Embed Size (px)
Citation preview
Prof. dr. ing. GILDA GAVRILAŞ
RETEHNOLOGIZAREA
SISTEMELOR
DE ALIMENTARE CU APĂ
Direcţie prioritară în cadrul
dezvoltării durabile
EDITURA « POLITEHNIUM »
IAŞI , 2007
PREFAŢĂ
Dezvoltarea durabilă a devenit în ultima perioadă un concept
prioritar în România, guvernul asumându-şi obligaţia de a armoniza
legislaţia românească cu legislaţia europeana în domeniul apei şi
protecţiei mediului.
Sectorul serviciilor de alimentare cu apa şi canalizare trece printr-
o perioadă de schimbări majore în întreaga Europă, conştientizându-se tot
mai mult dimensiunea socială pe care îl au acestea şi impactul asupra
coeziunii sociale.
Cartea Alba asupra guvernării Europei, lansată în cadrul reuniunii
Parlamentului european a introdus noul concept de parteneriat
democratic între diferite nivele de guvernare în Europa şi tratează
problematica serviciilor publice de interes economic general, acordându-
le o importantă deosebită în menţinerea coeziunii sociale, ridicarea
calităţii vieţii pe continentul european şi asigurarea dezvoltării durabile.
România a adoptat în 2003 Obiectivele de Dezvoltare ale
Mileniului, inclusiv „Asigurarea durabilităţii mediului” care cuprinde
ţinta 19: „Dublarea până în 2015 a procentului persoanelor cu acces
durabil la apa potabilă”.
In acest context, scopul lucrării îl constituie prezentarea
problemelor existente în cadrul sistemelor de alimentare cu apă şi a
soluţiile care se impun în vederea retehnologizării acestor sisteme pentru
a asigura o apă potabilă conform directivelor europene.
Apa potabilă sigură exprimă gradul de respectare al valorilor
maximum admise pentru parametrii relevanţi pentru sănătate.
În acest sens apa potabilă trebuie să aibă o calitate astfel încât să
protejeze sănătatea publică dar fără a modifica resursele naturale şi a
impune tehnologii costisitoare de tratare şi distribuţie.
Cartea selectează şi comprimă informaţii necesare studenţilor de
la facultatea de Hidrotehnică precum şi specialiştilor care lucrează în
acest domeniu.
Autorul
CUPRINS
1.Dezvoltarea durabila a sistemelor de alimentare cu apa
1.1 Principii ale dezvoltarii durabile în UE ...............................................1
1.2 Starea actuala a sistemelor de alimentare cu apa.................................4
1.3 Implementarea directivelor europene in domeniul apei.......................7
1.4 Principalele obiective si prioritaţi......................................................10
1.5 Fonduri structurale şi de coeziune ale UE.........................................12
1.6 Elaborarea documentaţiilor tehnico – economice..............................15
2.Sisteme de alimentare cu apă 2.1. Schema generală a unui sistem de alimentare cu apă………….......19
2.2 Surse de apă.Zone de protecţie sanitară.............................................19
2.3 Poluarea apei şi consecinţe asupra sănătăţii.......................................26
2.4. Cantitatea de apă necesară din sistem………………………….......33
2.4.1 Structura şi normele consumului de apă…………….........33
2.4.2 Variaţia consumului de apă…………………………….....35
2.4.3 Debite caracteristice…………………………………........35
2.4.4 Debite de dimensionare.......................................................42
2.5 Norme de calitate……………………………………………...........46
2.6 Asigurarea presiunii în sistemele de alimentare cu apă………….....53
3. Retehnologizarea sistemelor de alimentare cu apa
3.1 Necesitatea modernizarii sistemelor de alimentare cu apa............... 56
3.2 Directiva 98/83/CEE privind calitatea apei destinate cons. uman.....57
3.3 Retehnolog. sistemelor in conformitate cu legislatia europeana........66
4. Retehnologizarea staţiilor de tratare
4.1 Elemente generale..............................................................................69
4.2 Caracteristicile apei în natură.............................................................70
4.3 Procedee de tratare convenţionale......................................................73
4.3.1 Deznisiparea........................................................................73
4.3.2 Reactivi utilizati..................................................................77
4.3.3 Procesul de coagulare – floculare.......................................79
4.3.4 Decantarea..........................................................................81
4.3.5 Filtrarea .............................................................................89
4.3.6 Dezinfectarea.....................................................................99
4.4 Procedee de tratare avansată...........................................................101
4.4.1 Deferizare şi demanganizare............................................101
4.4.2 Tratare cu cărbune activ...................................................102
4.4.3 Utilizarea tehnologiei cu membrane.................................102
4.4.3 Flotaţia cu aer dizolvat......................................................103
4.4.4 Fluorinare şi defluorinare..................................................104
4.5 Staţii de tratare.................................................................................105
4.5.1 Alcătuirea şi exploatarea staţiilor de tratare......................105
4.5.2 Retehnologizarea staţiilor de tratare.............................107
5. Retehnologizarea sistemelor de distribuţie a apei
5.1Conductele reţelei de distribuţie. Tipuri de reţele……………….....114
5.2Prescripţii de proiectare…………………………………………....116
5.3 Calculul reţelelor de conducte exterioare………….......................120
5.3.1 Calculul reţelelor de conducte ramificate…….................120
5.3.2 Calculul reţelelor de conducte inelare…………..............122
5.4 Calcul hidraulic automat pentru reţelele de conducte………….....124
5.4.1.Topologia reţelei de distribuţie . ……………………......124
5.4.2 Ecuaţii generale de calcul. . ……………….....................131
5.4.3 Calculul automat.. ……………………………...............136
5.5 Dimensionarea conductelor de branşament……………………....145
5.6 Materiale pentru execuţia conductelor. . …………………............145
5.7 Construcţii anexă pt. aducţiune şi reţele…………………….…....148
5.8 Localizarea pierderilor de apă în reţelele de distribuţie. …… .......150
5.9 Tehnologii moderne de reabilitare a reţelelor de apă.....................152
5.10 Degradarea calităţii apei în sistemele de distribuţie a apei............154
5.10 Siguranta calitatii apei in sistemele de distributie a apei...............155
6. Retehnologizarea staţiilor de pompare
6.1 Elementele componente ale instalatiei de pompare.........................157
6.2 Parametrii caracteristici ai instalatiei de pompare...........................160
6.3Folosirea pompelor cu turaţie variabilă în automatizare..................168
6.4 Monitorizarea şi controlul staţiilor de pompare..............................174
6.5 Pomparea optimizata în sistemele de alimentare cu apă.................175
6.6 Promovarea eficienţei energetice....................................................176
7. Automatizarea şi informatizarea sistemelor de alimentare
cu apă
7.1 Sisteme informatice de management...............................................179
7.2 Sisteme GIS.....................................................................................181
7.3 Controlul optimizat al sistemelor de alimentare cu apă..................182
Bibliografie...............................................................................189
1
Capitolul 1
Dezvoltarea durabilă a sistemelor
de alimentare cu apă
1.1. Principii ale dezvoltării durabile în UE
Conceptul dezvoltării durabile poate fi definit ca o preocupare a
generaţiei actuale de a ajunge la un nivel de viaţa acceptabil şi de a lăsa
în urmă resurse suficiente şi un mediu sănătos generaţiilor viitoare.
Strategia europeană de dezvoltare durabilă îşi are fundamentarea
juridică în articolul 2 al Tratatului de la Maastricht din 1992 conform
căruia ţările membre îşi propun ca obiective comune „promovarea unei
dezvoltări armonioase şi echilibrate a activităţilor economice în
ansamblul Comunităţii, o creştere durabilă şi non-inflaţionistă respectând
mediul, un grad ridicat de convergenţă a performanţelor economice, un
nivel ridicat de ocupare şi de protecţie socială, creşterea nivelului şi a
calităţii vieţii, coeziunea economico-sociala şi solidaritatea între statele
membre”.
Rădăcinile teoriei dezvoltării durabile se găsesc în economia
bunăstării şi în economia socială de piaţă. Societatea contemporană este
caracterizată de un model de producţie şi de consum non-durabil,
determinat pe principiul eficienţei şi având ca rezultate primare utilizarea
excesivă a resurselor naturale precum şi creşterea decalajului de
dezvoltare între naţiuni. Efectele externe negative produse de acte de
consum sau de producţie, cum ar fi poluarea,sărăcia,inechitatea,epuizarea
resurselor,decalajele de dezvoltare, au condus la mărirea costurilor
sociale pe plan intern şi internaţional, punând în pericol bunăstarea
socială a generaţiilor viitoare.
2
Conştientizarea acestor riscuri a condus la o amplă mişcare de
cooperare la nivel european privind integrarea principiului durabilităţii
în politicile economice.
Corelarea mediului cu dinamica economică şi coeziunea socială
într-o viziune pe termen lung în politicile europene şi-a făcut loc treptat,
momentul principal fiind reprezentat de Tratatul de la Amsterdam.
Aplicarea principiului nu a fost însă consecventă până la adoptarea în
2001 de către Consiliul European de la Göteborg a Strategiei UE pentru
dezvoltare durabilă [75].
Această strategie pune accent pe necesitatea corelării între
obiectivele economice,sociale şi de mediu şi pe importanţa unor acţiuni
mai eficiente de integrare a mediului în politicile sectoriale.
In continuare cele mai importante momente ce au urmat în
direcţia aplicării obiectivelor de mediu au fost:
-introducerea unui sistem unificat pentru analiza de impact
[COM(2002)276 final];
-adoptarea la consiliul European de la Laeken (2002) a
principalilor indicatori de mediu [COM(2002)524];
- adoptarea la Consiliul European de la Barcelona (2002) a
planului de acţiune pentru promovarea tehnologiilor de mediu şi
adăugarea dimensiunii externe la strategia europeană de dezvoltare
durabilă [COM(2002)82/2002”vers un parteneriat mondial pour un
development durable”];
- intrarea în vigoare a celui de al şaselea program de acţiune
pentru mediu [decizia 1600/2002/Ce a Parlamentului european si a
consiliului privind stabilirea celui de al şaselea program de acţiune
comunitară pentru mediu, JO L 242/10.09.02];
- includerea, prin Consiliul european de la Bruxelles, de noi
sectoare complementare în strategia de integrare : sănătate,
educaţie,cercetare,politica privind protecţia consumatorilor, politica de
ocupare şi politica socială;
- adoptarea în 2003 a strategiei europene de mediu şi sănătate,care
stabileşte legătura între mediu si sănătate;
- elaborarea în 2003 a unor strategii de dezvoltare integrând
principiile dezvoltării durabile în unele ţări membre;
- adoptarea planului de Acţiune pentru Eco-Tehnologii în 2004
[COM(2004)38 final];
3
-adoptarea în 2005 a unei declaraţii privind principiile dezvoltării
durabile [COM(2005)218 final];
-publicarea listei indicatorilor de evaluare a dezvoltării durabile în
2005; aceşti indicatori sunt grupaţi pe 3 niveluri, în funcţie de obiective,
şi structuraţi pe 10 teme prioritate,conform [76]:
- dezvoltare economică, sănătate publică, sărăcie şi excludere
socială, îmbătrânirea populaţiei, energie schimburi climatice,modele de
producţie şi de consum, gestiunea resurselor naturale, transport, bună
guvernare, parteneriat global.
Toate aceste documente pun accent pe necesitatea aplicării
principiului integrării în toate politicile şi la toate nivelurile, urmărindu-
se consecvent o corelare eficientă atât pe verticală ,între nivelurile de
decizie, cât şi pe orizontală, între politici.
Dezvoltarea durabilă în cadrul continentului european trebuie
integrată la nivel regional, naţional si internaţional. Pe termen lung se
impune realizarea unui echilibru între cele patru dimensiuni ale
dezvoltării durabile: economică,socială,culturală şi de mediu.
Astfel se vizează o participare activă a tuturor comunităţilor
locale şi regiunilor din Europa la procesul de integrare şi democratizare,
formând un cadru flexibil orientat către viitor în serviciul cooperării care
se adresează organelor politice si sociale.
Dezvoltarea durabilă a devenit în ultima perioadă un concept
prioritar în România, guvernul asumându-şi obligaţia de a armoniza
legislaţia românească cu legislaţia europeana în domeniul apei şi
protecţiei mediului.
Serviciile de alimentare cu apa sunt influenţate de calitatea
resurselor naturale de apă iar serviciile de canalizare au un impact
deosebit asupra resurselor.
Reducerea gradului de poluare se poate obţine prin colectarea şi
epurarea eficienta a apelor uzate. Dezvoltarea durabila a acestui sector
presupune:
- îmbunătăţirea stării tehnice a infrastructurii prin refacerea
sistemelor în corelaţie cu cea mai buna tehnologie existentă pe plan
mondial;
- dezvoltarea unor servicii publice de alimentare cu apă şi
canalizare eficiente, gestionate în spiritul unei culturi a calităţii si
performanţei;
4
- utilizarea eficientă a fondurilor UE pentru cofinanţarea
programelor care cuprind măsuri de dezvoltare a infrastructurii serviciilor
de apă şi canalizare;
- dezvoltarea unor programe comune cu tarile din bazinul Dunării
în vederea protejării mediului din aceasta zona a Europei.
Conform Capitolului III din Acordul de Aderare, România trebuie
să-şi asume obligativitatea transpunerii în legislaţia româneasca a
legislaţiei Uniunii Europene în domeniul apei (17 directive plus Directiva
Cadru).
Directiva Cadru 2000/60/Ec stabileşte cadrul de acţiune în
domeniul politicii apei şi are ca scop general atingerea unei „stări bune” a
tuturor corpurilor de apă din Europa, ceea ce asigură condiţii de viaţă
similare din punct de vedere al apei pentru toţi cetăţenii Europei.
Directiva aduce o serie de elemente noi :
- definirea „stării bune” a apelor
- caracterizarea stării apelor în cinci categorii de calitate
- gospodărirea apelor la nivel de bazin hidrografic
- definirea stării de referinţă pentru apele de suprafaţă
- definirea categoriei de ape puternic modificat antropic, pentru
care obiectivul este obţinerea potenţialului ecologic bun
- clarificarea conceptului de reabilitare a râurilor
Sectorul serviciilor de alimentare cu apa şi canalizare trece printr-
o perioadă de schimbări majore în întreaga Europă, conştientizându-se tot
mai mult dimensiunea socială pe care îl au acestea şi impactul asupra
coeziunii sociale.
1.2 Starea actuală a sistemelor de alimentare cu apa Alimentarea cu apă a localităţilor
Deoarece în cadrul activităţilor specifice de gospodărie comunală
şi locativă nu au fost asigurate întotdeauna fonduri de investiţii necesare
dezvoltării unor capacităţi corelate cu creşterea activităţilor,dezvoltarea
s-a făcut în mod eterogen.
De asemenea, repartizarea neuniformă a resurselor de apă pe
teritoriul ţării, poluarea semnificativă a unor râuri interioare face ca zone
importante sa nu dispună de suficiente surse de alimentare cu apă în
cursul anului.
5
Din punct de vedere administrativ România are 42 de judeţe,268
municipii si oraşe,2686 comune (cca. 15700 localităţi rurale).[73]
In prezent dispun de sisteme centralizate de distribuţie a apei
potabile 2915 localităţi,din care:
- 100% municipii si oraşe;
- cca 17% localităţi rurale (sistem centralizat prin cişmele
publice);
Reţelele de distribuţie a apei potabile au o lungime totală de
40267km, asigurând o echipare in mediul urban de 71% din lungimea
totala a străzilor.
In cazul centrelor populate întâlnim o capacitate de 120 mc/s a
sistemelor de alimentare cu apa, din care:
-48 mc/s sunt furnizaţi de sursele subterane
-72 mc/s sunt furnizaţi de sursele de suprafaţă, inclusiv din
Dunăre;
In România există un număr de 1398 de staţii de tratare a apei,
din care 797 produc apă pentru comunităţi între 50 şi 5000 locuitori.
Sistemele de apă din zonele rurale din România sunt de două
tipuri [77]:
1. Sisteme „centralizate” care asigură alimentarea cu apă la
cişmele publice sau la robinete în interiorul casei sau curţii. Acestea
necesită fonduri mai ridicate, de obicei se percepe o taxă pentru utilizarea
apei, dar asigură o calitate mai ridicată a serviciilor;
2. Sisteme individuale care cuprind numai fântâni publice sau
private care nu intră sub incidenţa Legii 458/2002, utilizarea lor fiind
gratuită; acestea sunt supuse riscului de contaminare şi de pierdere a apei
în perioadele de secetă;
Conform Manualului Băncii Mondiale Nivelurile de servicii
prestate de diferite sisteme de alimentare cu apă sunt [77]:
Nivel de Servicii Sistemul de alimentare
Insuficient Surse de apă nesigure şi necorespunzătoare aflate la o distanţă
care necesită mai mult de 30 de minute pentru un drum dus-
intors de acasă la sursa de apă
Minim Puţuri,pompe manuale,puţuri acoperite, cişmele stadale,
izvoare captate sau alte surse de apă sugure şi suficiente,
aflate la o distanţă care necesită mai puţin de 30 de minute
pentru un drum dus – intors de acasă la sursa de apă
6
Corespunzător Puţuri în curte (în gospodărie), de obicei cu apometre, care asigură apă de calitate în cantităţi suficiente
Ridicat Posibilitatea de conectare în interiorul casei, de obicei cu
apometre, care asigură apă de calitate în mod continuu, la o
presiune corespunzătoare
Folosind criteriile Băncii Mondiale, nivelul de servicii atins în
domeniul alimentării cu apă în mediul rural din România poate fi
clasificat ca Insuficient/Minim.
In ultimii 25 de ani s-a realizat o creştere a numărului de
utilizatori racordaţi la reţele de apă curentă de la 29% la 68% din
populaţia ţarii,nivelul de echipare cu sisteme centralizate de alimentare
cu apă potabilă fiind net defavorabilă mediului rural.
Calitatea apei potabile
Calitatea apei distribuite prin sisteme publice este permanent
controlată prin prelevarea de probe.
Conform datelor din raportul Naţional privind monitorizarea
calităţii apei de băut in mediul urban, în anul 2000 au fost analizate un
număr de 103353 probe, recoltate din zone reprezentative ale reţelei de
distribuţie.
Din punct de vedere microbiologic apa distribuită populaţiei a
fost sigură. Din totalul de probe analizate:
- pentru indicatorul Coliformi Totali, 3% probe
necorespunzătoare ;
- pentru indicatorul Coliformi Fecali, 1% probe
necorespunzătoare;
Calitatea chimică a apei a putut fi caracterizată doar prin
indicatori generali de potabilitate. Au fost efectuate analize pentru:
- determinarea substanţelor toxice din apă (4% având valori
peste concentraţiile admise)
- a consumului chimic de oxigen (5% având valori peste
concentraţii admise)
- a amoniacului (5 % rezultate necorespunzătoare)
- a azotaţilor (3 % rezultate necorespunzătoare)
In mediul rural apa bruta pentru alimentarea cu apa provine în
principal din puţuri şi foraje de mică adâncime care sunt frecvent poluate.
Din sistemele care alimentează cu apă între 50 şi 5000 de
locuitori, 25% nu sunt conforme cu limitele Directivei CE pentru
7
parametri bacteriologici, turbiditate, amoniu, nitraţi şi fier. Pentru
sistemele care alimentează peste 5000 de locuitori,10% dintre acestea
depăşesc limitele pentru CBO, turbiditate, amoniu,nitraţi,fier,gust şi
miros. Calitatea apei potabile în localităţi rurale cu mai puţin de 5000 de
locuitori este monitorizată pentru parametrii chimici la numai 5% din
staţiile de tratare[77].
Trebuie specificat că se constată rămâneri în urmă la nivelul
activităţii laboratoarelor din staţiile de tratare a apei prin:
- dotările cu echipamente
- nivelul profesional
- managementul asigurării calităţii datelor de laborator
Exigenţele manifestate în prezent impun o serie de activităţi
necesare pentru îmbunătaţirea activităţii laboratoarelor:
- dotare corespunzătoare
- instruirea personalului în funcţie de competenţe
- certificarea si acreditarea
- introducerea sistemului de asigurare si control
- implementarea la nivel naţional a unui sistem de monitorizare si
intercalibrare a laboratoarelor de proces.
In 2004, în cadrul proiectului Phare „Intărirea capacităţii
instituţionale şi administrative a Ministerului Sănătăţii şi structurilor sale
din subordine în vederea implementării prevederilor Directivei” a început
înfiinţarea unui sistem de monitorizare, cu un laborator de referinţă şi
patru laboratoare regionale pentru analiza probelor de apa în conformitate
cu Directiva CE.
1.3 Implementarea directivelor europene in
domeniul apei România, în plin proces de aderare la Uniunea europeana, are ca
ţintă armonizarea legislaţiei româneşti cu legislaţia europeană.
In acţiunea de reglementare coerentă a problemelor privind
serviciile publice de interes general se disting următoarele categorii si
grupe principale de acte normative:
Legislaţie cadru - Legea nr.107/1996 a apelor
- Legea nr.137/1995 a protecţiei mediului
8
- Legea nr.326/2002 privind serviciile publice de gospodărire comunală
- Legea nr.215 privind administraţia publică locală
Legislaţie specifică
- Legea nr.458/2002 privind calitatea apei potabile
- Regulamentul cadru si contractul cadru de delegare a gestiunii
serviciilor publice de alimentare cu apa se de canalizare
- Ordonanţa Guvernului nr.32/2002 privind organizarea si funcţionarea
serviciilor publice de alimentare cu apa si de canalizare, aprobata prin
Legea nr.634/2002, modificata si completata prin O.G.nr.35/2003
- Ordinul nr.140/2003 al ministrului administraţiei publice pentru
aprobarea Regulamentului privind acordarea licenţelor si a autorizaţiilor
în sectorul serviciilor publice de gospodărie comunală, condiţiile de
suspendare, de retragere sau modificare a acestora
Legislaţie europeana. Politica europeana in domeniul apelor a parcurs trei etape
importante:
I –Perioada 1970 – 1980 – protecţia folosinţelor de apă;
II – Perioada 1981 – 2000 –reducerea poluării la sursă;
III – Perioada după anul 2000 – gospodărirea durabilă a apelor;
In tabelul următor se prezintă transpunerea în legislaţia
românească a directivelor europene în domeniul apelor:
Nr.
Denumire Directiva
Transpunere in
Legisl. romanească
Data limita a implementarii
1 Directiva 91 / 676 / EEC, privind protectia apelor
impotriva poluarii cu nitrati proveniti din surse
agricole
HG 964 / 2000
1.01.2014
Mof.nr.187/20.03.2002
2. Directive 80 / 923 / EEC, amendata de Directive
98 /83/EC, privind calitatea apei destinate consumului uman
Legea 458/2002
1.01.2022 Mof.nr.552/29.07.2002
3. Directive 75 /440/EECprivind calitatea apelor de
suprafata destinate prelevarii de apa potabila,
Decizia 77 / 795 / EEC, privind procedura
comuna pentru schimbul de informatii asupra
calitatii apelor dulci suprafata (*)
HG. 100 / 2002
1.01.2007
Mof.nr.130/19.02.2002
9
4. Directiva 79/ 869/ EEC, privind metodele de prelevare si analiza a apelor de suprafata
destinate producerii apei potabile
HG. 100/2002
1.01.2007
Mof.nr.130/19.02.2002
5. Directiva 76 /464/EEC, privind descarcarea
substantelor periculoase (**) si 7 directive fiice:
- D. 82/176 si D. 84/56 – mercur
- D. 83/513 – cadmiu si
D. 84/491 - HCH
- D. 86/280 – tetraclorura de carbon, DDT, PCP
- D. 88/347 – drinuri,HCB, HCBD, chloroform
- D. 90/415 – EDC, TRI, PER, TCB
HG 118/2002
1.01.2015
Mof.nr.132/20.02.2002
6. Directiva 80 /68 /EEC, asupra protectiei apei
subterane impotriva poluarii cauzate de anumite substante periculoase (*)
HG 118/2002
1.01.2007
Mof.nr.132/20.02.2002
7. Directive 91 /271/EEC, privind epurarea apelor
uzate urbane si decizia 93 /481 /EEC
HG 188/2002
1.01.2022
Mof.nr.187/20.03.2002
8. Directiva 79 /923 /EEC asupra calitatii apelor
pentru moluste (*)
HG 201/2002
1.01.2007
Mof.nr.196/22.03.2002
9. Directiva 78 /659 /EEC asupra calitatii apelor
dulci ce necesita protectie sau imbunatatire
pentru a sustine viata pestilor (*)
HG 202/2002
1.01.2007
Mof.nr.196/22.03.2002
10. Directiva 76 /160/ EEC privind calitatea apei de
imbaiere
HG 459/2002
1.01.2007
Mof.nr.350/27.05.2002
11. Directiva Cadru privind apa 2000 / 60 / EC
Armonizarea Legii 107/1996
1.01.2015
MOf.nr.244/08.10.1996
* Prevederile acestor directive sunt incluse in Directiva Cadru
2000/60
** standardele de calitate a apei sunt incluse in Directiva Cadru
2000/ 60
10
1.4 Principalele obiective si priorităţi
In cadrul dezvoltării durabile, procesul de reabilitare a sistemelor
de alimentare cu apă şi canalizare începe să se accelereze în următorii ani
ca urmare a sprijinului comunitar şi a eforturilor financiare făcute de
autorităţile publice locale.
