procese naturale de epurare a apelor rîului cerna - Universitatea ...
procese naturale de epurare a apelor rîului cerna - Universitatea ...
procese naturale de epurare a apelor rîului cerna - Universitatea ...
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
“CONSTANTIN BRÂNCUSI” UNIVERSITY – ENGINEERING FACULTY<br />
UNIVERSITY’S DAY<br />
8 th INTERNATIONAL CONFERENCE<br />
Târgu Jiu, May 24-26, 2002<br />
Târgu Jiu, Geneva Street, nr.3, 1400, Gorj, România,Tel.+4053215848, Fax+4053214462, www.utgjiu.ro<br />
PROCESE NATURALE DE EPURARE A APELOR<br />
RÎULUI CERNA<br />
conf. Dr. Ing. Dumitru Gheorghe<br />
chimist. Codruţa Bizocu<br />
şef luc. Daniela Cîrţîna<br />
Dădălău Nicolae-Dumitru<br />
Podărelu Paul<br />
<strong>Universitatea</strong> Constantin Brâncusi<br />
ABSTRACT<br />
The paper analizes the natural factors involved in the water cleaning process. It is studied the<br />
contribution of microorganisms which feed on organic matter at the process of eliminathing pollutants generated<br />
by human activities.<br />
The paper creats the background for byological cleaning facilites <strong>de</strong>sign.<br />
Consi<strong>de</strong>rente generale privind <strong>epurare</strong>a biologică<br />
La proiectarea sistemului <strong>de</strong> <strong>epurare</strong> a <strong>apelor</strong> poluate se are în ve<strong>de</strong>re în primul rând<br />
natura şi caracteristicile poluanţilor.<br />
Astfel, în cazul impurităţilor <strong>de</strong> natură organică se alege ca sistem <strong>de</strong> în<strong>de</strong>părtare a<br />
acestora cu randament maxim, <strong>epurare</strong>a biologică.<br />
Prin <strong>epurare</strong>a biologică se înţelege complexul <strong>de</strong> operaţiuni şi faze tehnologice prin<br />
care materiile organice existente în apele uzate provenind din cele mai diverse activităţi<br />
antropice sunt transformate cu ajutorul unor culturi <strong>de</strong> microorganisme, în produşi <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>gradare fără nocivitate, (CO 2 , H 2 O, CH 4 , şi altele) şi o masă celulară nouă (biomasă),<br />
inofensivă.<br />
Procesul tehnologic <strong>de</strong> <strong>epurare</strong> biologică se poate organiza în două modalităţi:<br />
1- Prin cultura microorganismelor noi dispersate în întregul volum al reactorului <strong>de</strong><br />
<strong>epurare</strong>.<br />
2- Prin cultura noilor microorganisme pe un suport.<br />
Prin sistemul <strong>de</strong> cultură în întreaga masă <strong>de</strong> apă poluanţi şi în tot volumul reactorului<br />
se înmulţeşte generic „nămol activ” iar <strong>epurare</strong>a biologică ca modalitate tehnologică îi poartă<br />
numele.<br />
Al doilea sistem presupune <strong>de</strong>zvoltarea culturii în film (peliculă) biologic, iar procesul<br />
se <strong>de</strong>sfăşoară în construcţii cu filtre biologice speciale.<br />
Nămolul activ este un sistem dispers în care materialul aflat în suspensie trebuie să fie<br />
separat <strong>de</strong> efluentul epurat biologic. Operaţiunile prin care se face eliberarea afluentului <strong>de</strong><br />
fază dispersă sunt:<br />
- Sedimentare;<br />
- Flotaţie;<br />
1
- Filtrare;<br />
- Centrifugare;<br />
Separarea gravitaţională ne consumatoare <strong>de</strong> energie electrică este cea mai <strong>de</strong>s<br />
întâlnită, metodă.<br />
În procesul <strong>de</strong> <strong>epurare</strong> biologică a <strong>apelor</strong> uzate cu încărcătură <strong>de</strong> materii organice, rol<br />
principal îi revine grupului <strong>de</strong> bacterii organofage, (mâncătoare <strong>de</strong> substanţe organice).<br />
