-
METODE DE REDUCERE A COSTURILOR DE EXPLOATARE PENTRU STAIILE
DE EPURARE RURALE
Mircea Vlad MUREAN, Elena Maria PIC
METHODS OF REDUCING THE OPERATING COSTS FOR WASTEWATER TREATMENT
IN RURAL SETTLEMENTS This paper represents an analysis of the
development of sewage treament
plants, in Romania, for the next decade. It also describes the
current solutions to reduce operating costs for wastewater
treatment. Although current solutions are viable for large capacity
wastewater treatment plants, they are not efficient for small
capacity water treatment plants from rural areas. This paper
identifies unconventional and extensive technologies of wastewater
treatment as optimal solutions for rural settlements. One of these
technologies is the constructed wetlands. Identifying and
understanding that constructed wetlands are the optimal solution
for rural settlements is an important milestone for the aiming to
reduce the energy costs at national level and thus reduce the risks
related to environmental pollution.
Cuvinte cheie: aezri rurale, platouri dinamice, zone umede
construite, tehnologii neconvenionale, extensive
Keywords: rural settlements, plateaus, constructed wetlands,
unconventional technologies, extensive
1. Introducere
Obiectivul principal al epurrii apelor uzate l constituie
ndeprtarea substanelor n suspensie, coloidale i n soluie, a
223
-
substanelor toxice, a microorganismelor etc. din apele uzate, n
scopul proteciei mediului nconjurtor (aer, sol, emisar etc.)
[1].
Staiile de epurare reprezint ansamblul de construcii i
instalaii, n care apele de canalizare sunt supuse proceselor
tehnologice de epurare, care le modific n aa mod calitile, nct s
ndeplineasc condiiile prescrise, de deversare n receptorii naturali
i de ndeprtare a substanelor reinute din aceste ape. Staiile de
epurare pot fi clasificate n dou mari categorii [1]:
oreneti; industriale.
Prin aderarea Romniei la Uniunea European, la 1 ianuarie 2007,
s-au adoptat o serie de dispoziii speciale care au sprijinit
aderarea n bune condiii a acesteia. O astfel de dispoziie special
este Directiva 91/271/CEE, acest document avnd ca obiectiv protecia
mediului de efectele negative ale evacurilor de ape uzate i prezint
etapele pe care Romnia i le propune s le urmeze privind epurarea
apelor uzate, graficul de realizare n timp i costuri.
Conform acestora, apele uzate provenite de la aglomerri umane cu
mai mult de 10.000 l.e.(locuitori echivaleni) trebuie sa fie supuse
unei epurri teriare (reinerea compuilor azotului i fosforului,
precum i a altor impurificatori a cror structur chimic i biologic
nu permite ca acetia s fie reinui i eliminai ntr-o staie de epurare
obinuit) pn la data de 31 decembrie 2015, iar apele uzate provenite
de la aglomerri umane cuprinse ntre 2.000-10.000 l.e. trebuie s fie
supuse unei epurri biologice pn la 31 decembrie 2018 [2].
Din aceste obiective impuse de ctre Uniunea European, se poate
identifica o nou categorie de clasificare a staiilor de epurare.
Aglomerrile umane cu mai mult de 10.000 l.e. se ncadreaz n
categoria staiilor de epurare oreneti, iar cele cu aglomerri umane
cuprinse ntre 2.000 10.000 l.e. formeaz noua categorie a staiilor
de epurare rurale.
2. Costurile de exploatare ale staiilor de epurare
Costurile de ntreinere i exploatare se difereniaz n urmtoarele
tipuri de costuri [3]:
a) Costuri specifice de ntreinere i exploatare raportate la
procesul tehnologic, cum ar fi, pentru:
- Energie; - ntreinerea echipamentelor; - Consumabile (substane
chimice, saci deshidratare etc.).
224
-
b) Costuri specifice de ntreinere i exploatare raportate la
ansamblul staiei de epurare, cum ar fi, pentru:
- Personal; - Evacuarea deeurilor solide; - Altele (spre exemplu
administrare etc.).
