Popa Teza de Doctorat

  • Published on
    18-Feb-2015

  • View
    30

  • Download
    4

Embed Size (px)

Transcript

<p>Universitatea de tiine Agricole i Medicin Veterinar Cluj-Napoca coala Doctoral Facultatea de Zootehnie i Biotehnologii</p> <p>POPA G. MELANIA - DANA</p> <p>METODE NECONVENIONALE, ECOLOGICE, DE EPURARE A APELOR UZATE</p> <p>- REZUMAT AL TEZEI DE DOCTORAT -</p> <p>CONDUCTOR TIINIFIC: Prof. dr. biol. LETIIA OPREAN</p> <p>CLUJ-NAPOCA 2011</p> <p>CUPRINS</p> <p>Introducere .................................................................................................................................... 3 I. Stadiul actual al cunoaterii ...................................................................................................... 4 1. Apa caracterizare general ....................................................................................................... 5 2. Epurarea apelor uzate .................................................................................................................. 7 3. Caracterizarea apelor de suprafa i uzate din zona Media ...................................................... 9 Scop i obiective ........................................................................................................................... 11 II. Partea experimental ............................................................................................................. 12 4. Monitorizarea fizico-chimic i microbiologic a apei din zona municipiului Media ............ 13 5. Cercetri privind utilizarea tufurilor zeolitice n tehnologii neconvenionale de epurare a apelor uzate ................................................................................................................................... 21 6. Analiza degradrii octilfenolului sub influena radiaiei ultraviolete naturale i artificiale ...... 24 Concluzii ....................................................................................................................................... 28 Bibliografie................................................................................................................................... 32</p> <p>II</p> <p>Introducere Apa natural este o surs hotrtoare n drumul spre un viitor durabil. n ciclul hidrologic, apa reprezint baza produciei de alimente, a comerului, a necesitilor umane i a nenumratelor ecosisteme acvatice. Sursa natural de ap este finit, n timp ce cerina de ap este n permanent cretere, datorit dezvoltrii activitii umane din ultimele decade. Una dintre problemele majore ale omenirii o constituie, n prezent, poluarea. Este evident c mediul natural se deterioreaz ncetul cu ncetul i c sistemele ecologice nu se mai pot adapta la presiunea factorilor antropici, autoreglarea ecosferei nemaifiind posibil. Tema lucrrii de fa se nscrie n preocuprile actuale de a evalua i reduce impactul unor elemente poluante asupra apelor de suprafa, dar i de a elabora i mbunti metode moderne, neconvenionale, nepoluante, de tratare a apelor uzate, ntruct tehnologiile convenionale de epurare constituie mari consumatoare de energie. Un studiu complex (teoretic i experimental), sistematizarea informaiei i elaborarea unor soluii viabile de remediere a apelor uzate ar permite reutilizarea acestor ape. Teza cuprinde 331 pagini i este structurat n dou pri, dup cum urmeaz: Partea I, sintetizat n trei capitole, expune studiul literaturii de specialitate, pe parcursul a 64 pagini, 4 tabele i 3 figuri, rednd stadiul actual al cunoaterii cu privire la apele uzate, posibilitile de epurare a acestora, prezena a diveri poluani care afecteaz calitatea apelor de suprafa, precum i necesitatea inerii sub control a acestora. Partea a II-a prezint, n cele trei capitole i, respectiv, 227 pagini pe care le