Conform strategiei de dezvoltare durabile a serviciilor de
alimentare cu apa si canalizare [73 ] s-au stabilit:
I. Obiective specifice pe termen mediu (2004-2007)
1.Descentralizarea serviciilor publice de alimentare cu apa si
canalizare
In acest scop sunt necesare masuri de îmbunătăţire a
performantelor agenţilor prestatori în vederea creşterii siguranţei si
calităţii serviciilor oferite populaţiei prin;
- elaborarea unei legislaţii speciale de reglementare a consiliilor
de administraţie si a responsabilităţii acestora în cadrul societăţilor
comerciale care prestează servicii publice de alimentare cu apa si
canalizare
- simplificarea legislaţiei în vederea obţinerii aprobărilor şi
avizelor necesare operării
- stabilirea clară a atribuţiilor autorităţii de reglementare si a
autorităţilor locale
2. Extinderea sistemelor centralizate de alimentare cu apă si
canalizare
Acest aspect poate fi realizat prin:
- promovarea unor programe naţionale de investiţii cu finanţare
internaţională
- accelerarea implementării programelor de dezvoltare a
infrastructurii rurale
- promovarea unor proiecte de dezvoltare regionala
- promovarea unei legislaţii fiscale care să acorde înlesniri pentru
investitorii în infrastructura sistemelor de alimentare cu apă şi canalizare
3. Promovarea principiilor de piaţă
Deoarece serviciile de alimentare cu apă şi canalizare au caracter
de monopol, se vor asigura măsuri de punere în competiţie a operatorilor
de servicii,a capitalurilor şi a managementului.
11
4.Atragerea capitalului privat
Se vor promova măsuri de atragere a capitalului privat prin
realizarea de parteneriate de lunga durată,necesarul de investiţii pentru
modernizare, retehnologizare şi dezvoltarea infrastructurii sistemelor de
alimentare cu apă şi canalizare fiind estimate la cca 620 mil.E/an in
perioada 2004 – 2007.
5.Promovarea masurilor de dezvoltare durabilă si protecţia
mediului
Măsurile de dezvoltare durabila presupun:
- modernizarea,retehnologizarea şi dezvoltarea sistemelor de
alimentare cu apă şi canalizare
- utilizarea eficientă a fondurilor UE
- dezvoltarea unor programe comune cu ţarile din bazinul Dunării
în vederea protejării mediului în această zonă a Europei
- dezvoltarea gestionarii acestor servicii în spiritul calităţii si
performanţei
6. Promovarea parteneriatului social
Serviciile de alimentare cu apă şi canalizare au un rol esenţial in
creşterea calităţii vieţii, de aceea rolul profesioniştilor,ONG-urilor si
operatorilor este esenţial în asigurarea unei calităţi ridicate.
7.Pregatire profesionala continuă
Implementarea celor 11 directive europene vor determina, prin
exigenţa şi rigurozitatea aplicării, un necesar de acţiuni de pregătire
profesională pentru toate categoriile de personal.
II. Obiective strategice pe termen lung(2007-2025):
- satisfacerea deplina a cerinţelor de apă
- corelarea instituţională şi legislativă cu Uniunea Europeană,
facilitarea schimburilor de idei, soluţii,etc.
- dezvoltarea cercetării ştiinţifice în vederea unui management
integrat al sectorului, a introducerii programului tehnic şi asigurarea
protecţiei mediului
- asigurarea calităţii apei potabile şi încadrarea în cerinţele impuse
de Directiva Ce 98/83 Ec
- realizarea epurării apelor uzate urbane în concordanţă cu
prevederile directivei 91/271/EEc
12
- accesul la informaţie, educarea şi sensibilizarea populaţiei
asupra necesităţii economisirii apei
- monitorizarea continuă a performanţelor în sistemele de
alimentare cu apă şi canalizare, asigurarea calităţii serviciilor prestate
- realizarea unor programe de formare si perfecţionare continuă
- consultarea publicului şi antrenarea lui la definirea politicilor şi
strategiilor în domeniul alimentării cu apă şi canalizării.
- cooperare regională în domeniul serviciilor de alimentare cu apă
şi canalizare; organizarea unui centru regional al Europei Centrale şi de
Est în România
- deschiderea controlată a pieţei serviciilor de alimentare cu apă şi
canalizare şi stimularea mediului concurenţial în acest domeniu
- protecţia mediului pentru o dezvoltare durabilă
In concluzie,strategia naţională în acest domeniu va fi elaborată şi
monitorizată la nivel central cu participarea tuturor factorilor interesaţi.
Activitatea de investiţii trebuie să ţină cont de dubla dimensiune
a apei :calitate si cantitate.
In lucrările de modernizare –retehnologizare-dezvoltare trebuie
promovate soluţii tehnice corelate cu cele mai noi evoluţii pe plan
mondial.
Societatea civilă reprezentată prin patronat si sindicate, asociaţii
profesionale sau ale consumatorilor trebuie să reprezinte o prezenţă
activă alături de autorităţile publice centrale şi locale în efortul de
implementare a strategiei de dezvoltare durabilă a acestui sector.
1.5 Fonduri structurale şi de coeziune ale UE
Incepând cu ianuarie 2007 România, ca membră a UE, devine
eligibilă pentru Instrumentele Structurale . La sumele alocate ca Fonduri
Structurale şi de Coeziune (FSC) se adaugă şi o cofinanţare naţională
(publică şi privată). In perioada 2007-2013 o treime din bugetul UE
(aproximativ 840 miliarde euro) va fi alocat politicii de coeziune care va
fi finanţată prin trei instrumente financiare:
1.Fondul European de dezvoltare Regională (FEDR) - destinat
reducerii dezechilibrelor între diferitele regiuni ale UE. Este cel mai
important fond structural în termeni de resurse, acordând ajutoare
13
financiare zonelor defavorizate, fiind astfel un important instrument de
corecţie a dezechilibrelor regionale. În acest sens, FEDR va susţine
priorităţile Comunităţii, în special întărirea competitivităţii si inovării,
crearea de locuri de muncă pe termen lung şi asigurarea dezvoltării
durabile.
Principalele domenii de finanţare ale FEDR:
Mediu, inclusiv investiţii legate de furnizarea de apă şi
managementul deşeurilor, tratamentul apelor reziduale,
calitatea aerului, prevenirea, controlul şi lupta împotriva
secetei, prevenţia şi controlul integrat al poluării.
Cercetare şi dezvoltare tehnologică, inovare, antreprenoriat,
inclusiv întărirea capacităţilor de cercetare şi dezvoltare
tehnologică şi integrarea acestora în Zona Europeană de cercetare.
Societatea informaţională inclusiv dezvoltarea infrastructurii de
comunicaţii electronice, îmbunătăţirea accesului şi dezvoltarea
serviciilor publice on-line.
Prevenirea riscurilor, inclusiv dezvoltarea şi implementarea
planurilor pentru prevenirea şi lupta cu riscurile naturale şi
tehnologice,
Activităţi turistice, inclusiv promovarea valorilor naturale ca
potenţial pentru dezvoltarea unui turism durabil.
Investiţii în cultură, inclusiv protecţia, promovarea şi prezervarea
moştenirii culturale.
Investiţii în transport.
Investiţii în energie.
Investiţii în educaţie inclusiv training vocaţional.
Investiţii în infrastructură de sănătate şi socială.
2. Fondul Social European (FSE) - principalul instrument al politicii
sociale a Uniunii Europene. Prin intermediul său se acordă susţinere
financiară acţiunilor de formare si reconversie profesională ca si celor
vizând crearea de noi locuri de muncă. Acesta va trebui să sprijine
politicile naţionale pentru obţinerea unei ocupări depline a forţei de
muncă, asigurarea calităţii si productivitatea muncii si promovarea
incluziunii sociale, prin asigurarea accesului la piaţa muncii a categoriilor
14
dezavantajate si reducerea disparităţilor regionale si naţionale.
Principalele domenii de finantare ale FSE :
Întărirea capacităţii instituţionale şi eficienţei administraţiilor
publice şi a serviciilor publice la nivel naţional, regional şi local şi
acolo unde este cazul, a partenerilor sociali şi a ONG-urilor pentru
promovarea bunei guvernări şi a unei mai bune reglementări.
Accesul la angajare şi incluziune sustenabilă pe piaţa muncii a
persoanelor inactive, prevenirea şomajului, în special a celui pe
termen lung şi în rândul tinerilor, încurajarea îmbătrânirii active şi
prelungirea duratei de activitate.
Incluziunea sociala a categoriilor dezavantajate în vederea integrării
durabile a acestora pe piaţa muncii şi combaterea tuturor formelor
de discriminare pe piaţa muncii.
Reforme ale sistemelor de educaţie şi training pentru dezvoltarea
angajării.
Crearea de reţele informative între instituţiile de învăţământ
superior, centre de cercetare-dezvoltare şi întreprinderi.
Efectuarea de reforme în domeniul angajării şi incluziunii, în
special prin promovarea start-up-urilor şi implementarea
parteneriatelor şi a iniţiativelor prin crearea de reţele între
principalii actori implicaţi cum sunt partenerii sociali, ONG-uri la
nivel naţional, regional şi transnaţional.
3.Fondul de Coeziune (FC) –care trebuie sa contribuie la întărirea
coeziunii economice si sociale a Comunităţii, în vederea dezvoltării
durabile.
Principalele domenii de finantare ale FC :
Proiecte de mediu conform priorităţilor identificate de
politica de protecţie a mediului comunitară şi în planul de
acţiune pentru mediu. FC poate fi de asemenea folosit în
domenii legate de dezvoltarea durabilă care prezintă în mod
evident beneficii pentru mediu, respectiv energie regenerabilă iar
în domeniul transporturilor sisteme de transport intermodale,
15
management rutier şi al traficului aerian şi maritim, transport
public şi urban curat.
Reţele transeuropene de transport, în special proiecte prioritare de
interes european identificate în Decizia nr. 1692/96/EC,
1.6 Elaborarea documentaţiilor tehnico-economice
Procesul de proiectare în ţara noastră include un Studiu de
Fezabilitate, Proiectul tehnic şi elaborarea Specificaţiilor Tehnice şi a
Contractelor pentru licitaţiile de lucrări şi supervizare.
Un studiu de Fezabilitate include în principal aspecte tehnice
conform OG 1013/2001.
In vederea accesării Fondurilor Structurale şi fondurilor de
Coeziune, MTCT a emis un nou Ordin nr.913/2005 care conţine noi
cerinţe pentru Studiile de Fezabilitate, inclusiv analize financiare şi
economice precum şi strategia de achiziţie.
Un studiu de fezabilitate are nevoie de aprobarea autorităţii locale
(consiliul Comunal sau Local – cu sprijinul Consiliului judeţean sau al
unei companii de apă).
Dacă schema de finanţare este de mici dimensiuni, fiind finanţată de
la bugetul local, supervizorul este un expert local (pentru valori mai mici
de 2000Euro se poate face angajare directă).
Dacă schema de finanţare este de dimensiuni mari, Autoritatea de
gestiune poate numi un supervizor pentru mai multe scheme,aplicând
regulile de achiziţii publice ale agenţiei finanţatoare.
In toate cazurile competenţa supervizorului trebuie să fie certificată
de către MTCT.
Conţinutul cadru al Studiului de Fezabilitate conform
ORD.913/2005:
A. Părţi scrise
1. Date generale :
• Denumirea obiectului de investiţii
•Elaborator
16
•Ordonatorul principal de credite
•Autoritatea contractantă
•Amplasamentul (ţara,regiunea,judeţul,localitatea)
•Tema cu fundamentarea necesităţii şi oportunităţii avute în
vedere la aprobarea studiului de prefezabilitate (dacă este cazul)
•Descrierea investiţiei (descriere generală,stare actuală,
preconizări)
2. Date tehnice ale investiţiei:
•Date generale ( zona şi amplasamentul,situaţia juridică şi
suprafaţa terenului care urmează să fie ocupat, caracteristicile geofizice
ale terenului, studiu geotehnic,studiu topografic, date climatice);
•Situaţia existentă a utilităţilor si analiza acesteia;
• Obiectivele studiului de fezabilitate, priorităţi;
• Analiza şi selecţia alternativelor optime;
•Ipoteze de lucru şi evaluarea alternativelor optime selectate pe
baza analizei multicriteriale (aspecte relevante privind parametri tehnici,
economici, de mediu,legalitate, riscuri);
3.Durata de realizare şi etape principale
4.Costul estimativ al investiţiei
• Componente majore ale proiectului
•Asistenţa tehnică şi supervizarea
•Publicitate
5. Analiza economico-financiară
•Investiţia de capital
•Strategia de contractare
• Ipoteze în evaluarea alternativelor
•Evoluţia prezumată a tarifelor (dacă este cazul)
•Evoluţia prezumată a costurilor de operare (servicii existente,
personal,energie,operarea noilor investiţii,întreţinerea de rutină şi
reparaţii)
•Evoluţia prezumată a veniturilor (dacă e cazul)
•Analiza cost beneficiu
17
• Riscuri asumate (tehnice, financiare, instituţionale,legale)
•Analiza de sensitivitate
• Indicatori calitativi
• Indicatori cantitativi
6.Finanţarea investiţiei
Din valoarea totală a investiţiei:
•sume nerambursabile provenite de la Comisia Europeană
•împrumuturi
• buget de stat
•buget local
7. Estimări privind forţa de muncă ocupată prin realizarea
investiţiilor
•Nr. de locuri de muncă create în faza de execuţie
•Nr. de locuri de muncă create în faza de operare
8. Avize şi acorduri
• Avizul ordonatorului principal de credite privind necesitatea şi
oportunitatea realizării investiţiei
•Certificatul de urbanism, cu încadrarea amplasamentului în
planul urbanistic, avizat şi aprobat potrivit legii
• Avizele privind asigurarea utilităţilor (energia
termică,electrică,gaz metan, apă, canal,telecomunicaţii,etc.)
• avize pentru consumul de combustibil
• acordurile şi avizele pentru protecţia mediului şi a apelor
•alte avize de specialitate stabilite potrivit legii
B. Părţi desenate
Plan de amplasament în zonă (Sc.1:25000 – 1:5000)
Plan general (1:5000 – 1:500)
Proiectul tehnic şi caietele de sarcini
Aceste documentaţii fac parte din documentele de licitaţie, pe
baza cărora se întocmeşte oferta.
Proiectul tehnic se elaborează pe baza studiului de fezabilitate
aprobat, etapă în care s-a stabilit soluţia şi elementele principale ale
18
lucrării şi au fost obţinute toate avizele. Acest proiect este verificat de
specialişti atestaţi şi se avizează şi se aprobă de beneficiar conform
legislaţiei în vigoare.
Proiectul tehnic trebuie să conţină:
Părţile scrise
Descrierea generală a lucrării:
- memorii tehnice pe specialităţi
Breviare de calcul pentru dimensionarea elementelor
componente ale investiţiei
Caiete de sarcini pe specialităţi : tehnologii de execuţie, condiţii
de recepţie , standarde, normative şi prescripţii tehnice necesare,
etc.
Liste cu cantităţile de lucrări şi utilajele necesare
Graficul de realizare al investiţiei
Părţi desenate
Planuri de situaţie, Sc1:500 – 1:1000
Profile longitudinale şi transversale pentru reţele
Planuri pentru obiecte de construcţii
Scheme principale şi de montare pentru instalaţii
secţiuni, vederi şi detalii principale
Detalii tehnice de execuţie
Detaliile de execuţie se elaborează cu respectarea strictă a
prevederilor proiectului tehnic, fără a depăşi costul stabilit în faza de
ofertă.
19
Capitolul 2
Sisteme de alimentare cu apă
2.1. Schema generală a unui sistem de alimentare cu apă Sistemul de alimentare cu apă reprezintă un complex de
construcţii, instalaţii, măsuri şi operaţiuni prin care apa captată dintr-o
sursă naturală este adusă la calitatea de apă potabilă, este transportată,
înmagazinată şi distribuită utilizatorilor în cantitatea, de calitatea şi la
presiunea normală de folosire pentru asigurarea cu apă potabilă a întregii
localităţi (Fig.2.1)[64].
Fig.2.1 Schema generală a unui sistem de alimentare
Studiul şi proiectarea sistemelor de alimentare cu apă se face
datorită complexităţii, pe schema de alimentare cu apă care reprezintă o
schemă de calcul pentru dimensionarea corectă din punct de vedere
tehnologic a sistemului de alimentare cu apă.
O schemă completă de alimentare cu apă este formată din captare,
staţie de pompare, staţie de tratare, aducţiune, construcţie de
înmagazinare, reţea de distribuţie.
Stabilirea schemei de alimentare cu apă se face funcţie de o serie
de factori care influenţează alegerea raţională a acesteia, cum ar fi: natura
sursei de apă, relieful terenului, calitatea apei captate, mărimea debitului
necesar, presiunea necesară, condiţiile tehnico – economice. Se preferă
schema care oferă posibilităţi de extindere ulterioară şi de protejare cât
mai eficientă a calităţii apei.
2.2 Surse de apă .Zone de protecţie sanitară
Suprafaţa Pământului este acoperită aproximativ 70% cu apă. Sub
influenţa atracţiei gravitaţionale şi a energiei transmise de soare apa se
20
află într-un circuit permanent. În atmosferă apa se găseşte în stare de
vapori şi este accesibilă numai în stare lichidă, sub formă de precipitaţii.
În scoarţa pământului şi la suprafaţă apa se găseşte în râuri, lacuri, mări şi
straturi subterane, fiind într-un permanent schimb cu apa din atmosferă şi
formând astfel ciclul natural al apei.
În funcţie de locul unde sunt prelucrate apele distingem două
tipuri de surse de apă: subterane şi de suprafaţă.
Stabilirea soluţiei generale pentru alimentarea cu apă ţine cont de
următoarele aspecte:
- mărimea localităţii şi gradul actual de dotare;
- amplasarea geografică şi altimetrică a localităţii în raport cu
localităţile învecinate şi cu sursele de apă;
- configuraţia geodezică a localităţii şi a zonelor unde se vor
amplasa elementele componente ale sistemului;
- capacitatea surselor de apă existente sau noi;
- cerinţa de apă la sursă;
- presiunile de apă din reţeaua de distribuţie;
- cerinţele de asigurare PSI;
- măsuri speciale necesare în cazul unor terenuri sensibile;
Se recomandă sursele cu debite ce respectă gradul de asigurare
normat, prevăzute cu posibilităţi de extindere, dându-se prioritate
soluţiilor ce reclamă pompări minime.
Studiul surselor de apă posibile în cadrul unei scheme generale de
gospodărire a apei urmăreşte determinarea cantităţii şi calităţii apei
disponibile. Astfel pot fi realizate comparaţii economice între diverse
soluţii pentru sistemele de alimentare alegându-se cea care satisface:
debitul de apă necesar, calitate necesară cu efort tehnologic şi economic
minim, siguranţă în exploatare, eficienţă economică maximă.
Studiile necesare pentru proiectarea captărilor de apă sunt:
Studii de teren. Acestea se compun din studii topometrice, studii
meteorologice, geologice, geotehnice, hidrologice, studii care
influenţează calitatea apei şi studii cu privire la lucrările existente.
Studii de laborator care stabilesc calitatea apei din sursă şi a
proceselor tehnologice de tratare a acesteia.
Studii de birou care constau în prelucrarea datelor de teren şi
efectuarea tuturor calculelor tehnologice, de rezistenţă şi economice.
21
Proiectele de alimentare cu apă trebuie să respecte prevederile
SR1628-1 „Surse de apă subterană. Investigaţii, studii de teren şi
cercetări de laborator”, respectiv SR 1628-2 pentru sursele de suprafaţă.
În cazul surselor de suprafaţă acestea trebuie să îndeplinească
condiţiile tehnice şi de calitate din STAS 4706.
Satisfacerea cerinţei de apă cu o anumită probabilitate este
exprimată prin gradul de asigurare a folosinţei conform STAS 1343/0-89.
Încadrarea în clasa de importanţă a sistemului de alimentare se
face conform STAS 4273.
Zone de protecţie sanitară.
Zonele de protecţie sanitară sunt reglementate prin Hotărârea
Guvernului nr. 101 din 3 aprilie 1997 pentru aprobarea Normelor
speciale privind caracterul şi mărimea zonelor de protecţie sanitară,
publicată în Monitorul Oficial, Partea I, nr. 62 din 10 aprilie 1997. Există
trei zone ce se dispun în principiu concentric în jurul sursei de apă[71]:
1.Zona de protecţie sanitară cu regim sever cuprinde terenul
din jurul captării, unde este interzisă orice folosinţă sau activitate care,
punând apa în contact cu factorii externi, ar putea conduce la
contaminarea sau la impurificarea acesteia. Ea se extinde în toate
direcţiile în jurul punctului de prelevare a apei - foraj sau dren.
2.Zona de protecţie sanitară cu regim de restricţie cuprinde
terenul din jurul captării, unde este interzisă orice folosinţă sau activitate
care, punând apa în contact cu factorii externi, ar putea conduce la
contaminarea sau la impurificarea acesteia. Ea se extinde în toate
direcţiile în jurul punctului de prelevare a apei - foraj sau dren.
3.Perimetrul de protecţie hidrogeologică cel mai îndepărtat de
punctul de prelevare a apei, are rolul de a asigura protecţia faţă de orice
substanţe greu degradabile sau nedegradabile şi regenerarea debitului de
apă prelevat prin lucrările de captare.
Dimensiunile lor se stabilesc individual pentru fiecare captare de
apă subterană sau priză de apă de suprafaţă în parte, pe baza unor studii
hidrogeologice, care ţin seama de factorii locali - naturali şi artificiali -
care pot interveni în contaminarea sau în impurificarea apei.
Delimitarea zonelor de protecţie în cazul captărilor de ape
subterane. În practică se selecţionează criteriile relevante fiecărei
captări, astfel încât ariile delimitate să asigure protecţia corespunzătoare
gradului lor de risc. De aceea, la dimensionarea zonelor de protecţie
22
sanitară cu regim sever şi cu regim de restricţii se utilizează, de regulă,
criteriul timpului de tranzit al unei particule de apă astfel încât durata de
parcurgere de la intrare în zona severă până la captare să fie de minimum
20 de zile, pentru orice picătură de apă, presupusă contaminată, care s-ar
infiltra. Pe acelaşi criteriu se ia în calcul o durată minimă de 50 de zile a
unei particule de apă de la intrarea în zona de restricţii până la intrarea în
zona cu regim sever. (Această normă de 50 de zile este tot mai contestată
din cauza apariţiei multor substanţe poluante care sunt mult mai lent
biodegradabile). Perimetrul de protecţie hidrogeologică se va întinde
până la limita zonei de regenerare a acviferului respectiv, care poate fi
uneori până la cumpăna apelor! Dimensiunile zonelor de protecţie
sanitară stabilite conform criteriilor de mai sus au următoarele condiţii de
dimensiune: minim 50 metri în amonte şi 20 metri în aval de captare
pentru zona severă. Se indică şi delimitarea unei zone suplimentare de
protecţie şi o subîmpărţire a perimetrului de protecţie hidrogeologică
(zona III), în zonele III A si III B, în caz de extindere mare a acviferului,
grosime mică a zonei de aeraţie şi viteze mari de curgere a apei în
acvifer.
Pentru acviferele de adâncime la care depozitele acoperitoare
conferă o protecţie naturală bună antipoluare, zonele de protecţie sanitară
pot fi reduse numai la zona de regim sever.
Zona de regim sever trebuie împrejmuită, pentru oprirea accesului
necontrolat al populaţiei, animalelor şi utilajelor de orice fel.
Delimitarea zonelor de protecţie în cazul captărilor de ape de
suprafaţă.
