LEVIGATUL ŞI TRATAREA ACESTUIA

Levigatul

Când un lichid traversează prin infiltrare un mediu oarecare, unde solubilizează

şi dizolvă anumite componente, iar pe altele le antrenează sub formă de suspensii

(fenomen numit levigare), se produce aşa numitul levigat. Acest termen este utilizat

îndeosebi în ştiinţele mediului şi face referire la apa poluată cu compuşi care, odata

ajunşi în contact cu mediul înconjurător, pot avea un impact negativ asupra acestuia,

creind un dezechilibru ecologic prin afectarea formelor de viaţă la diferite nivele. Mediul

poluant este constituit în general din substanţe organice aflate în deverse stadii de

descompunere, fie aerobă, fie anaerobă, cel mai comun context fiind reprezentat de

depozitele de deşeuri menajere şi industriale.

În sens mai larg, levigat poate fi numit orice lichid care, în urma penetrării unui

anumit substrat, conţine cantităţi semnificative de substanţe contaminante.

Levigatul de groapă

În depozitele de deşuri levigatul ia naştere prin percolarea deşeurilor - aflate în

diverse stadii de putrefacţie - de către apa de precipitaţii. Aceasta se infiltrează în

multiplele straturi de deşeuri, dizolvând şi antrenând o largă varietate de compuşi, astfel

că, în funcţie de compoziţia deşeurilor penetrate, putem avea un spectru larg de

levigate, acestea putând diferi mult în ceea ce priveşte compoziţia şi conţinând atât

substanţe dizolvate cât şi suspensii solide.

Precipitaţiile sunt responsabile de producerea celui mai mare volum de levigat la

gropile de deşeuri, însă acestea nu sunt singura sursă de agent percolant. O importantă

cantitate de apă este conţinută din start în deşeuri, iar descompunerea unor substanţe

generează, de asemenea, volume semnificative de apă, toate acestea contribuind la

producerea unei însemnate cantităţi suplimentare levigat.

Producerea levigatului

Microorganismele - în principal bacterii şi fungi, dar şi unele specii de insecte,

acarieni, anelide, ş.a. - prin activitatea cauzată de metabolismul acestora, reprezintă

principalii contribuitori la descompunerea deşeurilor. Factorii naturali externi

(temperatură, radiaţii UV, etc.) au o contribuţie neglijabilă în acest sens, aceştia

acţionând numai la suprafaţă, cu efecte insignifiante.

Activitatea microorganismelor este

condiţionată de prezenţa apei. Apa acţionează

atât ca mediu de reacţie cât şi ca vector de

răspândire a acestora în masa de deşeuri.

Atunci când deşeurile sunt străbătute de apele

de infiltraţie, populaţiile de bacterii şi de fungi se

dezvoltă masiv, ceea ce conduce la o degradare

intensă a substratului organic, cu producerea

produşilor de descompunere, care variază în

funcţie de natura substratului şi de prezenţa sau absenţa oxigenului.

Degradarea oxidativă are loc mai mult în stratul de suprafaţă, acolo unde încă

mai există oxigen prezent în substrat, sub acţiunea microorganismelor aerobe, care

predomină în acest tip de mediu. Produşii de descompunere din acest spaţiu sunt mai

puţin toxici, multe substanţe organice fiind degradate pînă la dioxid de carbon şi apă,

sau substanţe organice cu masă moleculară mică.

Dezvoltarea microorganismelor anaerobe este favorizată de absenţa din mediu

oxigenului şi sunt responsabile de reacţiile de descompunere anaerobe, care au loc în

cea mai mare parte a masei de deşeuri. Produşii de descompunere anaerobă reprezintă

principala sursă de contaminanţi din levigat, dar şi în ceea ce priveşte constituenţii

gazului de depozit (metan, hidrogen sulfurat, etc.).

Cantitatea de suspensii este mult influenţată de pH-ul levigatului. Prin percolare

sunt antrenaţi în apă o serie de ioni, care îi pot conferi acesteia un caracter fie acid, fie

bazic. Un pH acid va stimula întotdeauna mobilizarea ionilor metalici, ducând la

creşterea concentraţiei de substanţe dizolvate din levigat şi, implicit, a conductivităţii

acestuia, în timp ce unul bazic va predispune la precipitarea lor, consecinţa logică fiind

o cantitate de suspensii în levigat mai mare decât în primul caz şi o concentraţie mai

mică a substanţelor dizolvate.

Levigatul format reacţionează cu unele materiale care sunt în mod normal inerte,

cum ar fi cenuşa sau materialele de construcţii pe bază de ciment sau gips,

schimbându-le compoziţia. Astfel, de exemplu, în zonele cu conţinut ridicat de gips, este

produs mai mult hidrogen sulfurat – constituent cu pondere ridicată în gazul de depozit.