Dintre acestea, costurile cu energia reprezint ponderea cea mai
mare din totalul costurilor de exploatare i ntreinere.
Sunt luate n considerare urmtoarele consumuri specifice (pe
l.e.) de energie pentru staiile de epurare, referitoare la:
Grtare i site 0,5 kWh/l.e/an Separator grsimi i deznisipator 2,2
kWh/l.e/an Decantor primar 0,6 kWh/l.e/an Modul biologic cu nmol
activ 25,8 kWh/l.e/an Decantoare secundare 2,3 kWh/l.e/an ngrotor
nmol 1,1 kWh/l.e/an Bazin fermentare anaerob nmol 2,9 kWh/l.e/an
Fermentare i deshidratare nmol 1,2 kWh/l.e/an Altele (eliminare
fosfor, administrare) 3,0 kWh/l.e/an
n total, consumul specific anual cu energia pentru o staie de
epurare este de 39,6 kWh/l.e/an, iar consumul specific zilnic cu
energia este de 0,108 kWh/l.e/zi [3].
La 1 ianuarie 2010, populaia Romniei a fost, conform
Institutului Naional de Statistic, de 21.462 mii locuitori,
ponderea populaiei urbane fiind de 55,1 %, iar cea a populaiei
rurale de 44,9 % din totalul populaiei [4]. Conform evidenei
Administraiei Naionale Apele Romne, la finalul semestrului II al
anului 2011, mediul urban avea un grad de racordare la staii de
epurare de 67,17 %, iar mediul rural de 7,21 % [5].
Pentru calculul consumului specific zilnic cu energia pentru
staiile de epurare de pe teritoriul Romniei n 2012, datele anterior
menionate sunt centralizate n tabelul 1.
Tabelul 1 Total populaie: 21462 mii loc. Consum specific
energie: 1 l.e = 0,108 kWh/zi
Mediu Pondere populaie total [%]
Mii locuitori/ mediu
Grad racordare la staiile de epurare [%]
Mii locuitori/ mediu
MWh/zi
Urban 55,1 11825,56 67,17 7943,23 857,87
Rural 44,9 9636,44 7,21 694,79 75,04
Total: 932,91
225
-
Consumul mediu zilnic de energie la nivel naional este de
168.000 MWh [6], iar consumul de energie specific zilnic pentru
staiile de epurare este de 932,91 MWh, acesta reprezentnd 0,56 %
din consumul mediu zilnic de energie la nivel naional, cu un cost
zilnic de aproximativ 110.000 euro.
Dac se presupune c Romnia i va ndeplini ndatoririle cu privire
la Directiva 91/271/CEE, n anul 2018, ntreaga populaie a Romniei ar
fi racordat la sisteme de epurare a apei uzate. Rezultatele
consumului specific cu energia pentru staiile de epurare de pe
teritoriul Romniei, n aceast ipotez este prezentat n tabelul 2.
Tabelul 2
Total populaie: 21462 mii loc. Consum specific energie: 1
l.e=0,108 kWh/zi
Mediu Pondere populaie total [%]
Mii locuitori/ mediu
Grad racordare la staiile de epurare [%]
Mii locuitori/ mediu MWh/zi
Urban 55,1 11825,56 100 11825,56 1277
Rural 44,9 9636,44 100 9636,44 1041
Total: 2318 Datele din tabelul 1 i respectiv din tabelul 2 sunt
sintetizate n
figura 1.
Fig. 1 Populaia total a Romniei i procentajul de racordare a
acesteia
la staiile de epurare
226
-
n aceast ipotez consumul de energie zilnic total pentru staiile
de epurare este de 2.318 MWh, reprezentnd 1,38 % din consumul mediu
zilnic de energie la nivel naional i un cost zilnic de energie de
aproximativ 270.000 euro, figura 2.