Aceste bacterii, în funcţie <strong>de</strong> predispoziţia lor <strong>de</strong> a trăi în prezenţa sau absenţa<br />
oxigenului se clasifică în trei grupuri:<br />
a) Bacterii obligat aerobe;<br />
b) Bacterii facultativ aerobe;<br />
c) Bacterii anaerobe.<br />
Bacteriile, grup heterogen <strong>de</strong> organisme microscopice, microcelulare sau grupate în<br />
colonii cu nucleu simplu, majoritatea fără clorofilă, heterotrofe (care sunt obligate să-şi preia<br />
singure hrana sub formă <strong>de</strong> substanţe organice din mediu) în<strong>de</strong>plinesc rolul esenţial în acest<br />
tip <strong>de</strong> <strong>epurare</strong> a <strong>apelor</strong> cu încărcătură <strong>de</strong> materii organice.<br />
Bacteriile aerobe sunt microorganisme care într-o proporţie însemnată se pot <strong>de</strong>zvolta<br />
şi reproduce numai în mediile care conţin oxigen. Bacteriile obligat aerobe ca cele saprofite,<br />
nitrificatoare, o parte din sulfobacterii şi microbii patogeni trăiesc numai în prezenţa<br />
oxigenului molecular.<br />
Bacteriile facultativ aerobe, grupează la un loc unele drojdii, bacterii <strong>de</strong>nitrificatoare<br />
s.a.<br />
Bacteriile anaerobe sunt organisme capabile să trăiască fără prezenţa oxigenului liber.<br />
Dintre acestea remarcăm infuzoriile, clostridium pasteurianum şi clostridium sporogenius.<br />
Ca urmare, în legătură cu necesarul <strong>de</strong> oxigen pentru <strong>de</strong>zvoltarea culturilor <strong>de</strong> bacterii<br />
organo-fagiste vom întâlni două tipuri <strong>de</strong> <strong>procese</strong> tehnologice pentru <strong>epurare</strong> biologică:<br />
- Proces aerob, utilizat cu prioritate la în<strong>de</strong>părtarea poluanţilor din apele uzate;<br />
- Proces anaerob aplicat la prelucrarea nămolurilor fermentate şi la <strong>epurare</strong>a <strong>apelor</strong><br />
uzate foarte concentrate în poluanţi.<br />
Cercetările au evi<strong>de</strong>nţiat faptul căci în strânsă asociere cu bacteriile, în <strong>procese</strong> aerobe<br />
cohabitează protozoare (cele nai primitive forme <strong>de</strong> animale din clasele Flagellata, Sarcodia,<br />
Sporazoa, Ameobosporidia, Ciliophora), metazoare (rotifere şi nemato<strong>de</strong>) şi ciuperci sau chiar<br />
fungi, alcătuind biocenoze.<br />
La fiecare proces tehnologic <strong>de</strong> <strong>epurare</strong> biologică vom întâlni biocenoze selectate<br />
specific procesului ales.<br />
Procese <strong>de</strong> transformare bacteriană<br />
Bacteriile folosite în procesul <strong>de</strong> <strong>epurare</strong> biologică preiau din mediul înconjurător în<br />
care sunt cultivate, energia şi materia nutritivă folosindu-le pentru:<br />
- biosinteză şi <strong>de</strong>zvoltare;<br />
- activităţi fiziologice secundare ca spre exemplu mobilitatea, luminescenţa, şi<br />
altele.<br />
Totalitatea <strong>procese</strong>lor prin care combinaţiile bacteriene sunt implicate în activitatea<br />
biologică <strong>de</strong> eliminare a materiilor organice din apele poluante prin consumul acestora şi<br />
hausformarea lor în constituenţii celulari, energie şi produse <strong>de</strong> uzură alcătuiesc metabolismul<br />
bacterian organofag.<br />
Procesele metabolice se clasifică astfel:<br />
- Consumatoare <strong>de</strong> energie;<br />
- Producătoare <strong>de</strong> energie.<br />
2
Procesele <strong>de</strong> catabolism, <strong>de</strong> <strong>de</strong>zasimilaţie, <strong>de</strong> <strong>de</strong>gradare a substanţelor din mediu sunt<br />
exogene.<br />