Fig.1 Levigatul

Depozitele municipale, care stochează şi deşeuri industriale, însă fără a avea un

conţinut important de deşeuri chimice, pot fi caracterizate de un levigat care cuprinde

patru mari categorii de contaminanţi:

1.materii organice dizolvate (alcooli, aldehide, acizi, zaharuri, etc.)

2.materii anorganice dizolvate (sulfaţi, cloruri, ioni de fier, aluminiu, zinc, amoniu,

etc., respectiv anioni şi cationi comuni)

3.metale grele (plumb, mercur, cupru, nichel, etc.)

4. substanţe organice xenobiotice, de tipul compuşilor organo-halogenaţi (de

exemplu dioxine).

Sub aspect fizic, levigatul poate fi descris ca un lichid urât mirositor, de culoare

negricioasă, gălbuie ori portocalie. Mirosul este înţepător, pregnant şi este dat de

compuşii amoniacali şi de cei ai sulfului (în general mercaptani). Ajuns în apele naturale

le conferă acestora o culoare roşiatică-portocalie.

Impact

În gropile de deşeuri mai vechi, neconforme cu reglementările în vigoare, unde

nu exista un sistem de drenare si o geomembrană pentru impermeabilizarea bazei

depozitului, levigatul ajunge în sol, infiltrându-se până la pânza de apă freatică, pe care

o contaminează, periclitând astfel integritatea ecosistemului. Pentru limitarea acestor

efecte, depozitele vechi trebuie închise şi

acoperite cu materiale impermeabile, pantru a se

preveni contactul dintre precipitaţii şi vechiul

depozit,astfel încât să fie împiedicată continuarea

generării de levigat. În ceea ce priveşte noile

depozite, acestea trebuie să fie proiectate şi

construite astfel încât levigatul produs aici să nu

se poată infiltra în sol, ci să fie reţinut, colectat şi

tratat, iar în mediul natural să fie deversată doar apă curată.

In unele situri s-a procedat la colectarea levigatului şi reinjectarea lui în masa de

deşeuri. Această procedură accelerează masiv descompunerea deşeurilor şi, implicit,

producerea de gaz de depozit, având ca impact conversia masivă de deşeuri în gaz şi

reducând considerabil volumul deşeului depozitat. Totuşi, se constată şi o creştere tot

mai mare a nivelului poluanţilor din levigat, aceasta făcându-l pe viitor mult mai greu de

tratat.

Fig.2 Depozit de deşeuri neconform

Tratarea levigatului

Tratarea trebuie să fie efectuată într-o astfel de manieră încât levigatul să nu se

acumuleze în sistem într-un ritm mai mare decât cel al evacuării permeatului. Legislaţia

de mediu, atât cea naţională cât şi cea europeană, reglementează foarte strict nivelul

poluanţilor din apele care pot fi deversate în emisari naturali, astfel că este nevoie de o

tratare a produşilor de percolare a deşeurilor la un nivel de eficienţă care să asigure

valori ale parametrilor contaminanţilor din permeat mai mici sau cel mult egale cu nivelul

maxim admis şi reglementat prin prin norma NTPA-001.

Tratarea levigatului poate avea loc in-situ, în staţii de epurare proprii ale

depozitelor de deşeuri, sau poate fi transportat în alte locaţii, specializate în acest sens.

Există mai multe metode de tratare a levigatului, alese pe diverse criterii

(compoziţia levigatului, costuri de operare, costuri de investiţie, disponibilitate, etc.).

Tratarea chimică

Tratarea chimică presupune în principal colectarea levigatului în recipiente de

mari dimensiuni şi adăugarea de reactivi de precipitare şi agenţi de coagulare, în

vederea precipitării unor compuşi şi a separării lor gravitaţionale ori prin diferite filtre.

Pentru eficienţă, tratarea chimică trebuie succedată de o treapta suplimentară de filtrare

cu membrane, care să reţină particulele fine şi materiile încă prezente, dizolvate în

masa de levigat, astfel încât să fie asigurată calitatea permeatului.

Filtrarea cu membrane

În cadrul proceselor de separare, pe lângă procesele clasice de separare

(distilarea, rectificarea, extracţia, schimbul ionic, filtrarea, centrifugarea, sedimentarea),

au aparut o serie de noi procese, cunoscute ca procese de membrană.