Fig. 2 Consumul i costul zilnic de energiei la nivel naional,
preconizat n 2018
Din analiza figurii 2 se observ o cretere a consumului de
energie
pentru staiile de epurare n 2018 de 248 % n comparaie cu anul
2012. Ponderea cea mai mare o reprezint mediul rural, unde creterea
consumului de energie preconizat n 2018 este de 1.340 % fa de anul
2012.
Aadar, se impune o optimizare a consumurilor de energie pentru
staiile de epurare existente i gsirea unor metode tehnologice cu
consum redus de energie pentru staiile de epurare care se vor
construi n zona rural.
3. Metode de reducere a consumului de energie n prezent se
cerceteaz noi metode de optimizare a consumului
de energie i implicit a costurilor de exploatare. Printre
metodele cele mai vehiculate se includ [7]:
Automatizarea complex a proceselor, prin asigurarea regimurilor
optime de funcionare a acestora cu consum minim de
227
-
energie i materiale, cu o fiabilitate deosebit. Aceast metod s-a
impus n aproape toate domeniile, reprezentnd astzi nu o opiune, ci
o necesitate.
Identificarea urmtoarelor surse de energie neconvenional care ar
putea conduce la optimizarea energetic a staiei de epurare:
Energie solar - panouri solare care obin direct energie termic i
panouri fotovoltaice care furnizeaz direct energie electric;
Energie eolian - prin intermediul turbinelor eoliene care produc
direct energie electric cu ajutorul curenilor de aer;
Energie geotermic - care prin intermediul pompei de cldur
genereaz energie termic, folosind cldura extras din pmnt;
Energia co-generativ - prin utilizarea biogazului produs n staia
de epurare a apelor uzate n grupuri care furnizeaz direct energie
electric i termic simultan cu randamente superioare (peste 70 %) n
funcie de mrimea grupului.
Energia hidraulic - prin montarea unei centrale hidroelectrice
de mic putere n punctul de deversare a apei epurate n emisar.
ntr-adevr, automatizarea complex a proceselor prin implementarea
unui sistem SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition =
control supravegheat i achiziii de date) este o metod viabil pentru
staiile de epurare de capacitate mare, unde exist personal
specializat, iar costurile de implementare se amortizeaz ntr-o
perioad relativ redus. Totui automatizarea complex a proceselor nu
reprezint o soluie pentru staiile de epurare de capacitate mic din
zonele rurale, unde nu exist personal specializat cu capacitate de
exploatare a acestor sisteme. De asemenea, procesele tehnologice
sunt simple, nefiind justificat necesitatea alegerii unui sistem
complex de automatizare.
Prin amplasarea staiilor de epurare n zonele limitrofe ale
localitilor, se creeaz condiiile optime de utilizare a surselor
neconvenionale de energie. Dar analiznd randamentele de conversie a
surselor regenerabile n energie electric (aproximativ 20 % [8]) se
constat ineficacitatea implementrii acestora raportate la costurile
de investiie.
Epurarea apelor uzate se realizeaz convenional prin intermediul
proceselor tehnologice care utilizeaz echipamente electrice
(exemplu: pompe, aeratoare, suflante etc.), energia consumat pentru
funcionarea continu a acestora crescnd costurile de exploatare a
staiei de epurare. Folosirea surselor regenerabile de energie nu
reprezint soluia fiabil de reducere a acestor costuri
228
-
datorit randamentelor sczute de conversie n energie electric i a
costurilor mari de investiie.
Metodele optime de epurare a apelor uzate le reprezint procesele
tehnologice neconvenionale, care nu utilizeaz echipamente electrice
pentru tratarea biologic a apei. Exemple de tehnologii
neconvenionale de epurare a apelor uzate sunt cmpurile de irigare i
filtrare, filtrele de nisip, cmpurile de filtrare subterane,
iazurile de stabilizare i platourile dinamice sau zonele umede
construite [1].
4. Platourile dinamice
Cele mai bine dezvoltate tehnici la nivelul staiilor de epurare
a
apelor reziduale urbane sunt procese biologice intensive.