Zona de protecţie sanitară cu regim sever şi zona de protecţie
sanitară cu regim de restricţii se delimitează şi ele de la caz la caz, în
funcţie de condiţiile locale. Pentru râuri se ţine cont în principal de
caracteristicile albiei. Dimensiunea minimă a zonei de regim sever va fi
de minim 100 metri spre amonte, 25 spre aval şi 25 lateral de priză. Când
dimensiunea laterală nu poate fi respectată se iau măsuri constructive
compensatorii. Pentru captările din lacuri, zona severă va avea o
dimensiune minimă de 100 de metri radial, de la mal, pe suprafaţa
lacului, şi de minim 25 metri radial pe mal. Zona de protecţie severă se
împrejmuieşte pe maluri iar pe oglinda de apă se marchează prin
geamanduri sau prin alte mijloace.
23
Regimul terenurilor din zonele de protecţie. Ca ele să-şi atingă
scopul, activităţile pe aceste terenuri sunt condiţionate. Astfel:
- In zona III B de protecţie se interzice: evacuarea de ape
pluviale din zone urbane sau din zone de trafic rutier; amplasarea de
centrale nucleare sau de unităţi care evacuează ape radioactive;
amplasarea de unităţi industriale care evacuează ape reziduale cu risc
mare de poluare, precum rafinării, industrie siderurgica, industrie
chimica, pielărie, uzine militare, daca apele evacuate de acestea nu sunt
in totalitate epurate; depozitarea, staţionarea sau introducerea in subteran
a substanţelor radioactive sau a altor substanţe poluante provenite din
activitatea industriala, ca: fenoli, gudroane, detergenţi, substanţe
fitosanitare, petrol si reziduuri de petrol, uleiuri, combustibili lichizi,
coloranţi, cianuri, metale toxice etc.; efectuarea de irigaţii cu ape uzate,
neepurate sau insuficient epurate.
- In zona III A de protecţie se interzice: toate activităţile
menţionate ca restricţii pentru zona III B de protecţie; amplasarea de
unităţi zootehnice, abatoare; depozitarea pe sol şi întrebuinţarea de
stimulenţi de creştere, substanţe fitosanitare pentru protecţia plantelor şi
pentru lupta împotriva dăunătorilor în agricultura şi silvicultura;
amplasarea de staţii de epurare si infiltrare de ape reziduale; amplasarea
de locuinţe, spitale, staţiuni turistice, chiar daca dispun de canalizare,
daca apele reziduale nu sunt epurate in totalitate si evacuate din zona III
A de protecţie in condiţii depline de siguranţa; depozitarea de substanţe
poluante, cu excepţia depozitelor de combustibili pentru încălzirea
locuinţelor si pentru unităţile agricole, cu condiţia respectării măsurilor
de siguranţă pentru prevenirea poluării, amplasarea de puncte de transfer
şi comercializare a combustibililor lichizi sau a oricăror substanţe
poluante ce pot vicia calitatea apelor subterane; amplasarea de
aeroporturi, unităţi militare şi efectuarea de manevre militare; amplasarea
de platforme de gunoi, conteinere cu deşeuri, cimitire de maşini;
vidanjarea cisternelor ce transportă ape fecaloid-menajere; infiltrarea sau
injectarea de ape de răcire; executarea de decopertări prin care stratul
acoperitor, protector, al acviferului este îndepărtat; amplasarea de
cimitire umane sau pentru animale; amplasarea de triaje de cale ferata;
executarea de foraje si lucrări miniere pentru prospecţiuni, explorări si
exploatări de petrol, gaze, ape minerale, sare, substanţe radioactive etc.
-In zona de protecţie cu regim de restricţie se permit activităţi
24
agricole dar cu interzicerea utilizării ingrăşămintelor naturale; utilizarii
substanţelor fitofarmaceutice care nu se degradează intr-un timp mai
scurt de 10 zile; irigării cu ape uzate, chiar epurate complet; crescătoriilor
de animale si depozitarii de gunoaie animale. În plus se mai interzic toate
activităţile menţionate ca restricţii pentru zonele III B si III A de
protecţie; executarea de construcţii pentru activităţi industriale şi
agricole, precum: grajduri, silozuri de cereale, depozite de ingrăsăminte
şi de substanţe fitosanitare etc.; amplasarea de şantiere de construcţii si
depozite de materiale aferente; amplasarea de cai rutiere, linii de garare,
parcări si alte unităţi de transport de mărfuri; amplasarea de campinguri,
terenuri de sport, ştranduri; spălarea maşinilor si efectuarea schimburilor
de ulei; balastiere, exploatări de turba, cariere de piatra si orice alte
lucrări prin care se diminuează stratul acoperitor; realizarea de activităţi
miniere prin care se îndepărtează stratul protector, se produc explozii ce
produc fisuri sau se creează posibilitatea acumulării de apa; păşunatul
animalelor si însilozarea nutreţurilor; folosirea ingrasamintelor naturale
sau de sinteza, precum si depozitarea lor in spatii deschise, unde pot fi
spalate de apele din precipitatii si antrenate in subteran; amplasarea de
sere; depozitarea de carburanti, lubrifianti, combustibili solizi - lemne si
carbuni; transportul pe conducte de ape uzate si substante poluante de
orice fel; amplasarea de bazine pentru ape reziduale, puturi absorbante,
haznale cu groapa simpla; executarea de lucrari de canalizare si drenaje;
amplasarea de iazuri piscicole. În condiţii speciale se pot admite unele
excepţii, cu aprobarea autorităţilor sanitare.
Terenurile cuprinse in zona de protectie sanitara cu regim sever vor putea
fi folosite numai pentru asigurarea exploatarii si intretinerii sursei,
constructiei si instalatiei de alimentare cu apa.
- In zona de protectie cu regim sever sunt interzise toate activitatile
mentionate pentru zonele III B si III A si pentru zona de restrictie,
precum şi: constructii sau amenajari care nu sint legate direct de
exploatarea sursei si a instalatiilor; efectuarea de explozii si de excavatii
de orice fel; depozitarea de materiale, cu exceptia celor strict necesare
exploatarii sursei si a instalatiei; traversarea zonei de catre sisteme de
canalizare pentru ape uzate, cu exceptia celor ce se colecteaza prin
canalizarea aferenta obiectivului protejat. Dacă e vorba de o captare de
suprafaţă sunt interzise şi deversarea de ape uzate, chiar daca sunt
epurate complet; navigarea si acostarea de ambarcatiuni, cu excepţia unor
25
cazuri special reglementate; pescuitul si scaldatul; recoltarea ghetii si
moraritul pe apa, precum si adaparea animalelor.
În zonele de regim sever se iau măsuri speciale constructive si de
exploatare: Nu trebuie să fie probleme de proprietate a terenului, nu se
admit nici un fel de interventii asupra stratului de sol activ si depozitelor
acoperitoare ale acviferului; se iau măsuri de protecţie antiinundaţie;
toate lucrarile vechi de excavatii deschise si galerii, canale, puturi, pilnii
de explozii trebuie astupate sau luate alte măsuri pentru a preveni
infiltrarea de posibili poluanţi. Se admite folosinţa agricolă dar numai cu
culturi de plante perene, păioase sau pomi fructiferi, dar fără utilizarea
ingrasamintelor animale sau chimice si a substantelor fitofarmaceutice,
fără irigare cu ape care nu sunt potabile; fără culturi care necesita lucrari
de ingrijire frecventa sau folosirea tractiunii animale. Nu e admis
păşunatul.
Politica europeană în domeniul apei dezvoltată în etapa I-a
(1970-1980) a avut ca obiectiv protecţia folosinţelor de apă prin
stabilirea unor standarde de calitate a mediului care stabilesc
limitele specifice pentru sursele de apă . Directiva privind calitatea apelor de suprafaţă destinate potabilizării
75/440/EEC şi Directiva 79/869/EEC au ca scop protejarea resursele de
apă de suprafaţă respectiv râurile şi lacurile care sunt utilizate pentru
producerea de apă potabilă şi de a monitoriza corespunzător aceste ape.
Directiva 75/440/EEC defineşte:
- 3 categorii de ape de suprafaţă (A1,A2,A3) pentru prelevare în
vederea potabilizării funcţie de calităţile lor fizice, chimice şi
microbiologice;
- modul de tratare a acestora pentru fiecare categorie:
- categoria A1 necesită tratare fizică simplă şi dezinfecţie( de
exemplu filtrare rapidă şi dezinfecţie),
- categoria A2 tratare normală fizică, chimică şi dezinfecţie (de
exemplu preclorinare, coagulare, floculare,decantare,filtrare,dezinfecţie
(clorinare finală)
- categoria A3 tratare fizică, chimică avansată, preclorinare şi
dezinfecţie (de exemplu clorinare intermediară,coagulare,floculare
decantare,filtrare prin adsorbţie pe cărbune activ, dezinfecţie – ozonizare
şi clorinare finală).
26
Apele de suprafaţă inferioare categoriei A3 vor fi utilizate în
scopuri potabile numai în situaţii extreme.
Statele membre ale Uniunii Europene trebuie să identifice şi să
desemneze resursele de apă destinate potabilizării şi să ia toate măsurile
pentru a se încadra în limitele propuse în Directivă prin:
- asigurarea tratării corespunzătoare a apei de suprafaţă captată în
scopul alimentării cu apa potabilă;
- îmbunătăţirea calităţii apelor de suprafaţă destinate captării pentru
producerea de apă potabilă
2.3 Poluarea apei şi consecinţele asupra sănătăţii oamenilor
Conform directivelor Europene din domeniul apelor prin poluarea
apei se înţelege:
1) introducerea în apă, direct sau indirect de substanţe sau energie
ca urmare a activităţilor umane, având ca efecte periclitarea sănătăţii
oamenilor, afectarea ecosistemelor acvatice şi a celor terestre care depind
de acestea, afectarea folosinţelor de apă şi deteriorarea ambianţei
naturale;
2) orice alterare fizică,chimică sau bacteriologică a apei, peste o
limită admisibilă stabilită, inclusiv depăşirea nivelului natural de
radioactivitate produsă direct sau indirect de activităţile umane, care o fac
improprie pentru o folosire normală în scopurile în care această folosire
era posibilă înainte de a interveni alterarea.
Politica europeană în domeniul apei dezvoltată în etapa II-a
(1981-2000) a avut ca obiectiv general reducerea poluării la sursă
prin stabilirea unor valori limită admisibile pentru evacuarea poluanţilor
în mediul acvatic.
In această categorie se încadrează următoarele directive:
Directiva 76/464/EEC privind poluarea creată de evacuarea unor
substanţe periculoase în mediul acvatic al comunităţii, şi cele 7
Directive fiice:
-1) Directiva 82/176/EEC referitoare la mercurul din electroliza
clor-alcalilor;
- 2)Directiva 84/156/EEC referitoare la mercurul din alte sectoare
decât electroliza cloralcanilor;
- 3)Directiva 83/513/EEC referitoare la cadmiu;
-4)Directiva 84/491/EEC referitoare la hexaclorciclohexan;
27
-5)Directiva 86/280/EEC referitoare la tetraclorura de
carbon,DDT, pentaclorfenol;
-6)Directiva 88/347/EEC referitoare la drinuri, hexaclorbutan,
hexaclorbutadienă,cloroform;
-7)Directiva 90/415/EEC referitoare la 1,2 dicloretan,
tricloretilenă, percloretilenă, triclorbenzen
Aceste directive au ca obiectiv stoparea poluării cu substanţe
prioritar periculoase prevăzute în Anexa I din Directivă şi reducerea
poluării pentru încadrarea în limitele admisibile stabilite de Directivă
pentru substanţele prevăzute în Anexa II din Directivă.
Directiva 80/68/EEc privind protecţia apelor subterane
împotriva poluării create de unele substanţe periculoase In principiu, emisiile de poluanţi în apele subterane au fost
reglementate prima dată In Directiva 76/464/EEC. In mod similar cu
aceasta poluanţii sunt împărţiţi în două categorii:
- „Lista neagră” pentru care se vor lua toate măsurile în vederea
stopării evacuării acestora în apele subterane. Stabilirea limitei de emisie
„0” pentru aceste substanţe reprezintă aplicarea în practică a principiului
precauţiunii;
-„Lista gri” pentru care se vor lua măsurile corespunzătoare de
încadrare a acestora în limitele stabilite
Directiva 91/676/EEC privind protecţia apelor împotriva
poluării cu nitraţi proveniţi din surse agricole
In cadrul acestei Directive apele afectate de poluarea cu nitraţi şi
apele care sunt susceptibile să fie expuse unei astfel de poluări vor fi
identificate utilizându-se următoarele criterii:
a) dacă apa dulce de suprafaţă utilizată sau în perspectivă de a fi
utilizată ca sursă de apă potabilă, conţine sau este susceptibilă să conţină
cantităţi ale azotului din nitraţi în concentraţii mai mari decât cele
prevăzute în standardele pentru categoria I de calitate
b) dacă apele subterane conţin sau sunt susceptibile să conţină
cantităţi de nitraţi în concentraţii mai mari decât limita maximă
admisibilă prin standarde;
c) dacă apa dulce din lacurile naturale, alte surse de apă dulce,
ape costale şi marine sunt eutrofe sau ar putea deveni eutrofe în viitorul
apropiat;
28
Directiva prevede identificarea,monitorizarea şi caracterizarea
atât a apelor poluate cu nitraţi din surse agricole,cât şi a zonelor
vulnerabile şi realizarea unui registru al acestor categorii de apă.
Directiva 91/271/EEC privind epurarea apelor uzate
orăşeneşti
Această directivă prevede stabilirea aglomerărilor umane şi a
normelor privind epurarea şi evacuarea apelor uzate orăşeneşti. Sunt
prevăzute de asemenea definirea unor „zone sensibile” pentru care
condiţiile de evacuare a apelor sunt mai severe, în principiu staţiile de
epurare situate în aceste zone trebuie să fie prevăzute cu treaptă terţiară
care să asigure încadrarea azotului şi fosforului în limite normate.
Zona sensibilă este reprezentată de ansamblul :
-corp de apă sensibil reprezentat prin:
-lacuri naturale cu apă dulce,alte ape dulci şi ape costiere
care se dovedesc a fi eutrofe (eutrofizare-proces de îmbogăţire a apelor
de suprafaţă cu compuşi ai azotului şi fosforului, cauzând o dezvoltare
accelerată şi masivă a algelor şi a vegetaţiei subacvatice, asociată cu
deteriorarea echilibrului biologic şi a calităţii apei) sau care în viitorul
apropiat pot deveni eutrofe dacă nu se iau măsuri de protecţie;
-corpuri de apă de suprafaţă destinate captării apei pentru
potabilizare şi care pot conţine concentraţii de azot mai mari decât cea
stabilită în normele referitoare la calitatea apei cerută pentru apele de
suprafaţă destinate captării apei pentru potabilizare;
-bazin al corpului de apă sensibil-bazin în care se situează
evacuările din localităţile cu sau fără obiective industriale şi care au mai
mult de 10000 locuitori echivalenţi, care influenţează corpul de apă
sensibil.
De asemenea, Directiva prevede norme pentru:
-condiţiile de evacuare a apelor uzate în reţelele de canalizare a
localităţilor şi direct în staţiile de epurare;
-stabilirea limitelor de încărcare cu poluanţi a apelor uzate
industriale şi orăşeneşti la evacuarea în receptorii naturali.
Poluanţii din apă sunt cuantificaţi prin determinarea indicatorilor de
calitate ai apei.
Marea majoritate a îmbolnăvirilor asociate apei sunt boli
transmisibile, clasificate în general în funcţie de natura agentului
patogen.
29
Din punctul de vedere al igienei îmbolnăvirile asociate apei sunt
clasificate în cinci categorii :
1)Îmbolnăvirile transmise de apă.
Ele rezultă din contaminarea apei cu bacterii patogene eliminate de
om sau animale infectate fiind transmise direct prin folosirea apei de
băut, prepararea hranei sau în scop de îmbăiere, ca bolile diareice,
hepatita, parazitoze intestinale. Holera şi febra tifoidă sunt exemplele
clasice de astfel de îmbolnăviri (apa contaminată nu reprezintă singura
cauză de îmbolnăvire, alimentele şi calea fecal-orală sunt de asemenea
căi de transmitere). Alte îmbolnăviri precum leptospiroza (şobolani) pot
fi contractate prin contactul direct al pielii zgâriate cu apa contaminată.
2)Îmbolnăvirile prin lipsă de apă.
Apa în cantitate insuficientă sau greu accesibilă pentru satisfacerea
nevoilor de igienă individuală generează unele boli diareice sau boli
infecţioase ale pielii care, în asemenea situaţii, pot deveni endemice.
Practic, toate îmbolnăvirile posibil transmise prin apă pot fi induse prin
lipsa sau insuficienţa de apă. Această categorie de boli cuprinde, de
asemenea, şi boli parazitare, ca de exemplu variate forme de tifos. Bolile
prin lipsă de apă pot fi reduse prin asigurarea unei cantităţi suficiente de
apă
3)Îmbolnăvirile cu suport hidric.
În gazdele intermediare care trăiesc în apă, se petrece o parte din
ciclul de viaţă al unor paraziţi, putând conduce direct sau indirect la boli
parazitare la om, prin ingerarea de către acesta a organismelor acvatice,
vegetale sau animale (crustacee, peşte) infestate şi consumate crude sau
insuficient preparate..
4)Îmbolnăvirile legate de apă.
Apa poate fi un habitat pentru insecte acvafile vectoare ale unor boli
ca malaria, filarioza, encefalita sau menigita virală.
5)Îmbolnăvirile propagate prin apă.
Cele patru categorii de boli asociate apei descrise mai sus constituie
o preocupare pentru ţările în curs de dezvoltare, în schimb, această a
cincea categorie apare în prezent în ţările dezvoltate. Sunt îmbolnăviri
infecţioase ai căror agenţi pot prolifera în apă şi pot pătrunde în corpul
uman pe cale respiratorie: meningita generată de amoebe, pneumonia
produsă de bacteriile din genul Legionella (bacterii care proliferează în
sistemele de aer condiţionat sau de încălzire a apei). Este previzibilă însă,
30
apariţia şi a altor agenţi patogeni oportunişti care să găsească mediu
favorabil de dezvoltare în diverse noi dispozitive tehnologice în care se
utilizează apă. Alte infecţii sunt cele cauzate de Cryptosporidium cu
semnificaţie clinică din cauza imunodeficienţei pe care o provoacă.
Printre Poluanţii cei mai întâlniţi sunt :
-Bacteriile,viruşii şi paraziţii ;
-compuşi poluanţi toxici
-solide în suspensie şi coloizi
- substanţe petroliere
-grăsimi şi uleiuri
-compuşi organici biodegradabili
-substanţe radioactive
În tabelele următoare sunt prezentaţi diverşi poluanţi şi efectele lor
asupra sănătăţii oamenilor [51 ;74] :
Tabel 2.1 Microorganisme şi bolile asociate
Virus Boala asociată
Adenoviruses De respiraţie,infecţia ochilor
Enteroviruses Aseptice,Poliomielite,Diaree,
Miocardite
Hepatitis A Viruses Hepatita
Influenza Viruses Febra
Bacterii Boala asociată
Escherichia coli Diareea
Salmonella typhi Febra tifoidă
Salmonella paratyphi Febra tifoidă
Other salmonellae Gastrointestinale
Shigella species Dizenterie-bacili
Vibrio Cholerae Holera
Other Vibrios Diareea
Leptospira Caricola Febra galbenă sau Galbinare
Yersinia enterocolotica Gastrointestinale
Protozoare Boala asociată
Giardia Lamblia Diareea
Cryptosporidium Species Diareea
Entamoeba histolytica Dizenteria
Vierme intestinal Boala asociată
Ancylostoma Duodena
(hookworm)
Viermişori
31
Ascaris Lumbricoides (roundworm)
Limbrici
Hymenolepis nana
(dwarf tapeworm)
(vierme mici panglică)
Necator americanus
(hookworm)
(viermi intestinali)
Strogyloides stercoralis
(threadworm)
(viermi subţiri)
Trichuris trichiura
(whipworm)
(viermi mişcători)
Tabelul 2.2 Compuşi organici nebiodegradabili şi efectele
produse asupra sănătăţii
Poluantul şi sursa Efect asupra sănătăţii
Toluen (solvenţi industriali,aditivi pentru
benzină)
Efecte nocive asupra
rinichilor,ficatului,sist.nervos
central şi sistemului circulator)
Benzen (produse chimice
industriale,vopsele,materiale
plastice,pecticide)
Risc cancerigen
Tetraclorura de carbon(agenţi de
curăţire,deşeuri industriale)
Risc cancerigen
Heptaclor (Insecticide) Risc cancerigen
Lindan (Insecticide) Efecte nocive asupra sistemului
nervos central,ficatului şi rinichilor
Pentaclorfenol (agenţi de conservare a
lemnului)
Risc cancerigen
Efecte nocive asupra sistemului nervos central,ficatului şi rinichilor
Stiren(materiale
plastice,cauciucuri,ind.farmaceutică)
Efecte nocive asupra sistemului
nervos central şi ficatului
Trihalometani(cloroform, substanţe rezultate
în procesul de clorinare a apei potabile)
Risc cancerigen
Tricloretilenă(deşeuri rezultate din industria
pesticidelor,vopselelor,agenţi de degresare ai
metalelor)
Risc cancerigen
Clorură de vinil(leşiile provenite din
degradarea conductelor de PVC)
Risc cancerigen
Xilen (cerneluri tipografice,detergenţi) Efecte nocive asupra sistemului
nervos central,ficatului şi rinichilor
32
Tabel 2.3 Compusi anorganici toxici şi efectele asupra sănătăţii
Poluant Efect asupra sănătăţii Azbest(Depozite minerale naturale,
conducte) Risc cancerigen
Efecte nocive asupra sistemului
nervos central Arsen (Pesticide,deşeuri industriale) Risc cancerigen Bariu(Vopsitorii,depozite minerale
naturale) Efecte nocive asupra sistemului
nervos şi circulator Cadmiu(Finisarea metalelor,dep.minerale
naturale) Efecte nocive asupra rinichilor si
ficatului Crom(Industria textilă şi pielărie, finisarea
metalelor,dep.minerale naturale) Efecte nocive asupra
ficatului,rinichilor,sistemului
digestiv Cupru(coroziunea instalaţiilor,conservanţi
pentru lemn) Efecte nocive asupra sistemului
digestiv Cianuri(galvanizare,ingrăşăminte,materiale
plastice) Efecte nocive asupra sistemului
nervos central,combinaţii ireversibile
cu hemoglobina Fluor(aditivi pentru apa potabilă,industria
aluminiului) Fluoroză,efecte asupra sistemului
osos Plumb (coroziunea conductelor,tipografii) Efecte nocive asupra sistemului
nervos
central,rinichilor,anemii,saturnism,a
cumulări în oase Mercur(Instalaţii de obţinere a
mercurului,fungicide) Efecte nocive asupra
rinichilor,stomatite,gingivite,sistem
nervos Nichel(Baterii,aliaje metalice) Efecte nocive asupra
inimii,ficatului,rinichilor Azotaţi şi
azotiţi(Ingrăşăminte,nămoluri,sol) Risc cancerigen,methemoglobinemie
la nou născuţi Seleniu(Minerit,topitorii,depozite naturale) Efecte nocive asupra ficatului
33
In tabelul următor se prezintă Rata medie a cazurilor de
îmbolnăvire din ţara noastră [77]:
Boli/100.000loc/an Urban + Rural
2000 2001 2002 2003 2004
Boli diareice 379.10 362.70 446.50 401.20 381.50
Dizinterie 12.10 11.60 13.10 7.30 6.60
Hepatita A 97.80 94.20 66.60 43.40 47.80
Salmonella 3.70 4.60 5.40 4.60 4.30
Introducerea unor sisteme adecvate de alimentare cu apă va
contribui substanţial la reducerea acestor boli, rapoartele Băncii
Mondiale indicând o reducere cu peste 40% [77].
2.4 Cantitatea de apă necesară în sistem
2.4.1 Structura şi Normele consumului de apă
Un sistem de alimentare cu apă centralizat deserveşte toate
folosinţele racordate la el, ca de exemplu: centre populate, industrii,
unităţi agrozootehnice, etc.
Noţiunile frecvent utilizate pentru determinarea cantităţilor de apă
sunt necesarul de apă, cerinţa de apă şi necesarul specific de apă.
Necesarul de apă reprezintă cantitatea de apă care trebuie
furnizată unei folosinţe în punctul de utilizare astfel încât să fie folosită
raţional.
Cerinţa de apă reprezintă cantitatea de apă care trebuie preluată
de la sursă pentru a acoperi necesarul de apă în mod raţional, cu
recircularea şi reutilizarea internă optimă.
Cerinţele de apă trebuie satisfăcute la sursă cu o anumită
probabilitate exprimată prin gradul de asigurare.
Gradul de asigurare al unei folosinţe se poate exprima după
frecvenţă, durată sau volum şi reprezintă probabilitatea ca debitul sursei
la preluare să fie egal sau mai mare decât debitul cerinţei.