Procesele de membrană au cunoscut, începând cu anii '70, o dezvoltare

spectaculoasă, utilizându-se la nivel industrial în domenii precum: tratarea apelor

reziduale, tehnologiile medicale, industria chimică. Evoluţia rapidă ş i diversă a

acestor tehnologii a fost posibilă datorită punerii la punct a tehnicilor experimentale de

preparare şi caracterizare a membranelor.

Un sistem complex format dintr-un solvent în care se găsesc dizolvate specii

chimice ionice, molecule şi macromolecule şi dispersate macromolecule, agregate

moleculare şi particule, poate fi separat în componente prin procese membranare.

Datorită gamei largi de utilizări a acestora se evidenţiază cinci importante procese

membranare (microfiltrarea, ultrafiltrarea, osmoza inversă, dializa şi electrodializa) care

acoperă întregul domeniu de mărimi de particule de separat, egalând în versatilitate

sedimentarea în câmp centrifugal. Procesele membranare permit şi separarea unor

specii chimice dizolvate, deci fracţionarea unor sisteme omogene, asemănându-se din

acest punct de vedere cu extracţia, distilarea sau schimbul ionic.

Microfiltrarea, ultrafiltrarea, nanofiltrarea şi

osmoza inversă au ca forţa motrice diferenţa de

presiune, acestea numindu-se procese de

baromembrană. Procesele de baromembrană

ocupă primul loc î n gama aplicaţiilor industriale.

Aceste procese sunt de obicei încadrate în

categoria tehnicilor de filtrare înaintată. Astfel,

osmoza inversă este similară unei deshidratări

prin hiperfiltrare, ultrafiltrarea seamănă cu

tehnicile de concentrare, purificare şi fracţionare a macromoleculelor sau dispersiilor

coloidale, iar microfiltrarea este consacrată în separarea suspensiilor. Practic fiecare

proces membranar se poate constitui într-o alternativă viabilă pentru alte procese de

separare. Dintre aceste procedee, în epurarea levigatului cel mai bine se pretează

osmoza inversă, aceasta asigurând un permeat cu calităţi ridicate, respectiv concentraţii

ale contaminanţilor sub cele admise pentru apa potabilă. Prin osmoză inversă sunt

separate şi bacteriile din apă, fungii, algele şi chiar şi virusurile.

Avantaje ale filtrării cu membrane:

Amprenta la sol redusă, toată instalaţia de epurare putând fi montată într-un

container;

Consum mic de chimicale (doar reactiv pentru asigurarea unui pH acid a

levigatului, în scopul evitării precipitărilor necontrolate şi a colmatării

membranelor, şi cleanere pentru spalarea instalatiei);

Nu necesită personal permanent;

Operare automată şi control de la distanţă a staţiei;

Lipsa levigatului conduce la oprirea automată a staţiei; repornirea poate fi făcută

oricînd cu uşurinţă

Permeat de înaltă puritate.

Fig.3 Module de osmoză inversă

Dezavantaje:

Concentratul produs este un lichid puternic contaminat, iar soluţiile tehnice pentru

eliminarea acestuia sunt costisitoare atât ca investiţie cât şi în ceea ce priveşte

costurile de operare (în general este eficientă tehnologia vaporizării). În unele

cazuri se procedează la recircularea acestuia pe depozitul de deşeuri, procedură

care ajută la descompunerea deşeurilor şi reducerea volumului acestora (ilegală

de altfel), însă care contribuie la generarea în timp a unui levigat tot mai poluat,

care va fi tratat cu tot mai mare dificultate, în cele din urmă ajungânduse la

situaţia în care staţia de epurare va deveni ineficientă.

Tratarea biologică

Tratarea biologică a levigatului se bazează pe activitatea metabolică a

microorganismelor care constituie biomasa sau substratul biologic de epurare.

Principalul efect al acestora este degradarea materiei organice (CCO) cu producerea de

nămol. Aceste procese sunt, însă, dependente de temperatură. La valori ale acesteia

sub +10°C bacteriile îsi încetează activitatea, iar la +40°C acestea mor, supravieţuind

doar puţine specii termofile. Din această cauză epurarea eficientă poate avea loc doar

în intervalul termic +15°C → + 35°C, în afara acestora procesele nemai având loc.

Sistemele biologice, de obicei bazate pe

bazine de reacţie secvenţiale (SBR) cu funcţionare

alternativă, sunt în general utilizate pentru

epurarea apelor menajere, încărcările din levigat

neputând fi reduse suficient prin aceste metode.

Avantaje ale tratării biologice a levigatului:

Producţie de nămol biologic, care poate fi

reutilizat ca fertilizant în agricultură

Costuri de operare mai mici.