Principiul const n exploatarea pe un spaiu mic, intensificarea
degradrii naturale a materiilor organice i nlturarea nutrienilor. O
astfel de tehnologie consacrat i dezvoltat este sistemul cu nmol
activ cu aerare continu, care necesit o alimentare permanent cu
energie electric, precum i un personal calificat pentru exploatare
i ntreinere. Tehnologiile extensive au avantaje considerabile att n
ceea ce privete cheltuielile de investiie ct i de exploatare.
Procedeul de epurare extensiv se bazeaz pe culturi de bacterii.
Epurarea se asigur datorit reteniei de lung durat care necesit un
spaiu mai larg dect n cazul sistemelor intensive. Metodele de
epurare n platouri dinamice au o performan ridicat, costuri sczute,
consum mic de energie (uneori chiar egal cu zero) i procedeu de
epurare cu necesitate redus de ntreinere, foarte potrivite zonelor
rurale [9].
Platourile dinamice sunt ecosisteme naturale unde apele
reziduale sunt introduse pentru epurare biologic i fizic ntr-un
filtru de nisip pe care se dezvolt vegetaie. Patul filtrant poate
fi format din materiale precum nisip sau pietri de diferite
granulaii i izolat etan (cu geotextil i geomembran). Tratarea
apelor uzate este asigurat prin activitatea bacteriilor de pe
biofilmul substratului i filtrului fizic ct i prin efectele
absorbante. Pentru accelerarea procesului pe toat suprafaa
filtrului de nisip se cultiv plante, de obicei trestie, din acest
motiv deseori sunt denumite filtr cu pat de trestie.
Exist diferite tipuri de sisteme, ns predomin utilizarea
sistemului subsuperficial n care nivelul apelor se menine sub acela
al suprafeei. n general, zonele umede construite cuprind o etap de
tratare mecanic prealabil pentru sedimentarea materiilor organice
solide cu scopul evitrii colmatrii.
229
-
O tratare neeficient poate rezulta prin acumulri n punctul de
descrcare a influentului, miros neplcut, colmatarea filtrului sau
blocaje ale conductelor de nfiltrare. Tratarea prealabil poate fi
realizat prin sedimentare primar n decantoare. Pentru instalaiile
de dimensiuni mici de regul se folosesc fosele septice, figura 3.
Nmolul primar trebuie evacuat frecvent (o dat pe an).
Fig. 3 Platou dinamic cu flux vertical i pretratare mecanic
[10]
Zona umed construit, dup tratarea mecanic, poate fi un procedeu
cu o singur etap. Alimentarea platourilor dinamice se realizeaz
intermitent, pentru a se asigura condiiile aerobe n filtru.
Criteriile de proiectare pentru platoul dinamic sunt suprafa de
4 m2/l.e i o ncrcare hidraulic zilnic de 80 mm. Adncimea patului
filtrant este ntre 0,5 - 1,0 m. Corpul filtrant se alctuiete din
umplutur de nisip i pietri. n stratul inferior de granulaie mare
(filtru invers) se monteaz tuburile de drenaj, figura 4.
Tehnologia platourilor dinamice este fundamentat pe capacitatea
de epurare a trei elemente principale: comunitatea microbian
dezvoltat n patul filtrant, proprietile fizice i chimice ale
stratului filtrant i plantele care populeaz platoul dinamic.
Microorganismele se ataeaz de particulele de nisip sau pietri i
de rdcinile plantelor. Acestea metabolizeaz materiile poluante, le
degradeaz i le mineralizeaz [12].
Alegerea componenei stratului filtrant este foarte important i
depinde de cerinele aplicaiei. Componena straturilor filtrante
trebuie s permit un timpul de tranzitare a acestuia de aproximativ
60 de secunde [13].
230
-
Fig. 4 Seciune printr-un platou filtrant [11]
Plantele ndeplinesc trei funcii n cadrul platoului dinamic.