Necesarul specific de apă reprezintă cantitatea de apă pentru o zi
raportată la consumator (se exprimă de ex.în l/om.zi).
34
Structura consumurilor de apă pentru populaţie, industrie
sau pentru combaterea incendiilor sunt normate conform STAS 1343
şi 1478.
Stabilirea necesarului şi cerinţei de apă se face în funcţie de
categoriile de apă necesare.
Necesarul de apă potabilă pentru localităţi cuprinde următoarele
categorii de apă:
1) apa pentru nevoi gospodăreşti;
2) apa pentru nevoi publice;
3) apa pentru stropitul spaţiilor verzi;
4) apă pentru stropitul străzilor, spălatul pieţelor şi străzilor;
5) apă necesară pentru unităţi industriale;
6) apă pentru nevoile proprii ale sistemului de alimentare;
7) apă pentru spălarea periodică a reţelelor de canalizare;
8) necesar de apă pentru acoperirea pierderilor tehnic admisibile
din sistem;
9) apă necesară pentru combaterea incendiului.
Necesarul şi cerinţa de apă pentru industrie cuprinde următoarele
categorii:
1) apă tehnologică pentru:
- fabricarea produselor
- răcirea utilajelor, aparatelor, etc.,
- producerea aburului şi a apei calde
- spălarea şi transportul hidraulic al materiei prime,etc.
2) apă necesară pentru nevoi igienico – sanitare
3) apă pentru incendii
4) apă pentru alte utilizări
Necesarul şi cerinţa de apă pentru unităţile agrozootehnice
cuprind:
1) necesarul pentru consumul biologic al animalelor
2) necesarul tehnologic pentru evacuarea dejecţiilor din hale,
spălarea şi dezinfectarea halelor, prepararea hranei,
întreţinerea instalaţiilor tehnologice
3) necesarul pentru obiectele anexe ale halelor de creştere a
animalelor
35
În general, sistemele de alimentare cu apă a centrelor populate,
industriilor sau altor unităţi trebuie corelate între ele din punct de vedere
tehnico economic.
2.4.2 Variaţia consumului de apă
Necesarul de apă variază în funcţie de timp (zi, săptămână, lună,
an), ceea ce impune determinarea valorilor caracteristice medii şi
maxime. Din măsurători şi din compararea datelor cu cele din alte acte
normative ale unor ţări cu climă şi regim de trai apropiat au fost stabilite
pentru aproape toate felurile de consum norme de necesar de apă [64].
Se defineşte astfel coeficientul de neuniformitate a debitului
zilnic de apă kzi ca raportul dintre debitul zilnic maxim Qzimax şi debitul
zilnic mediu Qzimed considerate pe parcursul unui an:
zimed
zizi
Q
Qk max ( 2.1 )
Debitul de apă variază însă chiar în cursul aceleaşi zile apărând
astfel necesitatea definirii unui coeficient de neuniformitate a debitului
orar ko ca raportul dintre debitul orar maxim Qmax şi debitul orar mediu
Qmed :
omed
oo
Q
Qk max (2.2 )
2.4.3 Debite caracteristice
Ţinând seama de fluctuaţia specifică în utilizarea apei în
localităţile ţării noastre pot fi calculate trei valori ale necesarului de apă,
numite debite caracteristice.
1) Debitul zilnic mediu, reprezentând media volumelor de apă utilizate
zilnic în cursul unui an:
n
k
s
n
i
nzimed iqiNanVol
Q1 1
)()(1000
1
365
. (m
3/zi) (2.3)
2) Debitul zilnic maxim, reprezentând valoarea maximă a volumelor
utilizate zilnic în cursul unui an:
36
n
k
m
i
zisnzi ikiqiNQ
1 1
max )()()(1000
1 (m
3/zi) (2.4)
3) Debitul orar maxim, reprezentând valoarea maximă a debitului orar
de apă din ziua de consum maxim:
n
k
m
i
zisno ikikiqiNQ
1 1
0max )()()()(24
1
1000
1(m
3/h) (2.5)
unde s-a notat:
k – indice referitor la categoria de necesar de apă;
i - indice referitor la tipul de consumatori şi debitul specific de apă, în
cadrul categoriei de consum .
N(i) – numărul de utilizatori;
qs(i) – debit specific: cantitatea medie zilnică de apă necesară unui
consumator (l / consumator şi zi);
kzi(i) – valoarea maximă a abaterii valorii consumului zilnic
)(
)()( max
iQ
iQik
zimed
zizi (2.6)
k0(i) – valoarea maximă a abaterii valorii consumului orar:
)(
)()(
max
max00
iQ
iQik
zi
(2.7)
Elemente pentru calculul necesarului de apă [SR 1343/1-2006]
Valorile debitului specific de apă pentru nevoi gospodăreşti (qg) şi
valorile coeficientului de variaţie zilnic (kzi) sunt date în Tabelul 2.4
Tabelul 2.4 Elemente pentru calculul debitelor de apă
Nr.
crt.
Zone ale localităţii diferenţiate în funcţie
de dotare a clădirilor cu apă rece şi caldă
qg(i)
l/om zi
kzi(i)
1. Zone în care apa se distribuie prin
cişmele amplasate pe străzi fără
canalizare*
50 1.50/2.00
2. Zone in care apa se distribuie prin
cişmele amplasate în curţi fără canalizare
(1)
50…60 1.40/1.80
3. Zone cu gospodării având instalaţii 100…120 1.30/1.40
37
interioare de apă rece,caldă şi canalizare, cu preparare locală a apei calde
4. Zone cu apartamente în blocuri având
instalaţii interioare de apă rece,caldă şi
canalizare, cu preparare centralizată a
apei calde
150…180 1.20/1.35
* se consideră sisteme provizorii;în măsura realizării unui sistem de
canalizare se vor adopta valorile din zona 3;
Note:
1.Valorile orientative pentru qg(i) pot fi mărite funcţie de:
- mărimea zonei,densitatea populaţiei,tipul de locuinţe;
- zona geografică;
- statutul localităţii;
- gradul de confort ;
- obiceiurile utilizatorilor din zonă la utilizarea apei;
2.Pentru kzi ,valorile de deasupra liniei sunt date pentru localităţile cu
climă continentală temperată, iar valorile de dedesubt sunt date pentru
localităţile cu climă continentală excesivă;
3. In anexa 1 se indică valori orientative din sursele
IWA,AGHTM,etc.;
Debit specific de apă pentru nevoi publice pq
Necesarul de apă pentru consumatori publici se calculează analitic
prin însumarea cantităţilor de apă necesare fiecărui utilizator. Valorile
orientative se adoptă conform tabelului următor:
Nr. Categorie consum Unitate
piq (l/unit.,zi)
1 Aeroport Călător 7…15
2 Bar Client
Angajat
5…20
40…60
3 Birouri Angajat 30…60
4 Cafe-bar consumator Angajat
15…30 30…45
5 Camping persoană 110…190
6 Casă de odihnă rezident 200…400
7 Căsuţe (de odihnă) persoană 80…110
8 Centru comercial
Angajat
Loc parcare
25…50
5…7.5
9 Cluburi
Utilizator
angajat
250…300
40…60
38
10 Complex comercial
Toalete Angajat
1500…2000 30…45
11 Clădire dormit. comune Persoană 75…100
12 hotel Client
Angajat
150…250
25…50
13 Hotel (staţiune) Persoană 150…250
14 inchisoare Deţinut
Angajat
300…600
20…40
15 Magazin mic Consumator
Angajat
5…10
30…45
16 Motel: cu bucătărie
Fără bucătărie
Loc
Loc
300…600
200…500
17 Pensiune Persoană 200…300
18 Piscină
Consumator
Angajat
15…30
30…45
19 Restaurant Masă 7…15
20 Restaurant cu autoservire Consumator
Angajat
5…10
30…45
21 Sală de mese Masă servită 20…40
22 Scoală cu internat şi cantină elev 200…400
23 Scoală fără internat:
-cu bufet,sală sport,duşuri
-cu bufet
-fără bufet si sală sport
Elev
Elev
Elev
50…80
40…60
20…30
24 Service auto Vehicul
Angajat
25…50
35…60
25 Spălătorie haine Maşină 2000…2500
26 Spital Pat Angajat
400…600 20…40
27 Tabără de zi,fără masă Persoană 40…60
28 Teatru Scaun 5…10
29 Terasă Scaun 50…75
30 Teren de tabără Persoană 75…100
31 Zonă de interes turistic Vizitator 15…30
Necesarul de apă pentru utilizatorii care nu solicită apă potabilă
-Necesarul de apă pentru stropit spaţiile verzi (qsv) se poate calcula
analitic considerând o normă specifică de 1.5-2.5 2/ ml ;
-Necesarul de apă pentru stropit străzi şi spălat pieţe (qsp) se poate
calcula analitic sau se poate pe baza unei norme specifice de
(1.5…5) l/om,zi;
39
-Necesarul de apă pentru întreţinerea reţelei de canalizare cq se
calculează analitic funcţie de:
-schema şi sistemul reţelei de canalizare;
- numărul de cămine de spălare şi lungimea tronsoanelor
pe cae nu sunt asigurate vitezele de autocurătţare;
-starea reţelei de canalizare;
-Necesarul de apă industrială (qi) se calculează în conformitate cu
norma tehnologică şi capacitatea de lucru a fiecărei unităţi.
Pentru a asigura necesarul de apă este nevoie să fie luată o
cantitate mai mare de apă pentru a asigura şi pierderile de apă din sistem
şi nevoile tehnologice proprii ale sistemului.
Debitele cerinţei de apă vor fi:
nzimedspszimed QkkQ (2.8)
maxmax nzispszi QkkQ (2.9)
maxmax nospso QkkQ (2.10)
cu notaţiile:
ks- spor al necesarului de apă pentru întreţinerea sistemului:
- pentru sisteme cu întreţinere uşoară ks=1,02;
- pentru sisteme ce au staţii de tratare:
- înainte de tratare : ks=1,05 – 1,08;
- după tratare: ks=1,02.
kp – spor pentru compensarea pierderilor normale de apă prin sistem:
- pentru sisteme care se proiectează: kp = 1,15;
- pentru sisteme existente: kp = 1,35.
Coeficientul de variaţie orară (ko) se adoptă pentru fiecare tip
de necesar de apă (tabelul 2.5).
Tabelul 2.5 Valorile coeficientului de variaţie orară (k0) Numărul total de locuitori ai
localităţii N (sau ai zonei de
presiune considerate Nj)
k0
10000 2.00…3.00
15000 1.30…2.00
25000 1.30…1.50
50000 1.25…1.40
100000 1.20…1.30
>200000 1.15…1.25
40
Note:
1. În cazul în care distribuirea apei nu se face continuu ci după un
program de furnizare propriu, coeficientul k0 poate fi mărit;
2. Pentru valori intermediare ale numărului de locuitori coeficientul k0
se calculează prin interpolare lineară (val.max.5.0);
3. Coeficientul se determină în funcţie de numărul de locuitori din
fiecare zonă de presiune a reţelei;
4. Pentru reţele mari de distribuţie este recomandabil să se folosească un
coeficient de variaţie orară proporţional cu numărul de utilizatori
prevăzuţi în aval de secţiunea calculată;
5. În anexa 2 sunt prezentate variaţiile consumului orar într-o zi de lucru .
Necesarul de apă pentru combaterea incendiilor se calculează în
funcţie de numărul de incendii simultane, debitul şi durata de funcţionare
a instalaţiilor de stingere a incendiilor: hidranţi interiori, exteriori,
sprinklere (ploaie artificială), drencere (perdea de apă). Debitul
hidranţilor interiori se adoptă conform STAS 1478/90. În general se
consideră Qii=2.5 – 5 l/s.
Durata de funcţionare a hidranţilor interiori este Ti=10 minute iar a
hidranţilor exteriori Te=3 ore. Numărul de incendii simultane şi debitul
hidranţilor exteriori se adoptă conform tabelului 2.6 [64].
Tabelel 2.6 Nr. incendiilor simultane şi debitele hidr. exteriori Numărul locuitorilor
din localitate
Numărul de
incendii
simultane (n)
Qie (l/s)
Clădiri cu
1-4 etaje
Clădiri cu
peste 4 etaje
5000 1 5 10
5001 – 10000 1 10 15
10001 – 25000 2 10 15
25001 – 50000 2 20 25
50001 – 100000 2 25 35
100001 – 200000 2 30 40
200001 – 300000 3 40 55
300001 – 400000 3 - 70
400001 – 500000 3 - 80
500001 – 600000 3 - 85
600 001 – 700000 3 - 90
700001 – 800000 3 - 95
800000 - 1000000 3 - 100
41
În cazul când în sau lângă localitate există unităţi industriale care
se alimentează din aceeaşi reţea, numărul de incendii simultane se poate
adopta conform tabelului 2.7 [64].
Tabelul 2.7 Numărul de incendii simultane pentru localităţi cu
zone industriale
Nr. de
locuitori
din
localit.N
Suprafaţa
teritoriului
întrepr. (ha)
Numărul de
incendii simultane
n
Modul de considerare a
incendiilor simultane
< 10000
< 150
1
La localitate sau la zona
industrială, luând în
considerare debitul de
incendiu cel mai mare
10001…
25000
< 150
2
Unul în localitate şi unul în zona industrială, sau ambele
în localitate luând în
considerare suma valorilor
maxime
25000
150
2
Unul în localitate şi unul în
zona industrială, ambele în
localitate sau ambele în zona
industrială, corespunzător
sumei valorilor maxime
>
25000
< 150
2
Unul în localitate şi unul în
zona industrială, ambele în
localitate sau ambele în zona
ind., corespunzător sumei valorilor maxime
>
25000
> 150 Pentru localitati
conform tab.2.3;
Pentru zona ind.
conf.STAS 1478
În localitate şi zona ind., în
numărul care rezultă pentru
fiecare
Combaterea incendiilor este asigurată prin stocarea în
rezervoarele de înmagazinare a unui volum intangibil de incendiu care se
calculează cu relaţia (2.11):
)(6,36,36.3 3
max
111
mTaQTQTQTQnV eorars
n
iseie
nn
i
iiiji
42
cu notaţiile: Qii, Qie, Qis – debitul unui hidrant interior, exterior, special în
l/s; TI, Te, Ts – timpul de funcţionare pentru un hidrant interior, exterior,
special, în ore; n – numărul de incendii simultane; jn - numărul de jeturi
simultane impus pentru clădirea respectivă;a =1 pentru reţele de înaltă
presiune (combaterea incendiului se face direct de la hidrantul exterior);
a=0,7 pentru reţele de joasă presiune (stingerea se face cu ajutorul
motopompelor).
Debitul pentru refacerea acestei rezerve, în cazul în care a fost
consumată se obţine astfel:
ri
iri
T
VQ 24 (m
3/zi) (2.12)
unde Tri – timpul de refacere; Tri=24 h pentru localităţi şi Tri=24 – 48 h
pentru zone industriale cu construcţii din categoriile de pericol de
incendiu [64].
2.4.4 Debite de dimensionare
Debitele de calcul pentru dimensionarea schemei de alimentare cu
apă sunt (Fig.2.2)
Fig.2.2 Scheme de alimentare – Debite de calcul
43
1. Porţiunea captare – rezervor inclusiv, se dimensionează la
debitul:
RIspsziI QkkQQ max (m3/zi) (2.13)
2. Porţiunea Staţie de tratare – Rezervor se dimensionează cu
ddebitul:
sII kQQ /' (m3/zi) (2.14)
3. Rezervoarele trebuie să asigure:
-rezerva protejată – volumul rezervei intangibile de incendiu
-volumul de compensare orară
-rezerva protejată-volumul de avarii
Volumul minim al rezervorului trebuie să reprezinte 50% din
consumul mediu.
4. Porţiunea aval de rezervor
Debitul de dimensionare
n
i
iijpsorar
d
II QnkQQ1
max 6,3 (m3/h) (2.15)
În cazul reţelei cu mai multe zone de presiune debitul QII se
calculează pe zone.
Verificarea reţelei de distribuţie se face pentru două situaţii:
- funcţionarea în caz de folosire a apei pentru stingerea
incendiului folosind hidranţii interiori pentru un incendiu şi
hidranţii exteriori pentru celelalte (n-1) incendii;
- funcţionarea reţelei în cazul combaterii incendiului de la
exterior utilizând numai hidranţi exteriori pentru toate cele n
incendii simultane;
Debitul de verificare:
n
i
iepsorarvII QkQaQ
1
max 6,3 (m3/h) (2.16)
unde a este un coeficient adimensional a cărui valoare se consideră astfel:
a=0,7 pentru reţele de distribuţie care nu asigură la hidranţii exteriori
presiunea necesară stingerii directe a incendiului (minim 7 mcol.apă) –
reţele de joasă presiune; a=1 pentru reţele de distribuţie care asigură la
hidranţii exteriori presiunea necesară stingerii directe a incendiului –
reţea de înaltă presiune.
44
Pentru asigurarea funcţionării corecte a hidranţilor interiori
trebuie făcută şi verificarea că pentru orice incendiu interior (la
clădirile dotate cu hidranţi) presiunea de funcţionare este asigurată
în orice situaţie inclusiv când celelalte incendii sunt stinse din exterior:
iepiijpsorar
v
II QknQnkaQQ )1(6,3)(6,3 maxmax (m
3/h) (2.17)
unde max)( iijQn reprezintă cel mai mare incendiu interior.
Aprecierea numărului de locuitori într-o localitate cu dezvoltare
normală se face cu relaţia:
tt pNN )01,01( (2.18)
unde p este procentul anual de creştere al populaţiei, stabilit pe baze
statistice; t este numărul de ani pentru care se face calculul; N – numărul
de locuitori în situaţia existentă.
Dezvoltarea sistemelor de apă poate fi:
- extensivă – atunci când creşte numărul de utilizatori de apă,
corespunzător creşterii cu o rată anuală a populaţiei, p;
- intensivă – atunci când creşte gradul de confort.
Această dinamică a sistemului conduce la realizarea unor lucrări
etapizate, într-o perioadă de perspectivă de 25 ani. Necesarul de apă
trebuie recalculat periodic funcţie de dinamica localităţii, perspectivele
de dezvoltare, rezervele de apă din zonă, folosirea raţională şi sigură a
apei în localităţi, controlul pierderilor de apă din sistem.
Anexa 1 (SR 1343/1-2006)
Variaţia consumurilor specifice conform datelor IWA
(Internaţional Water Association) centralizate la congresele IWA,Paris
2000,Berlin 2001,Melbourne 2003. Tara Austria Belgia Marea
Britanie
Germania Franţa Luxemburg Olanda Spania Suedia
Qsp
(l/om,zi)
131…
271
108…
166
132..
267
146..
196
150 171..
259
159..
195
150..
200
175..
350
Notă: - În aceste valori sunt cuprinse consumurile
gospodăresc,public şi agenţi economici;
- în cazul în care nu există informaţii clare, necesarul de apă poate
fi cuprins între 150 – 250 l/om,zi;
45
Anexa 2 [SR 1343/1-2006]:
1. consum orar de apă într-o zi lucrătoare, (temperatura ext.18 C)
ora Sat % Oraş mic % Oraş mediu% Oraş mare
0...1 1.0 2.0 1.5 2.6
1...2 0.5 1.5 1.5 2.4
2...3 0.5 1.0 1.5 2.2
3...4 0.5 0.5 1.5 2.1
4...5 0.5 0.5 2.0 2.2
5...6 6.5 1.5 3.0 4.2
6...7 12.0 2.5 4.5 5.3
7...8 8.5 3.0 5.5 5.7
8...9 3.5 3.5 6.0 5.6
9...10 3.0 4.0 5.5 5.4
10...11 3.0 5.0 6.0 5.3
11...12 4.5 7.0 6.0 5.3
12...13 10.0 9.5 5.5 5.2
13...14 9.0 10.0 5.5 5.1
14...15 1.5 8.5 5.5 4.9
15...16 1.5 5.0 6.0 4.5
16...17 2.0 3.5 5.5 4.2
17...18 2.0 3.0 6.0 4.7
18...19 3.0 5.0 5.5 5.0
19...20 5.5 8.0 5.0 5.0
20...21 9.0 6.0 4.0 4.2
21...22 8.5 4.0 3.0 3.3
22...23 3.0 3.0 2.0 2.9
23...24 1.0 2.5 2.0 2.7
total 100% 100% 100% 100%
2.Relaţia cu care se calculează cantităţile maxim consumate este ;
01939.1
max 37986.0 EQzi (m3/zi)
unde E –numărul de locuitori.
46
2.5 Norme de calitate
Transferul apei de la sursă la folosinţe trebuie să urmărească
asigurarea atât a cantităţii cât şi a calităţii apei necesare.
Proprietăţile apei în natură nu satisfac de cele mai multe ori
condiţiile de calitate cerute de consumatori.
Apele de suprafaţă din uniunea europeană sunt reglementate din
punct de vedere calitativ prin Directiva 75/440/EEC privind calitatea
apelor de suprafaţă destinate prelevării de apă potabilă defineşte:
- 3 categorii de ape de suprafată (A1, A2, A3) pentru prelevare în
vederea potabilizării funcţie de calităţile lor fizice, chimice si
microbiologice;
- modul de tratare a acestora pentru fiecare categorie:
- A1 necesită tratare fizică simplă şi dezinfecţie,
- A2 tratare normală fizică, chimică si dezinfecţie iar
- A3 tratare fizică, chimică avansată, percolare si
dezinfecţie.
Apele de suprafată inferioare categoriei A3 vor fi utilizate în
scopuri potabile numai în situaţii extreme.
Statele membre trebuie să identifice şi să desemneze aceste
resurse de apă si să ia toate măsurile pentru a se încadra în limitele
propuse în Directivă prin:
- asigurarea tratării corespunzătoare a apei de suprafaţă captată în
scopul alimentării cu apă potabilă;
-îmbunătătirea calităţii apelor de suprafaţă destinate captării
pentru producerea de apă potabilă.
Prevederile Directivei 75/440/EEC şi ale Directivei 79/969/EEC
vor fi înlocuite de Directiva cadru 2000/60 în decembrie 2007.
Directiva 75/440/EEC , Directiva 79/869/EEC şi Directiva
77/795/EEC (privind procedura comuna pentru schimbul de informaţii
asupra calităţii apelor dulci de suprafaţă) au fost transpuse în legislaţia
românească prin HG 100/2002 care cuprinde :
-Norme de calitate pe care trebuie să le indeplinească apele de
suprafaţă utilizate pentru potabilizarea – NTPA 013;
- Norme privind metodele de măsurare şi frecvenţa de prelevare şi
analiză a probelor din apele de suprafaţă destinate producerii de apă
potabila – NTPA 014 - NTPA 014;
47
-Anexa 1a - NTPA 013 – definirea tehnologiilor standard de
tratare pentru transformarea apei de suprafaţă de categoria A1, A2 si A3
în apă potabilă;
-Anexa 1b – NTPA-013 caracterizarea apelor de suprafaţă
utilizate la obţinerea apei potabile; Anexa 2a - NTPA 014 - Metode de
rereferinţă;
-Anexa 2b - NTPA 014 – Frecvenţa minimă anuală de prelevare
şi analiză.
Apele subterane din ţara noastră nu au reglementări din punct de
vedere calitativ.
Apa industrială trebuie să îndeplinească condiţiile de calitate
după felul folosinţei.
Apa potabilă trebuie să îndeplinească condiţiile de calitate
reglementate prin norme sau standarde.
Organizaţia Mondială a Sănătăţii (OMS) care reprezintă
agenţia specializată de pe lângă Organizaţia Naţiunilor Unite (ONU)
responsabilă cu probleme de sănătate la nivel global a stabilit prin
„Ghidul pentru Calitatea Apei Potabile” un set de parametri care au
putut fi utilizaţi la nivel naţional ca bază de standardizare, fiecare ţară
adaptându-se în funcţie de condiţiile de mediu şi de situaţia economică.
În Statele Unite ale Americii cel mai dezvoltat standard în
domeniu este „Safe Drinking Water Act” (SDWA) care stabileşte
cadrul general al reglementărilor din domeniul apei potabile.
Ultima variantă a Directivei Uniunii Europene a fost adaptată în
1998 şi conţine cadrul general la care toate statele membre trebuie să se
conformeze [69].
În România condiţiile tehnice de calitate pentru apa potabilă sunt
reglementate prin Stasuri care au fost înlocuite de Legea Privind
Calitatea Apei Potabile, publicată în Monitorul Oficial al României
nr.552/29.VII.2002,ce adoptă Directiva 98/83/EC.
Obiectivul principal al acestei Legi îl reprezintă protecţia
oamenilor împotriva efectelor oricărui tip de contaminare a apei potabile
prin asigurarea unei ape curate.