Procesele în care se sintetizează componenţii celulari corespund anabolismului şi sunt<br />
consumatori <strong>de</strong> energie.<br />
Ambele tipuri <strong>de</strong> <strong>procese</strong> metabolice se produc în acelaşi timp astfel încât diversele<br />
reacţii biochimice care alcătuiesc metabolismul realizează următoarele funcţii esenţiale pentru<br />
viaţa celulei:<br />
- asimilarea substanţelor nutritive şi producerea substanţelor folosite la construcţia<br />
edificiilor celulei;<br />
- eliberarea <strong>de</strong> energie şi stocarea acesteia;<br />
- ansmiterea energiei stocate către substanţele <strong>de</strong> constituţie a edificiilor celulare<br />
- constituirea <strong>de</strong> nou material celular, prin care folosirea materiei organice poluante.<br />
Energie<br />
eliberată<br />
Stocare<br />
<strong>de</strong> energie<br />
Energie<br />
stocată<br />
Substanţe<br />
nutritive<br />
din mediu<br />
Dezasimilaţie<br />
Subunităţi<br />
<strong>de</strong><br />
construcţie<br />
Asimilaţie<br />
Material<br />
celular<br />
nou<br />
Reprezentarea metabolismului organo-fagist.<br />
Pentru a cuantifica posibilităţile metabolice ale bacteriilor în procesul <strong>de</strong> <strong>epurare</strong> s-au<br />
făcut experimente pe diverse specii <strong>de</strong> astfel <strong>de</strong> organisme şi s-a arătat că un gram <strong>de</strong><br />
substanţă uscată bacteriană, are o activitate respiratorie <strong>de</strong> câteva sute <strong>de</strong> ori mai intensă în<br />
comparaţie cu cea a omului. De asemenea s-a observat că potenţialul metabolic al<br />
microorganismelor dintr-un hectar <strong>de</strong> teren arabil, analizat pe o lungime <strong>de</strong> 25cm este<br />
echivalent cu al câtorva zeci <strong>de</strong> mii <strong>de</strong> oameni.<br />
Se utilizează prin aceste date capacitatea <strong>de</strong>osebit <strong>de</strong> mare a bacteriilor <strong>de</strong> a efectua<br />
operaţiuni biologice în folosul omului. Dar ceea ce este şi mai important este faptul că aceste<br />
microfiinţe dispun <strong>de</strong> o capacitate cu totul <strong>de</strong>osebit <strong>de</strong> a supravieţui în cele mai <strong>de</strong>osebite<br />
condiţii. Organismul uman pentru a atinge un asemenea nivel metabolic ar avea nevoie <strong>de</strong><br />
multe mii <strong>de</strong> tone <strong>de</strong> alimente pe care să le consume orar.<br />
Superioritatea aptitudinilor <strong>de</strong> apărare şi a capacităţii <strong>de</strong> metabolizare a lumii<br />
bacteriene în raport cu restul lumii vii se datorează în primul rând suprafeţelor foarte mari a<br />
celulelor în raport cu greutatea lor.<br />
3
Datorită acestei mari suprafeţe <strong>de</strong> contact cu mediul exterior, intensitatea schimbului<br />
<strong>de</strong> substanţe este <strong>de</strong> asemenea mare.<br />
La toate acestea constatări se adaugă şi regula din natură potrivit căreia viteza<br />
metabolismului <strong>de</strong> care <strong>de</strong>pin<strong>de</strong> creşterea speciei este invers proporţională cu mărimea<br />
vieţuitoarei. Această regulă ar confirma faptul că dacă un organism viu are corpul mic,<br />
metabolismul său este mai intens şi creşterea sa este mai rapidă în comparaţie cu fiinţele mari.<br />
Viteza mare <strong>de</strong> creştere a bacteriilor avantajează <strong>de</strong>osebit <strong>de</strong> mult supravieţuirea<br />
populaţiilor bacteriene în natură, dar în acelaşi timp explică şi dimensiunile extrem <strong>de</strong> mici ale<br />
reprezentanţilor acestor specii.<br />