cuprinde, cercetrile efectuate n scopul atingerii obiectivelor propuse n teza de fa. Partea experimental include o serie de 50 tabele i 75 figuri. Doresc s-i mulumesc n mod deosebit Doamnei Prof. Univ. Dr. Biol. Letiia Oprean, conductor tiinific al prezentei lucrri, pentru sprijinul la nivel tiinific acordat, ct i pentru deschiderea sa pentru toate propunerile mele; mi exprim, de asemenea, recunotina pentru ncrederea, sprijinul i nelegerea acordat pe tot parcursul elaborrii tezei. Sincere mulumiri doresc s-i adresez Doamnei Dr. Mariana Neamu, pentru atenta ndrumare i recomandrile preioase acordate pe parcursul stagiului de cercetare efectuat prin programul EU-ERASMUS de cooperare bilateral ntre Universitatea Fridericiana din Karlsruhe (TH), Germania i Universitatea Lucian Blaga din Sibiu, Romnia (Proiect Nr. 06.3), desfurat n cadrul Departamentului de Chimia Apei al Institutului Engler-Bunte, din Karlsruhe. A dori s-i mulumesc Prof. Dr. Dr. habil. F. H. Frimmel, ef de catedr la Institutul Engler-Bunte, Departamentul Chimia Apelor a Universitii Fridericiana din Karlsruhe (TH), pentru c mi-a permis s particip la realizarea acestui proiect de cercetare. in s-mi exprim recunotina i s le mulumesc din tot sufletul prinilor mei pentru dragostea i nelegerea dovedit pe tot parcursul realizrii tezei de doctorat. Le mulumesc prietenilor pentru preiosul suport moral, precum i tuturor celor care s-au implicat activ n tot ce a nsemnat pentru mine perioada de doctorat.</p> <p>III</p> <p>STADIUL ACTUAL AL CUNOATERII</p> <p>IV</p> <p>Apa - caracterizare general Apa, substana chimic indispensabil vieii Exist o molecul avid cutat de ctre om n ntreg universul: APA, ntruct descoperirea acesteia n atmosfera vreunei planete ndeprtate ar constitui ntruchiparea celor mai nebunatice vise ale umanitii. Apa este substana unic, ale crei caracteristici definesc proprietile biologice i fiziologice de pe Terra. Se accept unanim faptul c o ap absolut pur nu exist n natur, ns proprietile ei trebuie cunoscute, deoarece n raport cu acestea se stabilesc calitile apelor naturale, respectiv ale apelor care se preleveaz la surse pentru diferite necesiti (PSLRAU i colab., 1981). Apa, cu formula molecular H2O, este singura substan natural care exist n trei stri de agregare: gazoas, lichid i solid, n domeniul normal de temperatur. La temperatura camerei, apa este incolor, inodor i fr gust. La presiune atmosferic normal (1 atm) fierbe la 100 C (212 F) i nghea la 0 C (32 F). Apa este un compus foarte stabil, dar poate fi descompus prin electroliz, cu degajare de hidrogen i oxigen. Surse de alimentare cu ap Pentru alimentarea cu ap a centrelor populate i a industriilor pot fi utilizate urmtoarele surse naturale, care se disting ntre ele prin caracteristicile calitative, regimul de curgere i posibilitile de captare i tratare (TEODOSIU, 2001): surse de ap de suprafa, constituite din ape curgtoare: ruri, aflueni i fluvii, lacuri naturale i artificiale i apele mrilor i oceanelor; surse de ap subteran. Deversarea unor eflueni insuficient epurai a condus la alterarea calitii cursurilor de ap i la apariia unei game largi de impurificatori: substane organice greu degradabile, compui ai azotului, fosforului, sulfului, microelemente (cupru, zinc, plumb), pesticide, insecticide organo-clorurate, detergeni etc. De asemenea, n multe cazuri se remarc impurificri accentuate de natur bacteriologic (ROJANSCHI i OGNEAN, 1989). O particularitate caracteristic a apei din ruri este capacitatea de autoepurare, datorat unor serii de procese naturale biochimice, favorizate de contactul aer - ap. Autoepurarea sau epurarea natural este reprezentat de totalitatea proceselor naturale de epurare prin care o ap este readus la nivelul calitativ existent nainte de a fi poluat i are, la scar natural, rolul