Atât Legea Privind Calitatea Apei Potabile cât şi Directiva
98/83/EC prezintă indicatorii care trebuie respectaţi. În tabelul următor se
prezintă o comparaţie a parametrilor de calitate a apei cuprinşi în normele
48
OMS, SDWA, Directiva 98/83/Ec, fostul standard 1342/1992 şi Legea
Privind Calitatea Apei Potabile, publicată în iulie 2002[69]:
Tabel 2.8 Comparaţie parametri de calitate apă potabilă
PARAMETRU
Norme ghid OMS
(1993)
SDWA, USEPA
(1995)
Directiva 98/83/EC
STAS 1342/1991
C.A.-
C.M.A.
Legea Apei
Potabile
2002
PARAMETRI ORGANOLEPTICI (ESTETICI)
Gust (grade) Acceptabil 2-2 Acceptabil
Miros (grade) 3 Acceptabil 2-2 Acceptabil
PARAMETRI FIZICO-CHIMICI ANORGANICI
Turbiditate (NTU) Acceptabil < 0.5 Acceptabil 5 - 10 5
pH (unităţi) < 8 6.5 – 8.5 6.5 – 9.5 (6.5–7.4)-8.5 6.5 – 9.5
Culoare (grade) 15 15 Acceptabil 15-30 Acceptabil
Conductivitate
( S/cm) 2500 1000 - 3000 2500
Aluminiu (mg/l) 0.2 0.2 0.05 –0.2 0.2
Amoniu (mg/l) 1.5 0.5 0-0.5 0.5
Azotiţi (mg/l) 3 3.3 0.5 0-0.3 0.5
Azotaţi (NO3
mg/l) 50 44 50 45-45 50
Fibre
azbest( mg/l) 7000
Argint (mg/l)
Arsen(mg/l) 0.01 0.05 0.01 0.05 0.01
Bor(mg/l) 0.3 1 1
Bariu(mg/l) 0.7 2
Beriliu(mg/l) 0.004
Calciu(mg/l) 100-180
Cloruri(mg/l) 250 250 250 250-400 250
Cupru(mg/l) 2 1 2 0.05-0.1 0.1
Cadmiu(mg/l) 0.003 0.005 0.005 0.005 0.005
Cianuri totale
(mg/l) 0.07 0.2 0.05 0.05
Cianuri
libere(mg/l) 0.01 0.01
Crom(mg/l) 0.05 0.1 0.05 0.05 0.05
Duritate totală
(grade germane) 20-30 Min. 5
49
Fier(mg/l) 0.3 0.3 0.2 0.1-0.3 0.2
Fluor(mg/l) 1.5 4 1.5 1.2 1.2
Sulfuri+ hidrogen
sulfurat(mg/l) 0.05 0-0.1 0.1
Mangan(mg/l) 0.5 0.05 0.05 0.05-0.3 0.05
Mercur(mg/l) 0.001 0.002 0.001 0.001 0.001
Molibden(mg/l) 0.07
Nichel(mg/l) 0.02 0.1 0.02 0.1 0.02
Plumb(mg/l) 0.01 0.015 0.01 0.05 0.01
Seleniu(mg/l) 0.01 0.05 0.01 0.01 0.01
Sulfaţi(mg/l) 250 250 250 200-400 250
Sodiu(mg/l) 200 200 200
Substanţe
tensioactive-total
(mg/l)
0.5 0.2-0.5 0.2
Taliu(mg/l) 2-1
Zinc(mg/l) 3 5 5-7 5
PARAMETRII ORGANICI
Substanţe organice
cu metoda
KMnO4 (mg
KMnO4/l)
K2Cr2O7(mg O2/l)
20 10-12
3-5 20
Carbon organic toral
TOC (mg/l)
Nici o
schimbare
anormala
Nici o
schimbare
anormala
Tetraclorura de
carbon ( g/l) 2 5
Benzen ( g/l) 10 5 1 1.0
Benzapiren ( g/l) 0.7 0.2 0.01 0.01
Clorura de vinil
( g/l) 5 2 0.5 0.5
Diclorrnetan( g/l) 20 5
1,1 Dicloretan( g/l)
1,2 Dicloretan( g/l) 30 5 3 3
1,1,1 Tricloretan
( g/l) 2000 200
1,1 Dicloretena
( g/l) 30 7
1,2 Dicloretena
( g/l) 50
Hidrocarburi 0.1 0.01 0.1
50
aromatice policiclice
( g/l)
Tricloretena ( g/l) 70 10
10
Tetracloretena ( g/l) 40
Toluen ( g/l) 700 100
Xilen ( g/l) 500 10000
Etilbenzen ( g/l) 300 700
Stiren( g/l) 20 100
Monoclorbenzen
( g/l) 300 100
1,2 Diclorbenzen
( g/l) 1000 600
1,3 Diclorbenzen
( g/l)
1,4 Diclorbenzen
( g/l) 300 75
Trclorbenzen ( g/l) 20 3
Hexaclorobenzen
( g/l) 1
Acrilamida ( g/l) 0.5 0.1 0.1
Epiclorohidrina( g/l 0.4 0.1 0.1
Hexaclorpentadiena
( g/l) 50
Hexaclorbutadiena
( g/l) 0.6
EDTA ( g/l) 200
Acid acetonitrilic
( g/l) 200
PESTICIDE
Pesticide – Total
( g/l) 0.5 0.5 0.5
Pesticide – Clasa
( g/l) 0.1
0.1 Fiecare
component
a
0.1
Alaclor ( g/l) 20 2
Aldicarb ( g/l) 10 7
Aldrin / dieldrin
( g/l) 0.03
0.03
pentru
fiecare
compo
nent
0.1 fiecare
component
a
0.03 pentru
fiecare
component
51
Atrazina( g/l) 2 3
Bentazona ( g/l) 30
Carbofuran ( g/l) 5 40
Chlordane( g/l) 0.2 2
DDT ( g/l) 2
1.2 Dibromo 3 –
chloropropan ( g/l) 1 0.2
2,4 D ( g/l) 30 70
1,2 Dichloropropan
( g/l) 20 5
1,3 Dichloropropan
( g/l)
1,3 Dichloropropene
( g/l) 20
Dioxin ( g/l) 0.03
Dibrometilena ( g/l)
Heptaclor şi
heptacloroepoxid
( g/l) 0.03 0.6
0.03
pentru
fiecare
comp.
0.03 pentru
fiecare
component
a
Hexaclorbenzen
( g/l) 1 1
Lindan ( g/l) 2 0.2
Metoxiclor ( g/l) 20 40
Metolaclor( g/l) 10
Pentaclorfenol ( g/l) 9 1
Picloram ( g/l) 500
Permetrina ( g/l) 20
Propanil ( g/l) 20
Simazina ( g/l) 2 4
Trifluralina ( g/l) 20
Fenoprop ( g/l) 9
Mecoprop ( g/l) 10
DEZINFECTANŢI ŞI SUBPRODUŞI DE DEZINFECŢIE
Clor rezidual liber
(mg/l)
- la intrarea în
reţea - la capăt de reţea
5 4 0.5-0.55
0.10-0.25
0.50
0.25
Monocloramină
(mg/l)
3 4
52
Di şi Tricloramina
( g/l)
5
Bromati ( g/l) 25 10 10 10
Cloriţi ( g/l) 200 100
2 clorfenol ( g/l)
2,4 diclorfenol ( g/l)
2,4,6 triclorpenol
( g/l)
200
Formaldehida (( g/l) 900
Trihalometani ( g/l) 0.08(0.04) 100 100 100
Bromoform( g/l) 100
Dibromoclorometan
( g/l)
100
Bromodiclormetan
( g/l)
60
Cloroform ( g/l) 200 30
Acid haloacetic
HAA ( g/l)
0.06(0.05)
Acid monocloracetic
( g/l)
50
Aciddicloracetic
( g/l)
100
Acid tricloracetic
( g/l)
10
Tricloracetaldehida
( g/l) 10
Dicloracetonitril
( g/l) 90
Dibromacetonitril
( g/l) 100
Bromocloracetonitril
( g/l)
Tricloracetonitril
( g/l) 1
Clorit cianogen
( g/l) 70
RADIOACTIVITATE
Tritiu (Bq/l) 100 100
Doza efectivă totală
de referinţă
(mSv/an)
0.1 0.1
53
Activitate globală
(Bq/l) 0.1 15 pCi/l 0.1-2.3 0.1
Activitate globală
(Bq/l) 1 4 0-50 1
PARAMETRI MICROBIOLOGICI
Escherichia coli (E.coli)/100 ml
0 0
Enterococi
(Streptococi
fecali)/100 ml
0 0 0 0 0
Pseudonas
aeruginosa
(unităţi/250 ml)
0 0
Clostridium
perfringens
(număr/100ml)
0 0
Coliformi totali
(unităţi/100ml) 0
1(în mai
puţin de
40 probe
pe lună)
0 0
Coliformi fecali
(unităţi/100ml) 0 0 0 0
Notaţii: - C.A. – Concentraţie admisibilă;
- C.M.A. – Concentraţie maxim admisibilă;
2.6Asigurarea presiunii în sistemele de alimentare cu apă
Legătura dintre poziţia particulelor în mişcare, viteza şi presiunea
lor (Fig.2.3) este prezentată cu ajutorul ecuaţiei energiei (ecuaţia lui
Bernoulli):
rhg
vpz
g
vpz
22
222
2
211
1
54
Fig.2.3
Interpretarea geometricã
Plan de sarcină- planul orizontal dus paralel la planul de
referinţă la o înălţime egală cu sarcina hidraulică H; Conform ecuaţiei lui
Bernoulli , în cazul unui lichid perfect, suma celor trei înălţimi poartă
denumirea de sarcină hidrodinamică şi este constantă:
.2
2
constg
vpzH
În cazul lichidelor reale, datorită vâscozităţii apar forţe de
rezistenţă care vor solicita consumarea unei energii numite pierdere de
sarcină hr;
- z reprezintă cota geodezică ;
- p
înălţimea piezometrică;
Nivel energetic (plan sarcina)
hr
Z2
H2
L.energetic
ă
L.piezometric
ă
M1
M2
H1
Z1
g2
v21
1P
g2
v22
2P
Plan referinţă
55
- g
v
2
2
înălţimea cinetică; - coeficientul lui Coriolis
(coeficient de corecţie a vitezei);
- p
z - cota piezometrică.
Avem astfel:
Linia piezometricã - reprezintă curba ce uneşte extremităţile
cotelor piezometrice;
Linia energetică - reprezintă linia ce uneşte înălţimile cinetice şi
care, în cazul unui lichid real va coborî în lungul firului de curent datorită
faptului că energia consumată pentru învingerea rezistenţelor creşte odată
cu lungimea;
Panta piezometrică (j) - reprezintă raportul dintre cotele
piezometrice a două puncte şi distanţa dintre ele. Ea arată înclinarea liniei
piezometrice.
Interpretarea energetică
Fiecare termen al ecuaţiei lui Bernoulli reprezintă o energie
specifică (energia raportată la unitatea de greutate de lichid în mişcare, în
raport cu un plan de referinţă). Avem:
z - energia specifică de poziţie;
g
v
2
2
- energia specifică cinetică;
p - energia specifică de presiune;
pz - energia specifică potenţială.
Presiunea apei trebuie să evolueze în cadrul unui sistem de
alimentare cu apă astfel încât la consumator să fie asigurată presiunea
necesară.Presiunea în cadrul sistemului de alimentare cu apă trebuie să se
încadreze între anumite limite tehnice (minim 7mCA şi maxim 60 mCA).
În cazul depăşirii valorilor admise se recomandă împărţirea în zone de
presiune sau introducerea unor dispozitive care disipează energia în
exces.
56
Capitolul 3
Retehnologizarea sistemelor
de alimentare cu apă
3.1. Necesitatea modernizării sistemelor de alimentare cu apă
Sectorul serviciilor de alimentare cu apa şi canalizare trece printr-
o perioadă de schimbări majore în întreaga Europă, conştientizându-se tot
mai mult dimensiunea socială pe care îl au acestea şi impactul asupra
coeziunii sociale.
Cartea Alba asupra guvernării Europei, lansata in cadrul reuniunii
Parlamentului european a introdus noul concept de parteneriat democratic
între diferite nivele de guvernare în Europa şi tratează problematica
serviciilor publice de interes economic general, acordându-le o
importantă deosebită în menţinerea coeziunii sociale, ridicarea calităţii
vieţii pe continentul european şi asigurarea dezvoltării durabile.
România a adoptat în 2003 Obiectivele de Dezvoltare ale
Mileniului, inclusiv „Asigurarea durabilităţii mediului” care
cuprinde ţinta 19: „Dublarea până în 2015 a procentului persoanelor
cu acces durabil la apa potabilă”
Deoarece în cadrul activităţilor specifice de gospodărie comunală
şi locativă lucrările de alimentare cu apa nu au avut întotdeauna asigurate
fondurile de investiţii necesare pentru realizarea unor capacităţi corelate
cu dezvoltarea localităţilor, activităţile specifice s-au dezvoltat în mod
eterogen. S-a ajuns astfel la situaţia actuală în care, echipările s-au
dezvoltat diferenţiat de la o localitate la alta.
In prezent dispun de sisteme centralizate de distribuţie a apei
potabile 2915 localităţi,din care:
- 100% municipii si oraşe;
57
- cca 17% localităţi rurale (sistem centralizat prin cişmele
publice);
Folosind criteriile Băncii Mondiale, nivelul de servicii atins în
domeniul alimentării cu apă în mediul rural din România poate fi
clasificat ca Insuficient/Minim[77].
Intre 2007-2013 ministerele de resort vor gestiona Programele
operaţionale Sectoriale (POS).
Alimentarea cu apă este inclusă în POS pentru mediul
înconjurător, nefăcându-se nici o diferenţă între mediul rural şi cel
urban, criteriul fiind mărimea localităţii.
3.2 Directiva 98/83/CEE privind calitatea apei destinate
consumului uman
Directiva 98/83/CE din 3 noiembrie 1998 cu privire la apele destinate
consumului uman a inlocuit directiva 80/778/CEE din 15 iulie 1980.
Aceasta noua directiva este justificată de :
progresele ştiinţifice şi tehnice realizate în ultima perioada ;
dificultăţile întâmpinate pentru aplicarea directivei din 1980 din
cauza lipsei unui cadru juridic flexibil şi transparent pentru a
gestiona situaţiile de neconformare,
publicarea in 1994 a recomandarilor Organizatiei Mondiale a
Sănătătii (OMS) cu privire la apele de baut.
Directiva din 15 iulie 1980 viza concomitent protecţia sănătăţii şi a
mediului,pe cand Directiva 98/83/CEE are ca obiectiv prioritar protecţia
sănătătii populatiei impotriva efectelor nefaste ale contaminarii apelor
destinate consumului uman.
Directiva 98/83/CEE privind calitatea apei destinate
consumului uman este transpusă în legislaţia românească prin
Legea nr.458/2002 privind calitatea apei potabile care este
structurată în noua capitole si trei anexe. Prezenta lege reglementează calitatea apei potabile, având ca
obiectiv protecţia sănătaţii oamenilor împotriva efectelor oricărui tip de
58
contaminare a apei potabile prin asigurarea calităţii ei de apă curată şi
sanogenă (art.1).
Prin apă potabilă se înţelege apa destinata consumului uman, după
cum urmează :
a)orice tip de apă în stare naturală sau după tratare, folosită pentru
băut, gătit, la preparare hranei sau pentru alte scopuri casnice, indiferent
de originea ei şi indiferent dacă este furnizată prin reţea de distribuţie, din
rezervor sau este comercializată în sticle sau alte recipiente;
b)toate tipurile de apă folosită ca sursă în industria alimentară pentru
fabricarea, procesarea, conservarea sau comercializarea produselor sau
substanţelor destinate pentru consumul uman, cu excepţia cazului în care
autorităţile competente aprobă folosirea apei şi sunt convinse că apa nu
afectează calitatea şi salubritatea produsului alimentar în forma lui finită..
Dispozitivele prezentei legi nu se aplica urmatoarelor tipuri de
ape (art.3) :
- ape naturale minerale, recunoscute ca atare de catre autoritatile
competente, în conformitate cu legislaţia în vigoare :
-ape care au proprietăţi terapeutice, în sensul prevederilor stabilite
prin lege, reglementări sau procedee administrative referitoare la
produsele farmaceutice.
Sunt exceptate de la prevederile prezentei legi :
- apa destinată exclusiv utilizărilor în conditii speciale, pentru
care Ministerul Sănătăţii si familiei se declara satisfacut de calitatea
acesteia şi care nu influenţeaza direct sau indirect, sănătatea
consumatorilor carora le este destinată.
- apa potabilă provenind de la producator de apă individual, care
furnizează mai puţin de 10 mc în medie/zi sau care deserveşte mai puţin
de 50 de persoane, cu excepţia cazului în care apa este produsă ca parte a
unei activităţi comerciale sau publice
Monitorizare
Monitorizarea calităţii apei potabile se asigură de către producător,
distribuitor si de autoritatea de sănătate publică judeteană, respectiv a
municipiului Bucuresti (art.7). Sunt prevazute două tipuri de
monitorizare:
59
monitorizare de control care are ca scop de a furniza în mod
regulat informaţii asupra calitaţii organoleptice şi microbiologice
şi informaţii asupra eficacităţii tratării, mai ales a dezinfecţiei,
monitorizarea de audit al cărui obiectiv este de a furniza
informaţiile necesare pentru a determina dacă toate valorile
parametrice prevăzute de directiva sunt respectate.
Conditii de calitate
Apa potabila trebuie sa fie sanogenă şi curată, îndeplinind
urmtoarele conditii :
a) sa fie lipsită de microorganisme, paraziţi sau substanţe care,
prin număr sau concentraţie, pot constitui un pericol potenţial pentru
sănătatea umană ;
b)s intrunească cerinţele minime prevazute în tabelele 1A, 1B si 2
din anexa nr.1 ;
c) sa respecte prevederile art. 5-8 si 10
Art.5 (1) Calitatea apei potabile destinate consumului uman trebuie să
corespundă valorilor stabilite pentru parametrii prevazuti în anexa nr.1.In
privinta parametrilor prevazuţi în tabelul 3 din anexa nr.1, valorile lor
sunt stabilite în scopul evaluarii calităţii apei potabile în programele de
monitorizare şi în vederea îndeplinirii obligaţiilor prevăzute la art.8
(2) Ministerul Sănătaţii şi Familiei aprobă valori pentru parametrii
suplimentari, care nu sunt incluşi in anexa nr.1, la propunerea autorităţii
de sănătate publică judeţene, respectiv a municipiului Bucuresti, acolo
unde măsurile de protecţie a sănătaţii publice pe teritoriul unui judet sau
al municipiului Bucureşti ori pe o parte din teritoriul acestora o
impun.Valorile stabilite trebuie sa respecte condiţiile prevazute la art. 4
alin (1) lit.a).
Art.6.-(1) Calitatea apei potabile este corespunzătoare când valorile
stabilite pentru parametri sunt in conformitate cu anexa nr.1, în
următoarele puncte de prelevare a probelor :
a) la robinetul consumatorului şi la punctul de intrare în clădire, în
cazul apei potabile furnizate prin reţeaua de distribuţie ;
b) la punctul de curgere a apei din cisternă, în cazul apei potabile
furnizate în acest mod ;
c) în punctul în care apa se pune în sticle sau în alte recipiente, în
cazul apei potabile îmbuteliate ;
60
d) în punctul din care apa este preluată în procesul de producţie, în
cazul apei utilizate în industria alimentară ;
(2)Dacă în situaţia prevăzută la alin. (1) lit.a) se constată că valorile
parametrilor nu se încadrează în valorile stabilite pentru parametri, în
conformitate cu anexa nr.1 se consideră că au fost îndeplinite
obligaţiile ce revin producătorului,respectiv distribuitorului cu
excepţia situaţiei în care apa este furnizată direct publicului ;
(3) In cazul constatării situaţiei prevazute la alin.(2) autoritatea de
sanătate publică, producătorii,distribuitorii şi consumatorii, după caz,
se informează prin notificare scrisă să ia măsurile corespunzătoare de
remediere şi întreţinere.
ANEXA 1 PARAMETRI DE CALITATE ai apei potabile
1. Parametrii de calitate sunt microbiologici, chimici si indicatori
2. Valorile concentraţiilor maxime admise pentru parametrii de
calitate ai apei potabile sunt cele prevazute in tabelele 1A, 1B, 2
si 3.
Tabel 1A Parametri microbiologici
Parametrul/UM Valoarea
admisa
Metoda de analiza
Escherichia coli (E. Coli)/100ml 0 ISO 9308-1
Enterococi (Streptococi fecali)/100ml 0 ISO 7899-2
STAS 3001/1991
Tabel 1B Parametri microbiologici pentru apa imbuteliata in sticle
sau alte recipiente Parametrul/UM Valoarea
admisa
Metoda de analiza
Escherichia coli (E. Coli)/250ml 0 ISO 9308-1
Enterococi (streptococi fecali)/250ml 0 STAS 3001/1991
ISO 7899 – 2
Pseudomonas aeruginosa/250ml 0 STAS 3001/1991
Pr.EN ISO 12780
Numar de colonii la 22 C/ml 100 STAS 3001/91 Pr.EN ISO 6222
Numar de colonii la 37 C/ml 20 STAS 3001/91
Pr EN ISO 6222
61
TABEL 2 PARAMETRI CHIMICI Parametrul / Unitatea de masura Valoarea
CMA
Metoda de analiza
Acrilamida1) )/( lg 0,10 -*)
Arsen )/( lg 10 STAS 7885/67
ISO 6595/97
Benzen )/( lg 1,0 SRISO11423/1,2 –2
Benz(a)piren )/( lg 0,01 -*)
Bor(mg/l) 1,0 SR ISO 9390/01
Bromati 2) )/( lg 10 SR ISO 9562/89
Cadmiu )/( lg 5,0 STAS 11184/78
SR ISO 5961/93
Clorura de vinil )/( lg 0,50 -*
Crom total )/( lg 50 STAS 7884/67
SR ISO 9174/98
SR ISO 11083/98
(Cr VI)
Cupru3) (mg/l) 0,1 STAS 3224/69
Cianuri(totale) )/( lg 50 STAS 10847/77
SR ISO 6703/1-98
Cianuri (libere) )/( lg 10 STAS 10847/77
SR ISO 6703/1-98
Dicloretan )/( lg 3,0 -*)
Epiclorhidrina )/( lg 0,10 -*)
Fluor (mg/l) 1,2 STAS 6673/62
Hidrocarburi policiclice aromatice4) )/( lg 0,10 -*)
Mercur )/( lg 1,0 STAS 10267/89
Nichel3),5) )/( lg 20 -*)
Nitrati6) (mg/l) 50 STAS 3048/1-77
SR ISO 7890/1-98
Nitriti6) (mg/l) 0,50 STAS 3048/2-96
SR ISO 6777/96
Pesticide 7),8) )/( lg /clasa 0,10 STAS 12650/88
Pesticide 7),9) )/( lg /Total 0,50 STAS 12998/91
Plumb3),10) )/( lg 10 STAS 6362/85
Seleniu )/( lg 10 STAS 12663/88
62
Stibiu )/( lg 5,0 -*)
Tetracloretan si tricloretena )/( lg (suma
concentratiilor compusilor specificati)
10 -*)
Trihalometani 11) )/( lg / Total (suma
concentratiilor compusilor specificati)
100 STAS 12997/91
*) Metode de analiza care nu sunt acoperite de standarde romanesti
(STAS) sau ISO ori care nu sunt preluate ca standarde romanesti (SR
ISO) si care urmeaza sa fie stabilite ulterior.
Nota :
1.Valoarea se refera la concentraţia în apă a manometrului rezidual,
calculată conform specificaţiilor privind concentraţia maximă eliberată
de catre polimer în contact cu apa. Staţiile de tratare vor notifica autoritţii
de sănătate publică judeţene, respectiv a municipiului Bucuresti,
utilizarea compusului în procesul de tratare a apei pentru potabilizare.
2.Unde este posibil, valoarea concentraţiei trebuie sa fie cât mai
joasă, fără a compromite eficienţa dezinfecţiei.Pentru apa la care se refera
art.6 alin. (1) lit.a), b) si d) respectarea în practică a valorii se va realiza
în maximum 10 ani de la intrarea în vigoare a prezentei legi, în primii 5
ani acceptandu-se o valoare de 25 )/( lg
3.Valoarea se aplica la o proba de apă prelevată de la robinetul
consumatorului printr-o metodă de prelevare adecvată, astfel încât sa fie
reprezentativă pentru cantitatea medie săptămânală ingerată de către
consumator.Metoda de monitorizare trebuie sa ţină seama şi de frecvenţa
concentraţiilor maxime care pot cauza efecte asupra sănătaţii
1) Pentru cupru se accepta valoarea 2,0 mg/l, daca reţeaua de
distribuţie are componente din cupru, cu respectarea celor
menţionate la pct.3
2) Compuşii specificaţi sunt : benzo(b)fluorantren,
benzo(k)fluorantren,bezo(ghi)perilen,indeno(1,2,3-cd)piren
3) Se va aplica următoarea formulă:
13
][
50
]'[ nitritnitrat
in care concentraţiile de nitraţi si nitriţi sunt exprimate in mg/l.
