea se dezvoltă şi anume:
- azot molecular;
- dioxid de carbon;
- sulf şi combinaţiile sale;
- substanţe organice simple;
- substanţe organice complexe;
- hidrocarburile ţiţeiului brut;
- substanţe organice naturale;
- asfalt (bitum);
- substanţe anorganice;
- acid oxalic şi sulfuric;
- fenoli;
- chitină;
- piele;
- cauciuc, polimeri, lemn, mase plastice;
- substanţe antibiotice.
Condiţia esenţială pentru producerea reacţiilor biochimice metabolice este ca în
mediul natural sau cultura artificială să existe toate materiile necesare formării constituenţilor
celulari şi produceri de energie.
În aceste instalaţii pentru epurare biologică în mediile de cultură trebuie să existe în
primul rând materiale care să conţină: C, H, O, N, P, S, şi în cantităţi mai mici sursa de: K,
Mg, Mn, Na, Ca, Fe, Cl - , PO 4 3- , SO 4 2- , şi in concentraţii foarte reduse oligoelementele: Zn, Ca,
Mo.
Dezasimilaţia, procesele catabolice, determină transformarea oxido-reducătoare a
substanţelor organice complexe preluate din mediu, în substanţe simple, cu eliberarea de
energie.
La organismele procariote cât şi la cele eucariote, în protoplasmă apar în decursul
dezasimilaţiei substanţe diverse şi energie care sunt apoi folosite pentru obţinerea
constituenţilor celulari proprii.
În procesele metabolice bacteriene de dezasimilaţie, eliberarea energiei se produce în
trei etape:
a) În etapa I-a de degradare a moleculelor de origine biologică are un proces de
descompunere a acestora în constituenţi astfel:
- proteinele se descompun în aminoacizi;
- grăsimile se transformă în glicerină şi acizi graşi;
- glucidele devin hexoze, pentoze, etc.
Energia eliberată în această fază este de numai 1% din totalul energiei produse şi se
pierde parţial sub formă de căldură.
b) Moleculele care provin din degradarea efectuat] în etapa I-a, sunt transformate în
continuare de alţi produşi cu formare de CO 2 şi H 2 O. În această a II-a etapă se eliberează
4

circa o treime din întreaga energie conţinută în substanţele nutritive cu care s-au alimentat
bacteriile.
c) În cea de a III-a etapă de dezasimilaţie, bacteriile eliberează energia prin două
procese:
- descompunerea totală a substanţelor nutritive până la CO 2 şi H 2 O ;
- descompunerea numai parţial a substanţelor nutritive, cu formare de numeroşi
produşi intermediari numiţi produşi de fermentaţie.
Bibliografie:
Chifu, T., Murariu, A. Bayele protecţiei mediului înconjurător Editura Universităţii
Iaşi 1999.
Cojucaru, I. Surse, procese şi produse de poluare Editura Junimea Iaşi 1995.
Macoveanu, M. Epurarea avansată a apelor Editura Gh Asacki.
5