Sistemul foarte extins de rdcini creeaz, n primul rnd, canale
pentru ca influentul s treac prin patul de nisip.
n al doilea rnd, rdcinile introduc oxigen n substraturile
biofiltrului i asigur mediul unde bacteriile aerobice se pot
dezvolta. Aceste organisme sunt necesare pentru a descompune multe
tipuri de compui, n special oxidarea azotului n nitrai.
n al treilea rnd, plantele asimileaz cantiti de nutrieni din apa
uzat.
n timpul sezonului cald, aproximativ 15 % din capacitatea de
tratare a biofiltrului are loc pe aceast cale. Plantele sunt de
asemenea capabile s acumuleze anumite metale grele, o arie de
aplicare care prezint un mare interes de cercetare n prezent.
5. Concluzii Utilizarea platourilor dinamice pentru mbuntirea
calitii
apei uzate menajere este o tehnologie n dezvoltare. Totodat,
reprezint soluia ideal pentru tratarea apelor uzate menajere
provenite de la aezri rurale de capacitate mic, fiind o metod care
epureaz suficient apele uzate menajere.
Aceast metod este optim din punctul de vedere al costurilor de
exploatare i ntreinere i ecoresponsabil n ceea ce privete
protejarea tuturor componentelor mediului nconjurtor.
231
-
ACKNOWLEDGMENT
Aceast lucrarea a fost realizat beneficiind de sprijinul colii
Doctorale a Universitii Tehnice Cluj-Napoca.
BIBLIOGRAFIE
[1] Ionescu, G.C., Sisteme de epurare a apelor uzate, Editura
MatixRom, Bucureti, 2010, pag. 9 i 114. [2] * * * Guvernul Romniei,
Plan de implementare pentru Directiva 91/271/CEE privind epurarea
apelor uzate oreneti modificat prin Directiva 98/15/CE, 2004, pag.
39. [3] * * * Primria Trgu Mure, Anexa D1.2 Costuri de exploatare i
ntreinere Primrie costuri exploatare,2005, Plan Director, pag. 3 i
4 [online] Disponibil la: . [4] * * * Institutul Naional de
Statistic, Populaia Romniei pe localiti la 1 ianuarie 2010, ISSN:
2066-2181, 2010, pag. 3. [5] * * * Administraia Naional Apele
Romne, Stadiul realizrii lucrrilor pentru epurarea apelor uzate
urbane i a capacitilor n execuie i puse n funciune pentru aglomerri
umane, n semestrul II 2011, 2012, pag. 1. [6] * * *
http://www.sistemulenergetic.com. [7] Gligor, E.T., Contribuii la
optimizarea energetic a instalaiilor i echipamentelor din cadrul
staiilor de epurare a apelor uzate, Rezumat al Tezei de doctorat,
2011, pag. 11 i 17. [8] * * *
http://ro.wikipedia.org/wiki/Energie_solar%C4%83_fotovoltaic%C4%83.
[9] Wendland, C., Albold, A., Sisteme de epurare durabile i
eficiente a apelor reziduale din comunitile rurale i suburbane cu
pn la 10000 PE, Editura WECF(Women in Europe for a Common Future),
2010, pag. 3 i 18-20. [10] * * *
http://www.bodenfilter.de/engdef.htm. [11] DuPoldt, C., Edwards,
R., Garber, L., Isaacs, B., A handbook of Constructed Wetlands,
1995, Vol.1, pag. 6-8. [12] * * *
http://www.ciwem.org/policy-and-international/current-topics/water-management/reed-bed-wastewater-treatment.aspx#.
[13] Weedon, C.M., Vertical down-flow Constructed Wetlands -
Towards optimal wastewater treatment, Articol prezentat la
Conferina Constructed Wetland Association AquaEnviro, Londra,
2012.
Ing. Dipl. Mircea-Vlad Muresan Universitatea Tehnic din
Cluj-Napoca
[email protected] Prof. univ. Dr. chim. Elena Maria PIC
Universitatea Tehnic din Cluj-Napoca
[email protected]
232