4) Prin pesticide se înţelege : insecticide, erbicide, fungicide,
nematocide, acaricide, algicide, rodendicide, slimcide organice,
63
compusi înrudiţi (ca de exemplu : regulatori de creştere) şi
metaboliţi relevanţi, produşii de degradare şi de reacţie. Se vor
monitoriza numai pesticidele presupuse prezente în sursa de apa.
5) Concentraţia se referă la fiecare compus individual. Pentru aldrin,
dieldrin,heptaclor si heptaclor epoxid, concentraţia maximă este
0,03 )/( lg
6) Prin Pesticide – total se înţelege suma tuturor compuşilor
individuali, detectaţi si cuantificaţi în urma procedurii de
monitorizare.
7) Pentru apa la care se refera art.6 alin.1) lit.a),b) si d) respectarea
în practică a valorii se va realiza în maximum 15 ani de la intrarea
în vigoare a prezentei legi, în primii 5 ani acceptandu-se o valoare
de 25 )/( lg
8) Concentraţia totală a THM trebuie sa fie cat mai mică, fără a
compromite dezinfectia.
Compusii individuali specificati sunt
cloroform,bromoform,dibromoclormetan,bromdiclormetan.
Pentru apa la care se refera art.6 alin.(1) lit.a) ,b) si d)
respectarea în practică a valorii se va realiza în maximum 10 ani
de la intrarea în vigoare a prezentei legi, în primii 5 ani
acceptandu-se o valoare de 150 )/( lg pentru concentraţia totală
a THM.
TABEL 3 Parametri indicatori Parametrul/UM Valoarea CMA Metoda de analiza
Aluminiu )/( lg 200 STAS 6326/90
Amoniu 0.50 STAS 6328/85
Bacterii coliforme
(numar/100ml)
0 STAS 3001/91
ISO 9308-1
Carbon organic total (COT) Nici o modificare
anormala
SR ISO 8245/95
Cloruri (mg/l) 250 STAS 3049/88
SR ISO 9297/98
Clostridium perfringens
(numar/100 ml)
0 STAS 3001/91
SR ISO 6461-
1 ;2/98
Clor rezidual liber (mg/l)
- la intrarea in retea
- la capat de retea
0.50
0.25
STAS 6364/78
64
Conductivitate
)20( 1 ClaScm
2500 STAS 7722/84
SR EN 27888/97
Culoare Acceptabila consum. si
nici o modific. anormala
SR ISO 7887/97
Duritate totala (grade
germane),minim
5 STAS 3326/76
Fier )/( lg 200 STAS 3086/68
SR 13315/96
SR ISO 6332/96
Gust Acceptabila consum. si
nici o modific. anormala
STAS 6324/61
SR EN 1622/97
Mangan )/( lg 50 STAS 3264/81 SR 8662-1;2/96
SR ISO 6333/96
Miros Acceptabila consum. si
nici o modific. anormala
STAS 6324/61
SR EN 1622/97
Numar de colonii la 22.... Nedetectabili la 100 de ml STAS 3001/91
EN ISO 6222
Oxidabilitate.. 5.0 STAS 3002/85
SR ISO 6060/96
pH >6.5<9.5 STAS 6325/75
SR ISO 10523/97
Sodiu 200 -*
Substante tensioactive-
total )/( lg
200 STAS 7576/66
SR ISO 7875-
1 ;2/96
Sulfat 250 STAS 3069/87
Sulfuri si hidrogen
sulfurat )/( lg
100 SR 7510/97
SR ISO 10530/97
Turbiditate <5 STAS 6323/88
Zinc )/( lg 5000 STAS6327/81
Tritiu 100 SR ISO 9698/1996
Doza efectiva totala de
referinta
0.1 -*
Activitatea alfa globala 0.1 SRISO 9696/1996
Activitatea beta globala 1 SRISO 9697/1996
*) Metode de analiza care nu sunt acoperite de standarde romaneşti (STAS) sau
ISO ori care nu sunt preluate ca standarde romanesti (SR ISO) şi care urmează sş fie
stabilite ulterior.
Nota :
1) Pentru apa îmbuteliată unitatea de masură este numar /250 ml.
65
2) Acest parametru va fi măsurat numai pentru sistemele de
aprovizionare care furnizează mai mult de 10000 mc pe zi.
3) Apa nu trebuie sa fie agresiva
4) Acest parametru trebuie monitorizat atunci când sursa de apă este de
suprafaţă sau mixtă, iar în situaţia în care este decelat trebuie investigată
şi prezenţa altor microorganisme patogene, ca de exemplu :
criptosporidium
5) Acest parametru se va analiza cand nu se poate sau nu este prevazută
determinarea COT
6) Pentru apa plată îmbuteliată valoarea minima poate fi redusă până la
4,5 unitati de pH. Pentru apa îmbuteliată care conţine în mod natural sau
este îmbogăţită cu bioxid de carbon, valoarea ph poate fi mică
7) Pentru apa rezultată din tratarea unei surse de suprafaţă nu se va depasi
1.0 UNT (unităţi nefelometrice de turbiditate) înainte de dezinfecţie
8) Frecvenţa, metodele şi localizările pentru monitorizare vor fi stabilite
conform anexei nr.2 pct.1.3
9) Doza efectivă totală de referinţă acceptată pentru un adult corespunde
unui consum zilnic de 2 litri apa potabila pe o durată de un an.
Monitorizarea tritiului si a radioactivitatii în apa potabilă se face în cazul
în care nu există datele necesare pentru calcularea dozei efective totale.
In situaţia în care este demonstrat pe baza unor monitorizari efectuate
anterior ce nivelurile de tritiu la doza efectiva totală de referinţă sunt cu
mult inferioare valorii parametrice, se poate renunţa la monitorizarea
tritiului.
10) Exclusiv tritiu, potasiu -40, radon si descendentii radonului.
Frecvenţa, metodele şi localizările pentru monitorizare vor fi stabilite
conform anexei nr.2 pct.1.3
11) Caracterizarea calităţii apei din punct de vedere al conţinutului
radioactiv se face prin măsurarea activităţii alfa si beta globală. In cazul
în care valoarea de referinţă este depăşită, este necesară determinarea
activităţii specifice a radionuclizilor, conform Normelor de supraveghere,
inspecţie sanitară şi monitorizare a calităţii apei potabile.
Derogarea
Pentru parametrii chimici (anexa nr.1 tabelul 2), pot fi acordate derogări
cu două condiţii : numai dacă ele nu constituie nici un risc pentru
66
sănătatea persoanelor şi nu există alte mijloace rezonabile de a asigura
aprovizionarea populaţiei cu apă potabilă.
Informarea consumatorului
Legea prevede necesitatea de a se oferi consumatorului informaţii
adecvate şi actualizate asupra calităţii apelor destinate consumului uman.
3.3 Retehnologizarea sistemelor în conformitate cu
legislaţia europeană
Apa potabilă sigură exprimă gradul de respectare al valorilor
maximum admise pentru parametri relevanţi pentru sănătate.
În acest sens apa potabilă trebuie să aibă o calitate astfel încât să
promoveze şi să protejeze sănătatea publică dar fără a modifica resursele
naturale sau a impune tehnologii costisitoare de tratare şi distribuţie.
Din punct de vedere organizatoric şi tehnic aplicarea prevederilor
Directivei presupune:
noi acte legislative: inspecţia sanitară, autorizarea sanitară a
sistemelor publice de aprovizionare cu apă potabilă a populaţiei,
înregistrarea/marcarea materialelor în contact cu apa potabilă,etc.
dezvoltare de noi capacităţi insituţionale: laboratoare de referinţă,
corp de inspecţie, oficiu de informare a populaţiei;
perfecţionare profesională în domeniu;
acredidarea laboratoarelor şi introducerea auditului,
dotare cu echipamente analitice a laboratoarelor de control şi
monitorizare şi a laboratoarelor uzinale,
elaborarea de norme de calitate pentru apa destinată unor produse
alimentare care necesită apă de o calitate diferită de cea a apei
potabile
elaborarea de norme pentru îmbutelierea şi comercializarea apei
potabile îmbuteliate,
67
Consecinţele asupra sănătăţii
Stabilirea normelor de calitate a apei şi aplicarea prevederilor Directivei
vor conduce la promovarea stării de sănătate a populaţiei şi la creşterea
calităţii vieţii.
O informare corectă asupra calităţii apei va conduce probabil la
conştientizarea populaţiei asupra importanţei şi rolui apei sigure pentru
starea de sănătate.
Din punct de vedere comercial
Se asigură condiţii de siguranţă pentru apa potabilă îmbuteliată şi de
stabilire corectă a preţului apei distribuită populaţiei prin sistem public.
Posibil ca într-o primă etapă costurile să fie crescute.
Reducerea consumului şi furnizare de apă potabilă sigură.
Limitarea folosirii de surse alternative (apă îmbuteliată, de izvor,etc.)
Din punct de vedere financiar
Costuri ridicate pentru implementare: dotări, tehnologie de tratare,
sisteme informaţionale, infrastructură, măsurile de protecţie şi reabilitatre
a sistemelor de aprovizionare cu apă potabilă.
Transparenţă
Se asigură condiţii de informare a populaţiei, de participare la luarea
deciziilor.
Conformarea
Reprezinta procesul de a face un sistem sa functioneze in
parametrii stabiliti prin diferite reglementari si de al mentine in acesti
parametri. Conformarea la Legea 458/2002 a calitatii apei destinate
consumului uman inseamna ca apa furnizata prin sistemele publice sa
aiba parametrii specificati in lege.
Punctele de conformare :
- la robinetul consumatorului
- la intrarea in cladire
-la iesirea din statia de tratare
- la iesirea din rezervorul de stocare
Realizarea conformarii presupune mai multe etape :
- Evaluarea situatiei prezente a sistemului de aprovizionare cu apa
potabilă [73] :
- Gradul de asigurare a protectiei sanitare
68
- Evaluarea retelelor de distributie a apei
- Evaluarea performanţelor staţiei de tratare
-Parametrii de calitate ai sursei sunt sau nu corespunzatori
categoriei de folosinţă ; parametrii ce trebuie corectaţi
-Conformarea calităţii apei la robinetul consumatorului :
-calitatea reţelei de distribuţie şi a retelei interioare
-procentajul parametrilor cu valoare necorespunzătoare
-Identificarea sectoarelor deficitare
-Identificarea măsurilor ce trebuie luate
-Stabilirea unui program al calităţii
-Realizarea unui program investiţional având un calendar şi
costuri realiste
-Realizarea lucrărilor de modernizare, reabilitare şi completare a
sistemelor pentru atingerea parametrilor de calitate prevăzuţi de lege
-Pregătirea corespunzătoare a personalului de exploatare
-Elaborarea unui plan de întreţinere şi reparaţii
-Monitorizarea caliţăţii apei potabile distribuite
-Realizarea sistemului de informare a populaţiei
Planurile de conformare vor trebui să cuprindă:
-descrierea zonelor de aprovizionare;
-parametrii pentru care sistemul nu se conformează şi populaţia
afectată
-Cauzele
-Măsurile şi perioada propuse pentru remediere
- Măsurile propuse pentru informarea populaţiei
-Măsuri alternative până la conformare
-Costul fiecărei măsuri
-Impactul asupra costului apei
Realizarea acestor planuri nu se poate face decît cu implicarea
tuturor factorilor ce activează în domeniul apei : administraţia publică
centrală şi locală, prestatorii de serviciu în domeniu, ONG-urile ce
activează la nivel local în domeniul apei şi beneficiarii finali. - eppp
plPlanurile de conformare vor trebui să cuprindăaăaPpppPPPP
costuri monitorizare de audit.
- supraveghează sanitar
autorizarea sa
69
Capitolul 4
Retehnologizarea staţiilor de tratare
4.1 Elemente generale
Proprietăţile apei în natură nu satisfac de cele mai multe ori
condiţiile de calitate cerute de consumatori necesitând tratarea apei.
Secolul XXI este marcat de realizări deosebite în domeniul tratării
apelor, ca de exemplu:
- evoluţia standardelor de calitate a apei şi corelarea cu
normativele internaţionale
- întărirea capacităţii instituţionale şi administrative a Ministerului
Sănătăţii în vederea implementării standardelor de calitate
- dezvoltarea operaţiilor, proceselor şi utilajelor de tratare precum
şi introducerea tratării avansate în scopul îmbunătăţirii calităţii apei
- dezvoltarea sistemelor de monitorizare automată a sistemelor de
distribuţie a apei
- dezvoltarea unor laboratoare pentru analiza probelor de apă în
conformitate cu noile directive europene
-dezvoltarea sistemelor de monitorizare automată a calităţii
emisarilor şi a sistemelor de prevenire a poluărilor accidentale
- realizarea unui monitoring integrat al apelor – activitate de
observaţii şi măsurători standardizate şi continue pe termen lung asupra
apelor pentru cunoaşterea şi caracterizarea stării şi tendinţei de evoluţie a
mediului hidric. Activitatea de monitoring presupune o triplă integrare:
1)a ariilor de investigare la nivel de bazin hidrografic: râuri, lacuri, ape
tranzitorii, ape costiere, ape subterane, arii protejate si folosinţe de apă;
2) a mediilor de investigare: apă, sedimente/materii în suspensie; 3) a
elementelor investigate: biologice,hidromorfologice şi fizico-chimice
70
- fundamentarea ştiinţifică a relaţiilor dintre substanţele chimice
poluante şi sănătatea oamenilor
Organizaţia Mondială a Sănătăţii (OMS) care reprezintă agenţia
specializată de pe lângă Organizaţia Naţiunilor Unite (ONU)
responsabilă cu probleme de sănătate la nivel global a stabilit prin
„Ghidul pentru Calitatea Apei Potabile” un set de parametri care au putut
fi utilizaţi la nivel naţional ca bază de standardizare, fiecare ţară
adaptându-se în funcţie de condiţiile de mediu şi de situaţia economică.
În Statele Unite ale Americii cel mai dezvoltat standard în
domeniu este „Safe Drinking Water Act” (SDWA) care stabileşte cadrul
general al reglementărilor din domeniul apei potabile.
Ultima variantă a Directivei Uniunii Europene a fost adaptată în
1998 şi conţine cadrul general la care toate statele membre trebuie să se
conformeze [69].
În România condiţiile tehnice de calitate pentru apa potabilă sunt
reglementate prin STAS 1343 – 91 care a fost înlocuit de Legea Privind
Calitatea Apei Potabile,(Legea nr.458/2002) publicată în Monitorul
Oficial al României nr.552/29.VII.2002,ce adoptă Directiva 98/83/EC.
Obiectivul principal al acestei Legi îl reprezintă protecţia
oamenilor împotriva efectelor oricărui tip de contaminare a apei potabile
prin asigurarea unei ape curate (vezi cap.2.5 şi 3.2).
4.2 Caracteristicile apei în natură
Pentru a putea fi stabilite procesele de tratare este necesară
cunoaşterea caracteristicilor specifice apei naturale.
Caracteristicile organoleptice – se determină cu ajutorul simţurilor şi
sunt mirosul şi gustul apei;
Caracteristicile fizice sunt:
- Turbiditatea care este parametrul ce oferă prima indicaţie asupra
conţinutului în suspensii şi materii coloidale de origine minerală şi
organică. Determinarea turbidităţii apelor se face prin metode
standardizate cu ajutorul turbidimetrelor sau prin comparare cu emulsii
etalon în scara silicei (SiO2). Un grad de turbiditate corespunde unei
71
emulsii etalon care conţine 1mg de pulbere de silice fin divizată la 1 dm3
apă distilată;
- Culoarea, care este produsă de unele substanţe organice sau minerale
dizolvate sau în stare coloidală. Apa curată este incoloră. Culoarea se
determină cu ajutorul colorimetrelor;
- Temperatura, care variază în funcţie de provenienţa apelor şi de
anotimp. Măsurarea temperaturii se face cu termometre;
- Conductivitatea electrică, care reprezintă proprietatea apei de a
permite trecerea curentului electric şi se măsoară în Siemens/cm unde
S=-1
;
- Radioactivitatea, proprietatea de a emite radiaţii permanente ,
sau . Concentraţia radiaţiilor se exprimă în pCi/dm3 (picocurie pe
dm3). 1pCi=10
-12Ci;
Caracteristicile chimice se exprimă cu ajutorul următorilor
indicatori globali:
- Reziduul fix – care reprezintă totalitatea substanţelor solide minerale
şi organice aflate în apă şi se obţine prin încălzirea apei până la
105 C şi la o presiune mai mare decât presiunea atmosferică (se
exprimă în mg/dm3). Odată cu încălzirea apei se degajă gazele
dizolvate. În urma arderii substanţelor organice din rezidiul fix, la
peste 600 C, se obţine reziduu la roşu;
- Reacţia apei se obţine datorită substanţelor minerale şi organice şi
poate fi acidă (pH < 7), neutră (ph = 7) sau alcalină (ph > 7). Cu pH
s-a notat cologaritmul ionilor de hidrogen la un litru de apă. Apele
naturale au pH-ul cuprins între 6 şi 8,5 iar limitele de variaţie ale pH
sunt 0 – 14. PH se măsoară cu ajutorul potenţiometrelor sau hârtiilor
şi soluţiilor indicatoare;
- Duritatea apei care se datoreşte sărurilor de calciu şi magneziu
dizolvate în apă. Pentru compuşii de calciu un grad de duritate
reprezintă echivalentul a 10 mg de CaO(grade germane) conţinute
într-un dm3 de apă. Pentru compuşii de magneziu un grad de duritate
este 7,142 mg/dm3 MgO;
- Substanţe organice conţinute în apă – sunt acele substanţe care pot
fi arse şi care provin din resturi de plante sau animale. Substanţele
organice se determină global, prin tratarea apei cu substanţe oxidante
72
ca permanganatul sau bicromatul de potasiu (KMnO4 sau K2Cr2O7).
O altă modalitate de măsurare a substanţelor organice este carbonul
organic total (COT), în mg/dm3;
- Substanţe minerale conţinute în apă;
- Metale;
- Metaloizi;
- Elemente şi compuşi gazoşi;
- Compuşi lichizi şi solizi;
Caracteristici bacteriologice ale apei influenţează asupra calităţii
sale prin concentraţiile bacteriilor din apă şi prin natura acestora . În apa
de consum se găsesc:
- bacterii banale, fără influenţă asupra organismului:
- bacili coli, care într-o proporţie mare indică contaminarea apei cu apa
de canalizare, însoţind bacilul febrei tifoide;
- bacterii saprofite, care indică contaminarea cu dejectii animale;
- bacterii patogene, care produc îmbolnăvirea organismului.
Dintre bolile transmise pe cale hidrică [9] cele mai răspândite sunt:
febrele enterale şi gastro – enteritele (de exemplu tifoidele, paratifoidele,
salmonelozele), holera, dizenteria bacteriană. Cele mai periculoase
virusuri patogene produc poliomelita şi hepatita infecţioasă iar paraziţii
(viermii, oxiurii, teniile) produc dizenterii amoebiene.
Caracteristici biologice. Analiza biologică permite caracterizarea
unei ape din punct de vedere calitativ. Lista speciilor de organisme care
indică calitatea apelor este dată în literatura de specialitate;
Atât Legea Privind Calitatea Apei Potabile cât şi Directiva 98/83/EEc
prezintă indicatorii care trebuie respectaţi . In tabelul 2.8 se prezintă
parametrii de calitate apă potabilă.
Substanţele minerale sau organice se pot găsi în apă în trei stări
de dispersie:
Substanţe dizolvate, care reprezintă dispersii moleculare (soluţii),
particulele fiind ca mărime sub 1m . În apă pot fi dizolvate substanţe
organice sau gaze, substanţele dizolvate imprimând apei reacţia
caracteristică de pH care are importanţă în tratarea cu coagulant a apei.
73
Normele sanitare pentru apa potabilă sau normele tehnice pentru
procesele tehnologice unde se foloseşte apa stabilesc anumite limite
admisibile pentru conţinutul în apă a substanţelor dizolvate. În cazul în
care aceste norme sunt depăşite devine necesară corectarea calităţilor
apei (deferizare, demanganizare, reducerea durităţii, desalinizare,
eliminarea gazelor dizolvate, defluorizarea apei, etc.);
Dispersiile coloidale sunt particule alcătuite din două faze: apa şi
substanţele în dispersie, de mărime 1 – 100m şi încărcarea electrică
negativă. Acestea sunt în general de origine argiloasă iar separarea lor
din apă se face prin adaos de reactivi coagulant. Rolul reactivului
coagulant este de a neutraliza sarcina electrică negativă a coloidului,
aducându-l în stare de suspensie gravimetrică separabilă prin decantare –
filtrare;
Particulele în suspensie gravimetrică au mărimea peste 100m şi
se separă din apă datorită greutăţii specifice diferite de a apei prin
coagulare – filtrare.
Toate aceste substanţe prezente în apa surselor de suprafaţă sau
surselor subterane se pot separa din apă prin intermediul staţiilor de
tratare.
Prezenţa în apă a unor factori de risc a condus la dezvoltarea
preocupărilor pentru sănătatea publică conducând în multe ţări la
modernizarea staţiilor de tratare prin adăugarea de trepte de tratare
avansată şi prin corelarea cu diverse măsuri de reducere a încărcării
poluante a staţiilor de epurare din oraşe.
4.3 Procedee de tratare convenţionale a apei
4.3.1 Deznisiparea apei Deznisipatoarele sunt folosite în cadrul instalaţiilor de alimentări
cu apă in scopul limpezirii parţiale a apei brute urmând apoi să treacă în
alte trepte de tratare. Deznisiparea reprezintă procesul de sedimentare
pentru reţinerea nisipului (particule solide mai mici de 0,2 mm) care se
74
află în suspensie gravimetrică in apa râurilor. Clasificarea
deznisipatoarelor se face [64]:
- după direcţia de curgere a apei prin deznisipator avem:
- deznisipatoare orizontale
- deznisipatoare verticale
- după modul de amplasare:
- deznisipatoare amplasate în construcţii comune cu captările de
apă şi SP
- deznisipatoare amplasate independent de ansamblul captării.
Deznisipatoarele amplasate independent de ansamblul captării se
prevăd în cazul în care din diagrama de sedimentare rezultă că în 2-3
minute se depun 25 – 30 % din greutatea particulelor conţinute în apă.
Debitul de dimensionare al deznisipatoarelor este Qszimax [64].
Deznisipatoarele orizontale se compun din cameră de liniştire şi
distribuţie a apei brute, camera de depunere a nisipului, camera de
colectare a apei deznisipate, dispozitivul de curăţire şi golire şi stavile
(Fig.4.1).
Fig.4.1 Deznisipator orizontal; 1 – grătar; 2 – bare de liniştire; 3 –
nişă pentru reparaţii în caz de avarii; 4 – stăvilar de intrare; 5 – vane de
golire; 6 – stăvilar de ieşire; 7 – galerie de golire.
Pereţii laterali ai camerei de liniştire sunt evazaţi în plan faţă de
direcţia de curgere a apei [64]. Între camera de liniştire şi cea de
75
depunere a nisipului vor fi prevăzute dispozitive de închidere în scopul
separării pentru intervenţii. Camera de depunere a nisipului este alcătuită,
de regulă, din cel puţin două compartimente. Viteza de curgere a apei în
camera de depunere (1) a nisipului trebuie să fie de 0,10 – 0,40 m/s. Zona
activă a camerei de depunere a nisipului va fi dimensionată în funcţie de
viteza de sedimentare a suspensiilor din apă, stabilită experimental. În
lipsa acestor date ea poate fi aproximată, în funcţie de diametrul
suspensiilor (d) la valorile din tabelul 4.1 [64]:
Tabelul 4.1 Viteza de sedimentare vs
vs
(mm/s)
21,6 32,4 43,2 54,0 64,8 73,2 80,7 87,5 94,4
d(mm) 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
Nisipul depus pe radier este evacuat manual, mecanic sau
hidraulic în funcţie de debitul instalaţiei.