unei staii de epurare a apelor impurificate, n aval de punctul de deversare. Procesul de autoepurare se realizeaz prin aciunea unor factori de mediu, de natur fizic, chimic i biologic, ce pot interveni simultan sau ntr-o anumit succesiune (NEGULESCU, 1985). Acelai factor de mediu poate influena mai multe procese; astfel, temperatura influeneaz viteza de sedimentare a materiilor n suspensie, viteza unor reacii chimice sau intensitatea proceselor metabolice ale bacteriilor sau ale organismelor acvatice. Poluarea apelor n studiul polurii apei, chimia analitic joac un rol important. Din punct de vedere al determinrii componenilor poluani, apa reprezint un sistem de complex. Operaia de msurare este fundamental n analiz. O msurtoare simpl poate implica proprieti ca: mas, intensitate de curent, tensiune, volum sau timp (MARTIN et al., 2000; MUSSARI et al., 2000; DUNSTAN et al., 2000)Alte proprieti, cum sunt: absorbia sau emisia de energie, rotaia optic (PEDDLE et al., 1999), indicele de refracie (KENDRICK et al., 2001), constanta de echilibru (ORTIZ et al., 2000), constanta vitezei de reacie (DILLINGHAM et al., 2000; LAARHOVEN and MULDER, 1997), energia de activare (MITCHELL et al., 2002), cldura de reacie (CEDENO et al., 2000; DAI et al., 2000) necesit evaluri complexe (PAULSEN et al., 1999).</p> <p>V</p> <p>Monitorizarea calitii apelor Pentru monitoringul mediului, la nivel mondial exist Monitoringul de fond global integrat al polurii mediului IGBM i Sistemul global de monitoring al mediului GEMS. Primul se ocup de monitoringul de fond (nainte de intervenia polurii), iar al doilea de monitoringul de impact (dup intervenia polurii). Componenta GEMS pentru ape a fost lansat n 1977, cuprinznd peste 300 de staii de monitorizare, rspndite n toat lumea. GEMS are norme i monitorizeaz zeci de parametri de calitate a apei, pentru diverse categorii de ap, inclusiv unii cum sunt: clorofila, borul, hidrogenul sulfurat, molibdenul, vanadiul, numeroi compui organici care nu sunt analizai de rutin n multe ri. Prin normativul NTPA 002/2002 sunt stabilite condiiile n care se accept evacuarea apelor uzate n reelele de canalizare ale localitilor sau direct n staiile de epurare, astfel nct s se asigure protecia i funcionarea normal a receptorilor i protejarea mediului de efectele nocive ale evacurilor accidentale de ape uzate. NTPA-ul prevede indicatorii de calitate ce trebuie s caracterizeze apele uzate i limitele maxim admise ale acestora. Ape uzate Apele uzate provin din ncrcarea apei din natur cu materiale i substane care i modific indicatorii de calitate, o polueaz. Apa se ncarc cu materii poluante, devenind uzat prin utilizarea ei de ctre om, n cele mai diverse scopuri practice i prin contactul apelor meteorice (ploaie, zpad) cu produse ale activitii umane, care se gsesc n aer i pe sol. n primul caz, ntruct domeniile de folosire a apei mbrac cele mai diverse forme (ap potabil, alimentarea cu ap a industriei, alimentarea cu ap a agriculturii, piscicultura, scopuri urbanistice i de agrement), posibilitile de poluare a acesteia sunt foarte mari. Cantitile foarte mari de ape uzate provin din unitile industriale. Astfel, pentru obinerea unei tone de hrtie rezult circa 100 - 200 m3 ape uzate; pentru o ton cauciuc, 150 m3; pentru prelucrarea unei tone de fructe rezult circa 10 - 20 m3 ap uzat, dar i apa uzat care provine din consumul casnic (apa menajer) este n cantitate destul de mare. Astfel, s-a nregistrat, pentru un cartier neindustrializat din Bucureti, un debit de consum de circa 0,35 m3/locuitor/zi (ROJANSCHI i OGNEAN, 1997). Apele uzate oreneti constituie un amestec ntre apele uzate menajere i apele uzate industriale. Calitatea apelor de suprafa a emisarilor, n care sunt evacuate apele uzate este i ea influenat de calitatea apelor uzate, rezultat