Dezavantaje:

Dependenţa de temperatură, intervalul de lucru fiind +15°C → +35°C;

Necesitatea permanentă de a fi efectuate analize, o creştere aberantă a

biomasei ducând la nerealizarea sedimentării nămolului;

Fig.4 Staţie de epurare SBR

Necesitatea urmăririi permanente a raportului organic, orice deficit de fosfor sau

de carbon organic necesită introducerea artificială a acestora în sistem, în scopul

asigurării nutrienţilor pentru microorganisme;

Necesită prezenţa permanentă a unui personal de specialitate cu calificare înaltă

şi medie;

În cazul levigatului, este imposibilă de realizat valoarea de 125 mg/l pentru CCO,

datorită unei cantităţi ridicate de material organic nebiodegradabil (Hard COD),

valorile acestuia putând fi coborâte pe această cale, în condiţii termice optime,

până la 500 mg/l.

Metoda combinată MBR

Sistemele MBR (Membrane-BioReactor) combină avantajele biodegradării

aerobe cu puterea de separare fizică a membranelor. Înlocuirea procesului de

sedimentare cu separarea prin barieră fizică (membrană) permite concentraţii mult mai

mari ale biomasei in bioreactoare, respectiv timpi de retenţie mai mari şi totodată

reducerea amprentei la sol cu până la 50% faţă de sistemele SBR clasice. Unitatea de

ultrafiltrare asigură recircularea biomasei în sistemul biologic şi eliminarea nămolului în

exces. Pe timp de iarnă, bazinele de reacţie sunt acoperite si beneficiază de încălzire,

procesele de biodegradare fiind şi ele exoterme. În timpul verii apa din bazine este

trecută printr-un scimbător de căldură, răcit cu ajutorul unui turn de răcire. Astfel sunt

păstrate în permanenţă condiţii termice

prielnice activităţilor bacteriene.

Înainte de deversarea permeatului în

receptorul natural, acestuia i se aplică încă o

filtrare în vederea reţinerii urmelor de

contaminanţi, a microorganismelor şi a unor

substanţe dizolvate. Permeatul evacuat

prezintă în orice sezon calităţile reglementate

prin normele naţionale şi europene.

Avantajele sistemelor MBR:

Efluent de înaltă puritate;

Turbiditate mai mică de 0,2 NTU (valoare imposibil de atins în cazul altor sisteme

biologice);

Volumul bioreactoarelor este mult mai mic decât în cazul altor sisteme biologice;

Fig.5 Principiul de funcţionare a unei staţii MBR

nu există bacterii sau alţi germeni în efluent;

Performanţă biologică ridicată - producţie mai mică de nămol;

Dimensiune redusă a staţiei (amprenta la sol);

Producţie mai redusă de concentrat decât în cazul unei staţii de osmoză inversă,

deoarece mare parte din CCO este biodegradat;

Nu necesită personal permanent;

Automatizarea procesului, operare de la distanţă;

Costuri de operare scăzute.

Concluzii

Levigatul este un lichid care nu poate fi lăsat să ajungă netratat în mediul

înconjurător. Toxicitatea acestuia periclitează sănătatea vieţuitoarelor cu care acesta

ajunge în contact, de la locul de infiltrare până acolo unde este răspândit de pânza de

apă freatică. Tratarea levigatului înainte de deversarea în receptorul natural reprezintă

un imperativ absolut, nu doar din considerente de ordin legislativ ci, în primul rând,

aceasta este o condiţie necesară eco-sanogenezei. Epurarea levigatului trebuie să se

facă în urma alegerii unei soluţii optime, ţinându-se seama de condiţiile reale de la faţa

locului, respectiv de compoziţia levigatului, condiţiile climatice, suprafaţa disponibilă,

etc. Dar şi de impactul tehnologiei asupra mediului. În general, suprafaţa disponibilă pe

lângă depozitele de deşeuri nefiind limitată strict la posibilitatea montării doar a unui

container cu membrane, ţinând cont de avantajele şi dezavantajele diverselor

tehnologii, în contextul actual, cea mai recomandată fiind varianta MBR, soluţie

îndelung testată, dovedită viabilă şi cu un impact minim asupra mediului. Tratarea

levigatului în vederea biodegradării compuşilor toxici şi a transformării chimice şi

înlăturării celor nebiodegradabili este ultima verigă care încheie ciclul eco-economiei,

paradigmă emisă de Lester Brown şi promovată de organismele ecologiste si politice

mondiale. În viziunea lui, realizarea unei eco-economii sustenabile „este o realizare

monumentală” a omenirii, de aceea este important ca fiecare persoană, organizaţie,

companie, etc. să contribuie cu toate capacităţile la realizarea acestui obiectiv comun.