Metabolismul bacterian are la bază utilizarea celor mai diverse substanţe nutritive din<br />
mediul în care acestea se <strong>de</strong>zvoltă şi anume:<br />
- azot molecular;<br />
- dioxid <strong>de</strong> carbon;<br />
- sulf şi combinaţiile sale;<br />
- substanţe organice simple;<br />
- substanţe organice complexe;<br />
- hidrocarburile ţiţeiului brut;<br />
- substanţe organice <strong>naturale</strong>;<br />
- asfalt (bitum);<br />
- substanţe anorganice;<br />
- acid oxalic şi sulfuric;<br />
- fenoli;<br />
- chitină;<br />
- piele;<br />
- cauciuc, polimeri, lemn, mase plastice;<br />
- substanţe antibiotice.<br />
Condiţia esenţială pentru producerea reacţiilor biochimice metabolice este ca în<br />
mediul natural sau cultura artificială să existe toate materiile necesare formării constituenţilor<br />
celulari şi produceri <strong>de</strong> energie.<br />
În aceste instalaţii pentru <strong>epurare</strong> biologică în mediile <strong>de</strong> cultură trebuie să existe în<br />
primul rând materiale care să conţină: C, H, O, N, P, S, şi în cantităţi mai mici sursa <strong>de</strong>: K,<br />
Mg, Mn, Na, Ca, Fe, Cl - , PO 4 3- , SO 4 2- , şi in concentraţii foarte reduse oligoelementele: Zn, Ca,<br />
Mo.<br />
Dezasimilaţia, <strong>procese</strong>le catabolice, <strong>de</strong>termină transformarea oxido-reducătoare a<br />
substanţelor organice complexe preluate din mediu, în substanţe simple, cu eliberarea <strong>de</strong><br />
energie.<br />
La organismele procariote cât şi la cele eucariote, în protoplasmă apar în <strong>de</strong>cursul<br />
<strong>de</strong>zasimilaţiei substanţe diverse şi energie care sunt apoi folosite pentru obţinerea<br />
constituenţilor celulari proprii.<br />
În <strong>procese</strong>le metabolice bacteriene <strong>de</strong> <strong>de</strong>zasimilaţie, eliberarea energiei se produce în<br />
trei etape:<br />
a) În etapa I-a <strong>de</strong> <strong>de</strong>gradare a moleculelor <strong>de</strong> origine biologică are un proces <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>scompunere a acestora în constituenţi astfel:<br />
- proteinele se <strong>de</strong>scompun în aminoacizi;<br />
- grăsimile se transformă în glicerină şi acizi graşi;<br />
- gluci<strong>de</strong>le <strong>de</strong>vin hexoze, pentoze, etc.<br />
Energia eliberată în această fază este <strong>de</strong> numai 1% din totalul energiei produse şi se<br />
pier<strong>de</strong> parţial sub formă <strong>de</strong> căldură.<br />
b) Moleculele care provin din <strong>de</strong>gradarea efectuat] în etapa I-a, sunt transformate în<br />
continuare <strong>de</strong> alţi produşi cu formare <strong>de</strong> CO 2 şi H 2 O. În această a II-a etapă se eliberează<br />
4
circa o treime din întreaga energie conţinută în substanţele nutritive cu care s-au alimentat<br />
bacteriile.<br />
c) În cea <strong>de</strong> a III-a etapă <strong>de</strong> <strong>de</strong>zasimilaţie, bacteriile eliberează energia prin două<br />
<strong>procese</strong>:<br />
- <strong>de</strong>scompunerea totală a substanţelor nutritive până la CO 2 şi H 2 O ;<br />
- <strong>de</strong>scompunerea numai parţial a substanţelor nutritive, cu formare <strong>de</strong> numeroşi<br />
produşi intermediari numiţi produşi <strong>de</strong> fermentaţie.<br />
Bibliografie:<br />
Chifu, T., Murariu, A. Bayele protecţiei mediului înconjurător Editura Universităţii<br />
Iaşi 1999.<br />
Cojucaru, I. Surse, <strong>procese</strong> şi produse <strong>de</strong> poluare Editura Junimea Iaşi 1995.<br />
Macoveanu, M. Epurarea avansată a <strong>apelor</strong> Editura Gh Asacki.<br />
5