Dimensionarea deznisipatorului orizontal constă din:
- determinarea secţiunii transversale A cu relaţia:
v
QA szimax (4.1)
- determinarea înălţimii totale (H) a camerei de depunere a nisipului se
face cu relaţia :
sgdu hhhhH (4.2)
în care:
hu – înălţimea zonei active; de regulă se ia 0,6 – 2,5 m;
hd – înălţimea spaţiului pentru colectarea nisipului, care depinde de :
debit, conţinutul în suspensii, sistemul de curăţire şi intervalul dintre
două curăţiri succesive;
hg – înălţimea spaţiului de siguranţă pentru îngheţ; se consideră între 0,30
– 0,50 m;
hs – înălţimea spaţiului de siguranţă suplimentar; se consideră 0,10 – 0,15
m.
Lăţimea unui compartiment al camerei de depunere a nisipului va
fi de 0,8 – 2,5 m. Raportul între lăţimea şi lungimea unui compartiment
va fi de 1/6 – 1/10 iar între înălţime şi lungime raportul va fi de 1/10 –
76
1/15. Timpul de trecere a apei prin compartimentul de depunere se
recomandă a fi de 30 – 100 s. Spaţiul pentru colmatarea nisipului se
stabileşte funcţie de conţinutul în suspensii medii anuale în apa brută şi
se dimensionează astfel încât să poată înmagazina cantitatea de nisip
rezultat între două curăţiri succesive. Intervalul de timp între două
curăţiri succesive se recomandă să fie: 5 – 10 zile la evacuarea manuală;
maxim 12 h la evacuarea mecanică sau hidraulică; 5 zile la evacuarea
hidraulică gravitaţională [ 64].
- determinarea lăţimii unui compartiment (b = 0,7 – 2,00 m):
uhn
Ab (m) (4.3)
unde n – numărul de compartimente;
- lungimea camerei de deznisipare:
w
vhL u (m) (4.4)
unde : - coeficientul ce ia valori cuprinse între: 1,5 – 2,0; v – viteza
orizontală a apei; w – viteza de sedimentare a particulelor din
deznisipator.
- volumul depunerilor pentru înmagazinarea nisipului:
TQPaVd
086400 (m3) (4.5)
unde : a – proporţia de substanţe în suspensie care sunt reţinute în
deznisipator (0,25 – 0,30); P0 – concentraţia totală de particule în
suspensie la viituri (kg/m3); T – durata între două curăţiri (zile); -
greutatea volumetrică a depunerilor (1500 – 1700 kg/m3).
- Înălţimea stratului de depuneri:
Lbn
Vh d
d (m) (4.6)
77
4.3.2 Reactivi utilizaţi în tratarea apelor
Metodele şi schemele de tratare, precum şi consumurile medii de
reactivi se stabilesc pe baza studiilor de laborator sau pe baza unor date
obţinute în exploatarea unor staţii existente. Pentru staţii de tratare cu
debite peste 1000 l/s, sau cu scheme complexe de tratare se recomandă ca
efectuarea studiilor să se facă pe staţii pilot. Reactivii cei mai utilizaţ i
sunt:
1.Coagulanţi. În mod uzual se utilizează: sulfatul de aluminiu
[Al2(SO4)3 18H2O], sulfatul feros (cu oxidare prin clor) [FeSO4 7 H2O]
şi clorură ferică [FeCl3]. Consumurile medii sunt date în tabelul 4.2 [64] :
Tabelul 4.2
Conţinutul de suspensii
în apa brută (mg/l)
Doze de sulfat de aluminiu,
mg substanţă/l apă brută
până la 100 25 – 35
Peste 100 până la 2000 30 – 50
Peste 200 până la 400 40 – 60
Peste 400 până la 600 45 – 75
Peste 600 până la 800 55 – 80
Peste 800 până la 1000 60 – 90
Peste 1000 până la 1400 65 – 105
Peste 1400 până la 1800 75 – 115
Peste 1800 până la 2200 85 – 125
Peste 2200 până la 2500 90 - 130
În cazul utilizării sulfatului feros, fără oxidare cu clor, consumurile
din tabelul 4.2 se majorează cu 50% iar în cazul utilizării clorurii ferice
se micşorează cu 50%.
2.Floculanţi. Cel mai utilizat în ţara noastră este silicea activată care
se prepară prin activarea soluţiei de silicat de sodiu cu ajutorul unui acid.
Doza de silice activată se consideră, orientativ, 10% din dozele de
coagulant prezentate în tabelul 4.2.
In ultima vreme s-a extins folosirea polielectroliţilor. Analiza
rezultatelor obţinute prin utilizarea unor floculanţi de acest fel a condus
la următoarele concluzii[69]:
78
- creşte eficienţa treptei de decantare cu 10-30% în ceea ce priveşte
reducerea turbidităţii, în condiţiile în care doza de sulfat de aluminiu
utilizată a fost cu 10-20% mai mică decât în cazul neutilizării unui
floculant
- conduce la reducerea cheltuielilor de exploatare prin creşterea
ciclului de filtrare şi reducerea consumurilor legate de exploatarea
filtrelor si reducerea consumului de sulfat de aluminiu.
- eficienţa utilizării creşte în special în perioadele cu temperaturi
joase şi atunci când turbiditatea apei brute se situează la valori de 10-50
NTU sau în cazul unor turbidităţi foarte mari.
3.Reactivi de alcalinizare. Doza de var (sodă calcinată sau sodă
caustică) se stabileşte cu relaţia [64]:
kDaD tv )205,0( (4.7)
în care: Dv – doza de reactiv de alcalinizare, în mg/l; a – doza de
coagulant pur, în mg/l; Dt – cantitatea de reactiv de alcalinizare pentru
mărirea alcalinităţii cu un grad;
- k =10 mg/l pentru var [Ca(OH)2];
- k=14,3 mg/l pentru hidroxidul de sodiu sau soda caustică (NaOH);
- k=18,9 mg/l pentru carbonatul de calciu sau soda calcinată (Na2CO3).
4.Clorul. Dozele de clor se stabilesc prin teste de laborator. Dozele
orientative de clor pentru dezinfectarea apei se pot lua din tabelul 4.3
[45]:
Tabelul 4.3 Substanţe organice
(mg/l)
Doze de clor
(mg/l)
3,00 0,40
5,00 0,65
8,00 3,00
10,00 1,20
5.Cărbune activ praf. Doza de cărbune activ praf se determină prin
teste de laborator. Orientativ doza de cărbune activ praf este de 5 – 20
mg/l care se administrează maxim 15 mg / l înainte de filtrare.
Reactivii se introduc în apă în următoarele puncte ale staţiei de
tratare:
1. Reactivii coagulanţi se introduc în conducta de intrare sau
amestecător;
79
2. Silicea activă – în bazinul de amestec după reactivii coagulanţi;
3. Varul pentru alcalinizare se introduce în amestecător odată cu
coagulantul;
4. Clorul pentru preclorare, în conducta de apă brută;
5. Cărbunele activ – se introduce odată cu coagulantul in
amestecător dar la 10 minute după introducerea clorului;
6.Clorul şi amoniacul pentru dezinfecţie se introduc în apa ce rezultă
după filtrare.
Stabilirea dozei optime de coagulant se realizează în mod frecvent
cu Metoda “Jar test” constă în a trata simultan 5-6 probe de 1l cu doze
crescătoare cu pasul de 5 mg/l în jurul dozei optime cunoscute pentru un
anumit grad de turbiditate. Se amestecă manual timp de 10 minute, după
care se lasă 30 minute. Se alege doza care asigură cea mai bună limpezire
a apei.
4.3.3 Procesul de coagulare - floculare
Construcţiile şi instalaţiile pentru tratarea apei cu reactivi de
coagulare –floculare sunt reprezentate de gospodăria de reactivi ,bazinele
de amestec şi distribuţie şi camerele de reacţie.
Construcţii şi instalaţii pentru gospodăria de reactivi
Construcţiile şi instalaţiile pentru gospodăria de reactivi au la
bază studii de tratare a apei pentru alegerea reactivului folosit şi a
schemei tehnologice luate în calcul. Ele conţin: gospodăria reactivilor şi
bazinele de amestec şi contact. Gospodăria reactivilor cuprinde spaţii
destinate pentru stocarea reactivilor, spaţii pentru prepararea reactivilor
în forma în care urmează să fie introduşi în apa brută (soluţii sau pulbere)
şi dozarea lor pe baza testelor de laborator efectuate zilnic cu apa brută.
Stocarea coagulantului (sulfatul de aluminiu) se face în depozite uscate
sau umede ( sunt recomandate deoarece sulfatul de aluminiu este
higroscopic iar în contact cu umezeala îşi schimbă calităţile). Depozitele
uscate au înălţimea de maximum 2 m iar capacitatea lor se stabileşte la
doza maximă de coagulant determinată în laborator sau considerată
orientativ. Depozitul trebuie să asigure aprovizionarea cu coagulant timp
de 30 de zile, iar pentru aprovizionare ritmică 15 zile.
80
Bazine de amestec şi distribuţie
Bazinele de amestec şi distribuţie au un rol important în
distribuţia egală a debitelor la fiecare unitate de decontare. În Fig.4.2 este
prezentat un bazin de distribuţie şi amestec cu 4 deversoare şi un
deversor de preaplin.
Fig.4.2 Bazin de amestec şi distribuţie; 1 – intrarea apei brute; 2 –
ieşirea spre decantoare; 3 – preaplin; 4 – agitator cu ax vertical; 5 –
deversor cu lamă metalică, reglabilă vertical.
Camera centrală are şi rol de amestec a reactivilor, fiind dotată cu
un amestecător rapid.
Camere de reacţie
Bazinele de reacţie asigură, după antrenarea reactivilor, un timp de
reacţie de 5 – 30 minute pentru a se forma flocoanele cu dimensiuni de
0,5 – 0,6 mm. În acest sens se construiesc bazinele de reacţie.
Dimensionarea lor constă în determinarea volumului şi formei în aşa fel
încât flocoanele să nu se depună (viteza la intrare să fie 0,5 – 1 m/s iar la
ieşire 0,2 – 0,01 m / s).
În Fig.4.3 sunt prezentate câteva tipuri de camere de reacţie.
Dimensiunile geometrice ale camerelor de reacţie se stabilesc în
funcţie de timpul de amestec care variază de la 3 – 5 secunde la camerele
cu salt hidraulic la 3 – 5 min la camerele cu pereţi şicană.
81
Fig.4.3 Camere de reacţie; a – bazin de amestec cu pereţi şicană (secţiune); b –
vedere în plan ; 1 – conducta de apă brută; 2 – conducta pentru aducerea soluţiei de
reactivi; 3 – conducta de ieşire; 4 – preaplin; 5 – conductă de golire; c – bazin de
amestec în formă spirală (secţiune); d – vedere în plan; 1 – intrarea apei; 2 – ieşirea
apei.
4.3.4 Decantarea
Decantarea apei reprezintă fenomenul prin care se obţine apă
limpezită folosind proprietatea naturală a particulelor aflate în suspensie
de a se depune (sedimentare naturală) sau sedimentare activată cu
reactivi de coagulare.
Bazinele în care se realizează această treaptă de tratare poartă
numele de decantare şi au forme constructive diverse.
Decantoare cu separare gravimetrică
Decantoarele cu separare gravimetrică se clasifică astfel [64]:
1. După modul în care se face sedimentarea:
- decantoare cu sedimentare naturală
- decantoare cu sedimentare activată cu reactivi de coagulare
2. După modul de funcţionare:
- decantoare cu funcţionare continuă
82
- decantoare cu funcţionare discontinuă (plin – gol)
3. După sensul de curgere a apei prin decantor
- decantoare orizontale
- decantoare longitudinale
- decantoare radiale
4. După modul de îndepărtare a depunerilor
- decantoare cu curăţire manuală
- decantoare cu sisteme de curăţire mecanică
- decantoare cu sisteme de curăţire hidraulică
De regulă, decantoarele sunt construcţii descoperite pentru care se
asigură prin proiect măsurile necesare funcţionării în perioadele de
îngheţ.
Dimensionarea tehnologică a decantoarelor se bazează pe studii de
laborator obţinute în exploatarea unor instalaţii existente sau care
funcţionează în condiţii similare, în care se determină: temperatura apei
la sursă, duritatea, pH, concentraţia în suspensii şi natura acestora şi
diagramele depunerilor în funcţie de timp şi depozitele de sedimentare
pentru doze crescânde de reactivi de coagulare. În cadrul procesului
tehnologic de tratare, determinarea numărului şi dimensiunilor
decantoarelor se face în funcţie de debitul de calcul (Qszimax), viteza de
sedimentare (u), timpul de decantare (td), viteza de curgere (v) , eficienţa
de sedimentare (n).
Decantoare orizontale longitudinale
În Fig.4.4 este prezentat un decantor orizontal longitudinal [64].
Debitul de dimensionare este Qc=Qszimax.
Dimensiunile decantoarelor se stabilesc [64] astfel:
- volumul util: uudcu hStQV (4.8)
- suprafaţa utilă: uu LBS (4.9)
- adâncimea apei la volumul util: du tuh
- lungimea utilă: du tvL (4.10)
unde: Qc – debitul de dimensionare; u şi td – viteza şi timpul de
sedimentare; v – viteza medie orizontală de curgere în decantor; B –
lăţimea utilă a decantorului.
83
Lungimea decantorului (L) se stabileşte adăugând 2m la lungimea
utilă Lu. Lăţimea decantorului (B) trebuie să fie cel mult 1/10 din
Fig.4.4 Decantor orizontal longitudinal cu curăţire mecanică: 1- dispozitiv de
distribuţie a apei; 2 – dispozitiv de evacuare a apei decantate; 3 – rigola pentru colectare
apă decantată; 4 – raclor cu lanţ; 5 – pâlnie colectoare pentru nămol; 6 – conducte de
evacuare apă decantată; 7 – conductă de evacuare nămol;
lungimea acestuia şi maxim 8m. În cazul sedimentării naturale se
consideră pentru vitezele de curgere în decantor următoarele valori: 1 – 3
mm/s pentru viteză medie în decantor; 0,2 – 0,6 m/s între camera de
reacţie şi decantor. În cazul sedimentării activate cu reactivi de coagulare
se consideră: 5 – 10 mm/s – viteza medie orizontală în decantor; 0,3 – 1
m/s – în rigola de colectare a apei decantate şi conducta de evacuare;
minim 1 m/s – în conducta de evacuare a nămolului. Înălţimea
decantorului (H) se stabileşte astfel:
sud hhhH (4.11)
unde: hd – înălţimea de depuneri; hu – înălţimea utilă; hs – înălţimea de
siguranţă, de regulă este 0,30 m.
84
În cazul tratării cu reactivi de coagulare, se prevăd înainte de
compartimentele de decantare camere de amestec şi camere de reacţie.
Decantoare orizontale radiale
În Fig.4.5 se prezintă un decantor radial [64]. Debitul de
dimensionare este Qc=Qszimax.
Fig.4.5 Decantor orizontal radial; 1 – camera centrală de reacţie ce conţine
dispozitivul de distribuire a apei; 2 – Deversor triunghiular; 3 – Rigola pentru
colectarea apei decantate; 4 – Pod raclor; 5 – Pâlnie pentru colectare nămol; 6 –
Ecran pentru dirijarea apei; 7 – Conducta de aducere a apei; 8 – Conducta de
evacuare a apei decantate; 9 – Conducta de evacuare nămol.
Dimensiunile decantorului orizontal radial se stabilesc astfel [64]:
- volumul util: uudcu hStQV (4.12)
- suprafaţa utilă: 22785,0 dDSu (4.13)
- adâncimea apei în cadrul volumului util: du tuh (4.14)
- diametrul decantorului D ; dtvD (4.15)
unde: Qc – debitul de calcul; u şi td – viteza şi timpul de sedimentare; v-
viteza de curgere a apei în secţiunea de mijloc; D şi d – diametre conform
Fig.4.5.
85
Pentru vitezele de curgere se adoptă valorile: 0,7 – 1,0 m/s în
conducta de admisie în decantor; 20 mm/s în secţiunea din mijlocul
compartimentului de decantare; 0,2 – 0,45 m/s la deflectoare. Celelalte
viteze se adoptă ca la decantoarele longitudinale. Radierul se amenajează
cu o pantă de 5 – 10 % spre pâlnia de colectare a nămolului. Nămolul
depus pe suprafaţa radierului este colectat cu un pod raclor în pâlnia
colectoare. Admisia apei brute în decantor se face pe la partea inferioară
a camerei de reacţie iar evacuarea apei se face prin conducta de evacuare
care poate fi scoasă fie prin radier fie prin perete într-o başă colectoare în
funcţie de modul de realizare al pereţilor decantorului.
Decantoare verticale
În Fig.4.6 se prezintă un decantor vertical [64]. Aceste decantoare
se folosesc pentru debite mai mici de 10000m3/zi şi când condiţiile
permit execuţia în adâncime fără costuri ridicate.
În zona de depunere a nămolului radierul bazinului se realizează
conic sau piramidal, cu panta de 40 - 45 .
Înălţimea decantorului (H) se calculează cu relaţia:
sund hhhhH (4.16)
unde: hd – înălţimea de depuneri care se stabileşte în funcţie de debit,
concentraţie iniţială în suspensii, eficienţă de decantare; hn – înălţimea
zonei neutre, 0,4 – 0,6 m; hu – înălţimea utilă a compartimentului de
decantare care se stabileşte cu relaţia:
8,0dD
hu (4.17)
unde: D – diametrul decantorului (se recomandă max. 8 m); d – diametrul
camerei de distribuţie (se stabileşte astfel încât viteza apei să nu
depăşească 0,1 m/s); hs – înălţimea de siguranţă: 0,3.
Circulaţia apei în compartimentul de decantare se face de jos în
sus iar dimensionarea hidraulică a compartimentului de decantare se face
pe baza vitezei ascensionale (orientativ se consideră 0,5 – 0,75 mm/s).
86
Fig. 4.6 Decantor vertical ; 1 –Conducta de admisie a apei; 2 – camera de
distribuţie e prevăzută cu ecran deflector (dispozitiv de admisie a apei); 3 – deversor triunghiular; 4 – rigolă pentru colectarea apei decantate; 5 – conducta de
evacuare apă decantată; 6 – pâlnie colectoare pentru nămol; 8 – conductă de
evacuare nămol.
Decantoare suspensionale cu recircularea nămolului
În Fig.4.7 este prezentat un decantor suspensional cu recircularea
nămolului [64]. Acestea sunt utilizate pentru limpezirea apelor de
suprafaţă la care turbiditatea nu depăşeşte 2000 – 2500 mg/l. Nămolul
depus este recirculat permiţând o coagulare mai rapidă.
Fig .4.7 Decantor suspensional cu recircularea nămolului; 1 – spaţiu de amestec; 2 –
rotor cu palete de antrenare; 3 – spaţiu de reacţie; 4 – spaţiu de limpezire; 5 – conducte
radiale perforate; 6 – rigolă periferică; 7 – pod raclor; 8 – rigolă sau başă de colectare a
nămolului; 9 – conductă de admisie; 10 – conductă de transport a apei decantate.
87
La dimensionarea tehnologică se ţine seama de: debitul de apă ce
se tratează; caracteristicile fizico – chimice ale apei de tratat; timpul de
reacţie a apei cu reactivi, în condiţiile anestecului cu nămol recirculat,
timpul de limpezire. Pentru spaţiul de amestec se consideră viteza de
rotaţie a rotorului 0 –18 rot/min. şi viteza apei la ieşirea din spaţiul de
amestec de 0,15 – 0,20 m/s. Pentru spaţiul de reacţie timpul de reacţie
total este 15 – 20 minute şi viteza de ieşire a apei 0,06 – 0,08 m/s. Pentru
spaţiul de limpezire se consideră: timpul de limpezire 1,5 – 2,0 ore;
viteza ascendentă max. 3m/oră, spaţiul de gardă 0,30 m. Pentru sistemul
de colectare a apei decantate: viteza apei în conductele radiale şi rigola
periferică 0,7 – 0,8 m/s; viteza apei la trecerea prin orificii:1,5 – 2,0 m/s.
Pentru sistemul de colectare şi evacuare a nămolului : viteza periferică a
podului raclor pentru 1 – 2 rotaţii complete pe oră: 3 – 6 cm/s; viteza apei
cu nămol în conductele de evacuare: minim 1,2 m/s.
Decantoare lamelare
În prezent există numeroase soluţii care aplică decantarea
lamelară în procesul de limpezire a apei [58]. Ideea folosirii
decantoarelor lamelare se bazează pe faptul că încărcarea superficială a
unui decantor nu depinde de înălţimea de decantare. Un decantor lamelar
este un sistem de n plăci, denumit modul, înclinat cu un unghi faţă de
orizontală şi utilizat pentru operaţia de separare solid – lichid, în care
curgerea este laminată. Valorile raportului de eficienţă pentru diferite
forme de module lamelare este prezentat în tabelul 4.4 [43]:
Eficienţa E este definită ca fiind capacitatea de reducere de E ori
a vitezei limită de cădere a particulei. Avantajul decantoarelor lamelare
88
în comparaţie cu cele orizontal – longitudinale constă în scurtarea
timpului de decantare şi constanţa condiţiilor hidraulice prin eliminarea
continuă a nămolului. Decantoarele lamelare sub formă de module se pot
folosi pentru îmbunătăţirea funcţionării celorlalte tipuri de decantoare
(orizontal – longitudinale, radiale cu strat suspensional sau cu
recircularea nămolului).
Sistemele de decantoare lamelare utilizate în practică sunt [43]:
- Sistemul modul lamelar în contra – curent care este format din
module lamelare amplasate într-un curent ascendent. Apa se
introduce la partea inferioară a modulului, se realizează separarea iar
apa este colectată la partea superioară şi nămolul la partea inferioară.
Unghiul de înclinare al modulului faţă de orizontală este =45 -
60 , realizându-se autocurăţirea nămolului (Fig.4.8).
- Sistemul modul lamelar în co – curent este prevăzut cu un modul
lamelar ce are două lamele suprapuse, apa brută floculată curgând
descendent. După cedarea suspensiei curentul de apă curge
ascendent. La acest sistem unghiul de înclinare poate coborî până la
30 , considerându-se şi efectul de antrenare a nămolului de către
curentul de apă (Fig.4.9)
- Sistemul modul lamelar în curent încrucişat la care apa limpezită
se colectează la partea superioară, după o curgere ascendentă iar
nămolul curge descendent şi se colectează în partea inferioară.
Fig.4.8 Modul lamelar Fig.4.9 Modul lamelar
în contra – curent în co - curent
89
4.3.5Filtrarea Procesul de filtrare
Filtrarea apei reprezintă procesul de limpezire avansată a apei în
cadrul procesului de tratare ce constă din trecerea acesteia printr-o masă
de material poros, denumit strat filtrant. Reţinerea suspensiilor din apa
decantată de către stratul filtrant se realizează într-un proces complex, în
care predomină fenomenul de adsorbţie, adică fixarea particulelor în
suspensie de suprafaţa granulelor de nisip. Eficienţa filtrării este
condiţionată de o serie de factori:
- caracteristicile apei de filtrat (natura, mărimea, concentraţia şi starea
de agregare a suspensiilor);
- caracteristicile stratului filtrant definit prin natura, mărimea şi forma
granulelor precum şi structura, porozitatea şi grosimea stratului;
- caracteristicile hidrodinamice ale procesului de filtrare: viteza de
filtrare, pierderea de sarcină, regimul de curgere, durata ciclului de
filtrare.
În funcţie de aceşti factori avem următoarea clasificare pentru filtre:
- După modul de funcţionare: filtre gravitaţionale, filtre sub presiune,
filtre cu vid, filtre centrifuge.
- După mărimea vitezei de filtrare: filtre lente (v=2 – 6 m/zi), filtre
rapide (v=4 – 15 m/zi, filtre ultrarapide (v> 20 m/h.
- După caracterul stratului filtrant: filtre granulare (nisip antracit),
filtre cu grătare sau cu site, filtre cu ţesături (metalice, naturale, sintetice),
filtre cu materiale ajutătoare (diatomită, perlit, azbest), filtre cu fetru (din
hârtie, textile), filtre din materiale combinate (cartuşe filtrante).
- După variaţia debitului de apă filtrată: filtre cu nivel constant şi
debit variabil; filtre cu nivel variabil şi debit constant.
- După sensul de curgere a apei: filtre descendente, filtre ascendente,
filtre cu dublu sens, filtre radiale.
- După modul de alcătuire a stratului filtrant: filtre cu simplu strat
(nisip), filtre cu dublu strat (nisip şi antracit), filtre multistrat (pietriş
sortat, nisip, cărbune activ).
- După destinaţia filtrului: filtre pentru reţinerea fracţiunii solide, filtre
pentru reţinerea materialului grosier (microsite), filtre pentru eliminarea
unor cantităţi mici de impurităţi solide, filtre pentru corecţia unor
indicatori chimici (deferizare, demanganizare).