ca urmare a tratrii acestora n msur mai mare sau mai mic n staiile de epurare. Pentru stabilirea compoziiei apei uzate i de suprafa se determin, prin analize de laborator, caracteristicile fizice, chimice, bacteriologice i biologice ale acestora. Analizele au drept scop: s furnizeze informaii asupra gradului de murdrire a apelor uzate i de suprafa i asupra condiiilor n care trebuie tratate acestea, respectiv folosite; s stabileasc eficiena staiilor de epurare i condiiile n care se produce autoepurarea; s determine influena pe care o va avea deversarea apelor uzate n emisari. Determinrile (parametrii vor fi detaliai n subcap. 1.5.2.2) se pot grupa n cinci mari categorii (NEGULESCU, 1978): care stabilesc cantitatea i starea materiilor coninute n ape, precum i aspectul acestora: materii solide totale, separabile prin decantare, dizolvate, culoare, turbiditate etc.; care definesc cantitatea, starea i condiiile n care se gsesc materiile organice: materii solide n suspensie separabile prin decantare-organice, materii solide dizolvate-organice, consum biochimic de oxigen n 5 zile, consum chimic de oxigen, azot total etc.; care stabilesc prezena materiilor specifice apelor uzate: azotul sub toate formele sale, O2, grsimile, clorurile, sulfurile, pH; VI</p> <p> care indic mersul descompunerii apei uzate sau de suprafa: CBO5, O2, azotul sub diferite forme, H2S, miros, temperatur; care stabilesc prezena i felul organismelor din ap, n scopul cunoaterii stadiului epurrii n diferite trepte ale staiei de epurare, necesarul de clor, gradul de murdrire a emisarului etc. 2. Epurarea apelor uzate Apele uzate industriale care constituie o parte, uneori destul de important, a apelor uzate oreneti, sunt admise n reeaua de canalizare, respectiv n staia de epurare, numai n anumite condiii. Epurarea n comun a apelor uzate menajere cu cele industriale este recomandat de literatura de specialitate ori de cte ori amestecul de ape nu degradeaz sau mpiedic funcionarea reelei de canalizare i nu prejudiciaz buna funcionare a staiei de epurare (MUNTEANU, 1960). Evacuarea apelor uzate industriale n reeaua de canalizare oreneasc i epurarea n comun cu apele oreneti ofer urmtoarele avantaje (NEGULESCU, 1978): asigur o cooperare eficient ntre industrie i ora, ambele urmrind reducerea preului de cost al epurrii apelor uzate; apele uzate industriale conin uneori materii nutritive necesare dezvoltrii n condiii optime a procesului de epurare, care n cazul epurrii separate ar trebui adugate artificial; n cazul existenei unei singure staii de epurare comune, costul epurrii apelor uzate este mai redus; de asemenea, i valoarea investiiei unei singure staii este mai redus; un singur responsabil cu epurarea apelor uzate pe ntreg oraul poate rspunde mai eficient de epurarea apelor uzate. Principii generale ale epurrii apelor uzate provenite din industrie Epurarea apelor uzate constituie ansamblul procedeelor fizice, chimice, biologice i bacteriologice, prin care se reduce ncrcarea n substane poluante organice sau anorganice i n bacterii, n scopul proteciei mediului nconjurtor (aer, sol, emisar etc.). Ea are ca rezultat obinerea unor ape curate, n diferite grade de purificare, n funcie de tehnologiile i echipamentele folosite, precum i un amestec de corpuri i substane care sunt denumite, generic, nmoluri. Principii teoretice i reacii de baz ale procesului de epurare Principiile teoretice i reaciile chimice care stau la baza procesului de epurare sunt prezentate, pe scurt, n cele ce urmeaz. Asocierea celor trei faze de epurare, mecanic, chimic i biologic a fost conceput n vederea obinerii unui randament sporit de ndeprtare a impuritilor existente n apele reziduale brute, pentru redarea lor n circuitul apelor de suprafa, la parametrii avizai de normele n vigoare. Astf...</p>