90
Amplasarea filtrelor se face în vecinătatea decantoarelor, cu
respectarea reglementărilor sanitare şi în vederea unei eventuale
extinderi. Despre filtrarea apei se vorbeşte prima dată într-un vechi tratat
hindus, Susruta Sanhita, de acum 4000 de ani. Primele filtre cu strat de
nisip au apărut în Anglia, în anul 1800. În SUA în anul 1848 apar filtrele
rapide iar în România în 1890 se construiesc primele filtre lente la
Arcuda. Corelaţia tuturor factorilor care influenţează procesul de filtrare
se realizează pe instalaţii pilot având în vedere obţinerea unor soluţii
optime care să conducă la obţinerea unei cantităţi de apă cât mai mare de
calitate bună.
Tipul de filtru se alege pe baza unui studiu tehnico – economic,
corespunzător schemei tehnologice de tratare a apei.
Filtre lente
Filtrele lente funcţionează cu viteze apropiate de viteza de
mişcare a apei în stratele naturale de apă subterană, bazându – se pe
reţinerea particulelor în suspensii în cadrul unui proces fizic, chimic şi
Fig.4.10 Schema unui filtru lent; 1 – strat filtrant; 2 – straturi intermediare; 3 –
drenaj; D – conductă pentru admisia apei decantate; F- conductă pentru apa filtrată;
S- conductă pentru evacuarea de suprafaţă; U – conductă pentru umplerea filtrului
de jos în sus; G – conductă pentru golirea cuvei; P – conductă de preaplin.
biologic în stratul superior de nisip unde se formează o membrană
biologică de 1-2 cm grosime alcătuită din microorganisme vegetale şi
animale aerobe. Apa potabilă rezultată nu mai necesită dezinfectare,
deoarece membrana biologică reţine şi toate bacteriile ce se află în apă,
91
eficienţa filtrării lente fiind foarte mare. În Fig.4.10 este prezentat un
filtru lent [64] format dintr-un bazin de beton armat de formă
paralelipipedică. Datorită vitezelor de filtrare lente volumele acestor filtre
sunt mari, ducând la costuri de investiţie ridicată.
Filtrele lente se realizează în bazine descoperite, cu excepţia
instalaţiilor hidraulice care se amplasează în cămine sau galerii. Ele
funcţionează cu debit constant şi nivel variabil. Stratul filtrant se prevede
cu o grosime iniţială de 1,2 m, iar înălţimea stratului de deasupra de
minim 0,6 m. Drenajul se realizează din plăci permeabile de beton peste
care se pune un strat de pietriş de 15 cm cu granule de 3,0 – 7,0 mm, un
altul de nisip şi pietriş de 10 cm grosime cu granule de 1 –3 mm, după
care stratul filtrant propriu – zis. Partea superioară a pereţilor cuvelor
trebuie să depăşească cu 0,30 m nivelul maxim al apei iar pereţii se
prevăd cu evazare de 3:1 pe toată zona în care ar putea îngheţa [64].
Funcţionarea unui filtru lent cuprinde următoarele trei faze:
punerea în funcţiune, filtrarea apei şi curăţirea filtrului
1.Punerea în funcţiune. Filtrul se umple cu apă filtrată anterior şi
introdusă în sens invers funcţionării normale, adică de jos în sus, pentru a
permite eliminarea aerului din porii nisipului şi pentru a păstra afânarea
stratului filtrant. Când stratul de apă a depăşit cu 10 – 15 cm nisipul, se
opreşte admisia apei şi se umple filtrul cu apă brută. Se deschide
conducta de golire permiţând astfel trecerea apei brute prin stratul filtrant
1-3 zile, timp în care se formează membrana biologică.
2.Filtrarea apei. Din acest moment filtrul funcţionează normal, apa
corespunzând condiţiilor de limpiditate impuse. Datorită reţinerii
suspensiilor din apa brută filtrul se colmatează ducând la creşterea
pierderii de sarcină h prin filtru. Când h ajunge la 0,5 – 1,0 m filtrul este
scos din funcţiune.
3.Curăţirea filtrului. După ce filtrul a fost golit se îndepărtează
stratul de nisip murdar (2 – 3 cm) cu unelte de terasier. Apoi filtrul este
lăsat 2 – 3 zile la aerisit urmând apoi reînceperea ciclului.
Dimensionarea hidraulică a filtrelor lente constă în determinarea
suprafeţei în funcţiune cu Af =Q/v (m2) unde Q = debitul ce intră în m
3/zi
şi v=2,5 – 4 m/zi. Această suprafaţă se împarte intr-un număr de n
bazine. Ţinând cont că la intervale de câteva zile câte un bazin trebuie să
fie scos din funcţiune pentru a fi curăţat sa calculează suprafaţa în
funcţiune a filtrelor lente în timpul curăţirii unui compartiment:
92
fc An
nA
1 unde n = nr. de compartimente
pt
Tn
unde T = ciclul complet de funcţionare: pf ttT
tf – durata de funcţiune într-un ciclu ; tf = 20 – 50 zile;
tp – timpul pierdut pentru punerea în funcţiune (1 – 3 zile) şi pentru
curăţire (3 – 4 zile).
Pentru stabilirea diametrelor conductelor se recomandă
următoarele viteze: v =0,6 – 0,8 m/s pentru conducta de apă decantată şi
v = 0,7 – 1,2 m/s în conducta de apă filtrată.
Filtre rapide
La filtrele rapide reţinerea particulelor în suspensie se face în
toată masa nisipului filtrant, în special în partea superioară. Acţiunea
bacteriologică a acestora este mai redusă decât la filtrele lente, necesitând
dezinfectarea pentru obţinerea apei potabile. Filtrele rapide pot fi cu nivel
liber (deschise) sau sub presiune (închise). În general, în staţiile de tratare
se folosesc filtre rapide deschise. Acestea se realizează în hale închise
unde temperatura iarna nu trebuie să scadă sub 5 C. În Fig.4.11 este
prezentată schema unui filtru rapid deschis [64].
Fig.4.11 Schema unui filtru rapid deschis; 1 – strat filtrant; 2 – strat de pietriş;
3 – drenaj; 4 – jgheab pentru colectarea apei de spălare; D – conductă pentru admisia
apei decantate; F – conducta pentru preluarea apei filtrate; S – conducta pentru spălare
cu apă; A – conductă pentru E – conductă pentru evacuarea apei de spălare; G –
conductă pentru golirea cuvei.
93
Pentru a se obţine un ciclu normal de 24 h de funcţionare a
filtrelor rapide, se recomandă v = 5 – 7 m/h în scopul obţinerii unei ape
potabile şi v = 7 – 15 m/h pentru apă industrială.
Un filtru rapid funcţionează astfel: Apa decantată este introdusă
în filtru şi repartizată prin jgheaburi pe toată suprafaţa filtrului. Ea
parcurge stratul de nisip de sus în jos, trece prin fundul drenant şi ajunge
în camera de apă filtrată de unde este evacuată. Când pierderea de sarcină
(diferenţa de presiune a apei între două nivele ale stratului filtrant) prin
filtru ajunge la valoarea maximă filtrul este scos din funcţiune. Spălarea
filtrului este foarte importantă deoarece de ea depinde calitatea apei în
ciclul următor. Se introduce în filtru, de jos în sus, un curent ascendent de
apă si aer comprimat care produce expandarea nisipului. Un rol important
în asigurarea distribuţiei uniforme a apei de spălare îl are sistemul de
drenaj. Drenajele de mare rezistenţă utilizate în prezent pentru filtrele
rapide sunt:
- cu plăci cu crepine (Fig.4.12).
Fig.4.12 Drenaj cu plăci cu crepine; 1 – placă din beton; 2 – crepină; 3 –
etanşarea rosturilor dintre plăci; 4 – stâlp; 5 – orificiu pe ţeava crepinei; 6 – strat
de aer comprimat.
Crepina este o piesă alcătuită din masă plastică, porţelan sau
metal, cu un cap sub forma unei cutii perforate şi cu o ţeavă prevăzută cu
filet imediat sub cap. Ţeava are o tăietură verticală la partea inferioară
prin care pătrunde apa şi aerul pentru spălare. Pe 1 m2 de filtru sunt
necesare aproximativ 60 – 65 crepine [53].
- cu ţevi perforate (Fig.4.13)
94
Fig.4.13 Drenaj cu ţevi perforate; a – vedere în plan; b – secţiune conductă
perforată
Acest tip de drenaj are avantajul unei bune stabilităţi a straturilor
de nisip şi este mai economic
- cu blocuri M din beton [43 ] (Fig.4.14)
Fig.4.14 Drenaj cu blocuri M; a – dispoziţie generală; b – bloc M, vedere laterală; c
– secţiune transversală; 1 – blocuri M; 2 – conductă pentru apa de spălare; 3 – ţevi
perforate pentru aer; 4 – filtru invers
Pentru stabilirea diametrelor conductelor se recomandă
următoarele viteze [64]:
95
- conductă de apă decantată: 0,7 – 1,0 m/s; conductă de apă
filtrată 0,8 – 1,2 m/s; conductă de apă de spălare 1,6 – 1,8 m/s, conductă
de aer 15 – 20 m/s.
Tehnologii noi pentru filtre rapide
În ultimii ani se remarcă o dezvoltare a cercetărilor şi studiilor
efectuate în vederea perfecţionării tehnologiilor de filtrare. Pentru
alegerea corespunzătoare a tipului de filtru este indicat să se recurgă la
ample cercetări pe staţii pilot şi la utilizarea mai multor tehnici de filtrare
succesive.
De exemplu, DEGREMONT a perfecţionat o gamă largă de filtre.
Astfel, pentru filtrele utilizate în industrie, sub presiune, în cuve metalice
(din oţel) întâlnim [13;59]:
- filtre sub presiune cu spălare numai cu apă (Fig.4.15);
- filtre sub presiune cu spălare aer şi apă simultan (Fig.4.16);
- filtre sub presiune cu spălare aer şi apă succesiv (Fig.4.17).
a b Fig.4.15 Filtru sub presiune cu spălare numai cu apă; tipul a – 1 – colectorul
superior; 2 – manloc de vizitare; 3 – strat filtrant; 4 – colector inferior; 5 – ieşire aer; 6 –
intrare apă brută, ieşire apă spălare; 7 – intrare apă de spălare, ieşire apă filtrată; 8 –
golire; 9 – filtru superior; 10 – filtru inferior; tipul b – 1 – corpul filtrului; 2 – material
filtrant; 3 – colector; 4 – intrare apă brută, ieşire apă de spălare; 5 – ieşire apă filtrată,
intrare apă spălare; 6 – ieşire aer; 7 – golire; 8 – strat suport.
96
Fig.4.16 Filtru sub presiune cu spălare aer – apă simultan; 1 – corpul filtrului; 2 –
material filtrant; 3 – placă cu crepine; 4 – “pipă” de alimentare – evacuare; 5 –
intrare apă brută; 6 – ieşire apă filtrată; 7 – intrare apă de spălare; 8 – ieşire apă de
spălare; 9 – intrare aer; 10 – ieşire aer.
Fig.4.17 Filtru sub presiune cu spălare aer – apă succesiv; 1 – intrare apă brută,
ieşire apă de spălare; 2 – intrare apă de spălare, ieşire apă filtrată; 3 – intrare aer, 4 –
golire; 5 – aerisire; 6 – placă cu crepine; 7 – detector de nivel; 8 – material filtrant; 9 –
sistem de repriză a apei de spălare
Din cadrul filtrelor cu nivel liber realizate de Societatea
“Degremont” se prezintă în continuare câteva filtre [13,59]:
Filtrele “AQUAZUR T” (Fig. 4.18) cu următoarele caracteristici:
97
Fig.4.18 Filtru AQUAZUR T; 1 – nisip; 2 – planşeu din beton; 3 – crepine; 4 –
clapet de intrare apă; 5 – conductă de distribuţie a aerului; 6 – conductă de
distribuţie a aerului; 7 – conductă de distribuţie a apei de spălare; 8 – jgheab de
colectare a apei de spălare.
- acoperire cu apă a stratului filtrant în timpul filtrării este de 0,5 m;
- strat filtrant cu o granulometrie uniformă;
- viteză maximă de filtrare: 5 – 10 m/h x m2;
- sistem de drenaj cu crepine din plastic.
Avantaje:
- efectuarea unei spălări rapide, economice şi scurte;
- exploatare simplă.
Filtrele “AQUAZUR V” (Fig.4.19), cu următoarele caracteristici:
Fig.4.19 Filtru “AQUAZUR V”; 1 – nisip; 2 – canal de apă filtrată, aer şi apă
spălare; 3 – vană de evacuare a apei de spălare; 4 – orificiu de acces a apei de baleiaj; 5
– jgheab acces influent; 6 – jgheab evacuare apă de spălare
98
- au sistem de baleiaj care permite evacuarea rapidă a impurităţilor din
apa de spălare;
- viteza de filtrare : 7 – 20 m/h;
- înălţimea stratului de apă deasupra filtrului 1 – 1,2 m;
- grosimea stratului filtrant 0,8 – 1,5 m;
Avantajele acestui tip de filtru:
- acest tip de filtru îmbină în funcţionare toate principiile care
caracterizează o bună filtrare şi o spălare eficace;
- filtrele sunt adaptabile pentru viteze mari de filtrare;
- în spălare debitul de retur a apei filtrate este scăzut, reducând astfel
echipamentele şi consumul de energie şi apă
Filtrele “Mediazur” – dublu flux (Fig.4.20) sunt utilizate după
filtrarea cu strat filtrant de nisip. Ele au ca strat filtrant cărbunele simplu
sau activ. Apa tratată şi filtrată traversează cele două unităţi filtrante, una
în sens ascendent şi una în sens descendent. Spălarea se realizează cu apă
pentru unitatea 1 şi cu apă şi aer pentru unitatea 2. Avantaje:
- existenţa celor două celule permite un contact în contracurent care
favorizează o eficacitate a cărbunelui activ;
- sunt folosite cu rezultate foarte bune în cazul postozonizării, la
trecerea din celula 1 permiţând distrugerea ozonului.
Fig.4.20 Filtru Mediazur; 1 şi 2 – unităţi de filtrare; 3 – incinta filtrului; 4 – crepine;
5 – intrare efluent; 6 – vane de intrare; 7 – ieşirea apei filtrate; 8 – vane de ieşire; 9 –
intrare apă şi aer de spălare pentru unitatea 1; 10 – intrare aer şi apă de spălare pentru
unitatea 2; 11 – jgheaburi de colectare a apei de spălare; 12 – jgheabul central de
evacuare; 13 – dispozitiv de scoatere a cărbunelui activ pentru reactivare; 14 – dispozitiv de alimentare a unităţii filtrante cu cărbune activ.
99
4.3.6 Dezinfectarea
Dezinfectarea apei are ca scop distrugerea germenilor patogeni
din apă, constituind ultima treaptă în tratarea apei.
Metode fizice
Metodele bazate pe agenţi fizici în dezinfectarea apei sunt
fierberea şi folosirea razelor ultraviolete. Razele ultraviolete sunt produse
de lămpi cu vapori de mercur, amplasate în baloane de cuarţ. Aparatele
de dezinfectare cu raze ultraviolete se compun din cilindri etanşi, în care
se amplasează lămpile în tuburi de cuarţ pentru a fi izolate termic de apă.
Spectrul razelor ultraviolete şi efectele lor sunt prezentate în Fig.4.21
[ 9;13], observându-se că maximul se realizează la 260 nm.
Fig.4.21 Spectrul razelor ultraviolete (UV); 1 – domeniul UV; 2 – curbe de absorbţie; 3 – raze X; 4 – formarea UV de ozon bactericide; 5 – UV antirahitice; 6
– lumină vizibilă.
Această metodă este utilizată pentru sisteme cu debite reduse.
Metode chimice
Dezinfectare cu clor Reactivul cel mai utilizat pentru dezinfectarea apei este clorul. El
se păstrează în butelii de 40 l sau recipienţi până la 500 – 800 l şi se
aprovizionează pe o perioadă de 30 de zile în staţiile de tratare. Reacţia
lui cu apa este:
HClOHClO
HClHClOOHCl 22
100
Efectul oxidant al clorului este maxim dacă se află sub formă de
clor liber activ (HClO). În Fig.4.22 se prezintă schema unei instalaţii de
tratare cu clor. Pentru reacţia clorului în apă este necesar să se asigure un
timp de contact de minim 20’.
Introducerea clorului în apă pentru dezinfectare se face astfel:
- clorare simplă – introducerea unor doze mici de clor 0,5 – 1 mg/l;
- dublă clorare – introducerea unor doze de clor în amonte de
decantoare (1 – 1,5 mg/l) şi a unei doze după filtrare (0,3 – 0,5 mg/l)
Fig.4.22 Schema unei instalaţii de tratare cu clor; 1 – cântar; 2 – butelie clor; 3
– robinete; 4 – manometru; 5 – filtru; 6 – ventil de reducere; 7 – robinet de reglaj; 8 –
dispozitiv măsura doza clor; 9 – robinet probe; 10 – ventil de reţinere; 11 – vas de
amestec; 12 – robinet închidere; 13 – filtru reţinere impurităţi; 14 - pulverizator
Dezinfectare cu ozon
Ozonul reprezintă o formă alotropică a oxigenului rezultat prin
asocierea a trei atomi elementari, având formula chimică O3. El ia naştere
în reacţia reversibilă: kcalOO 6923 33 unde se consumă 34,5 kcal
pe mol de O2 fără a adăuga efectul randamentului instalaţiei. Deoarece se
transformă spontan în oxigen ozonul nu poate fi îmbuteliat şi transportat.
Rezultă că el trebuie produs acolo unde urmează a fi utilizat. Datorită
potenţialului mare de oxidare poate fi utilizat astfel:
101
- în eliminarea germenilor patogeni, viruşilor, bacteriilor, fiind cel mai
rapid şi eficient agent de dezinfecţie;
- în eliminarea gustului, a mirosului, a culorii şi a diferiţilor poluanţi
(fenoli, detergenţi, etc.);
- în descompunerea combinaţiilor complexe ale fierului şi manganului.
Cantitatea de ozon necesară se stabileşte în staţii pilot funcţie de
calitatea apei de tratat (0,5 – 5 mg O3/l). Ozonul este de 3000 de ori mai
eficient decât clorul având un efect practic instantaneu asupra
microorganismelor din apă. Instalaţiile de dezinfecţie cu ozon au
principalul dezavantaj că prezintă costuri energetice ridicate.
Metode biologice şi oligodinamice
Metodele biologice de dezinfectare a apei sunt realizate la filtrele
lente prin membrana biologică de la suprafaţa filtrului. Metodele
oligodinamice se bazează pe proprietatea bactericidă a ionilor metalelor
grele (argint, cupru) la o concentraţie redusă (10 – 25 g / l). Aceste
metode se aplică pentru sisteme cu debite mici.
4.4 Procedee de tratare avansată a apei
4.4.1 Deferizare şi demanganizare În apele de suprafaţă se găseşte fier şi mangan în stare oxidată şi
precipitată care poate fi eliminat prin tratări clasice de limpezire.
În apele subterane unde lipseşte oxigenul, Fierul şi Manganul se
prezintă sub forme dizolvate.
În scopul deferizării unei ape este necesar a se cunoaşte
conţinutul atât de fier cât şi diferitele forme sub care acest element se
găseşte în apă.
În ultimii ani s-a introdus deferizarea biologică care realizează o
rapidă oxidare a fierului, catalizată de acţiunea bacteriană.
Timpul scurt pentru oxidare permite precipitarea fierului în
timpul filtrării (integrarea oxidării cu filtrarea), aspect ce nu se poate
realiza la deferizarea fizico-chimică.
102
În cazul demanganizării apei este necesară modificarea
potenţialului de oxidare şi pH-ul apei prin oxidare. Demanganizarea se
poate realiza şi pe cale biologică folosind microorganisme a căror
metabolism depinde de pH-ul apei,procesul biologic fiind asemănător cu
cel al fierului.
4.4.2 Tratare cu cărbune activ Cărbunele activ se foloseşte pentru a elimina micropoluanţii
organici ca: fenoli şi derivaţi aromatici, coloranţi de sinteză solubili,
detergenţi şi pentru a corecta gustul şi mirosul apei.
Cărbunele activ se foloseşte sub formă de cărbune pulbere (CAP)
şi cărbune granule (CAG).
Pentru eliminarea sau reducerea carbonului organic biodegradabil
se foloseşte ozon – filtru cu cărbune activ granular (CAG).
4.4.3 Utilizarea tehnologiei cu membrane În ultimii ani s-a observat pe plan mondial o creştere a interesului
acordat utilizării membranelor în industria apei în scopul realizării
cerinţelor calitative pe care trebuie să le realizeze apa potabilă prin
Directiva 98/83 CE.
La început membranele au fost utilizate pentru desalinizarea apei
de mare. In unele ţări precum SUA, Japonia, Franţa, etc., tehnologia
membranelor are deja aplicaţii practice, urmând a fi introdusă şi în
România.
O membrană se poate defini ca un film subţire dintr-un material
funcţional care separă particulele în funcţie de proprietăţile lor fizice şi
chimice şi acţionează ca o barieră selectivă la transportul substanţei.
Această tratare se poate realiza folosind ca acţiuni presiunea sau
tensiunea electrică.
In cazul membranelor sub presiune avem următoarele tipuri de
tratare:
- microfiltrarea (MF); ultrafiltrarea (UF); nanofiltrarea (NF); osmoza
inversă (OI);
In cazul membranelor acţionate de tensiunea electrică se realizează
următoarele tipuri de tratări:
- electrodializa (ED); electrodializa inversă (EDI);
103
Reglementările OMS, SUA, UE şi România stabilesc concentraţii
maxime zero pentru coliformi totali, coliformi fecali şi e coli. Prin
tratările cu membrane aceste specii sunt reţunute în totalitate. In plus prin
NF şi OI se mai reţin şi o cantitate semnificativă de substanţă organică
care ar cere dezinfectant.
In concluzie, membranele reprezintă una din cele mai bune
opţiuni existente şi de viitor pentru respectarea reglementărilor privind
patogenii.
UF şi MF reţin compuşii sintetici (COS) dacă se combină cu o
tratare cu cărbune activ pulbere (CAG).
Cele mai recente aplicaţii în domeniul apelor potabile privesc
membranele de UF.
Spre deosebire de procesele convenţionale reţinerea este
totală,fără adaos de reactivi şi independent de calitatea sursei.
4.4.4Flotaţia cu aer dizolvat Flotaţia este o operaţie utilizată des în epurarea apelor uzate
(eliminarea uleiurilor şi grăsimilor, a materialelor în suspensie,
concentrarea nămolurilor). În ultimii ani ea a devenit o metodă mult
aplicată şi în tratarea apelor pentru obţinerea apei potabile. Acest
procedeu a fost aplicat prima dată în Suedia în 1960.
Procesul de flotaţie cu aer dizolvat are drept scop eliminarea
materiilor solide şi cuprinde următoarele etape: coagularea, floculare,
flotaţie cu aer dizolvat.
Coagularea şi flocularea se realizează în camere de amestec,
respectiv reacţie.
Procedeul de îndepărtare a impurităţilor prin flotaţie este
asemănător cu intercepţia particulelor solide prin filtrare. Bulele de aer
generate se interceptează cu flocoanele ridicându-se la suprafaţă unde
formează un film subţire care trebuie îndepărtat pe măsură ce creşte.
Câteva din avantajele acestui procedeu:
- nu necesită cheltuieli mari de investiţie, putând fi utilizate bazinele de
sedimentare existente;
- elimină uleiuri, grăsimi,alge,compuşi coloranţi;
- oferă o calitate constantă efluentului;
- sunt necesare cantităţi de apă de spălare mai mici;
104
Dezavantajul principal îl reprezintă consumul de energie necesar
pentru introducerea aerului în sistem.
4.4.5Fluorinare şi defluorinare Fluorul se găseşte în apele naturale şi se datorează,în general,
compoziţiei naturale a solurilor, proceselor industriale sau utilizării
excesive a îngrăşămintelor fosfatice.
În tabelul 4.5 se prezintă o comparaţie a cantităţii de fluor
cuprinsă în normele OMS,SDWA,Directiva 98/83EC,fostul standard
1342/1992 şi Legea privind Calitatea apei Potabile din 2002.
Tabelul 4.5
Parametru
Norme
ghid OMS (1993)
SDWA,
USEPA (1995)
Directiva
98/83/EC
STAS
1342/1991 C.A.-C.M.A.
Legea
Apei Potabile
2002
Fluor (mg/l) 1.5 4 1.5 1.2 1.2
Prezenţa în cantităţi mari conduce la apariţia bolii fluoroză, a
malformaţiilor dinţilor, decalcifierea oaselor, tulburări digestive,etc. iar
în cantităţi mici este benefică prevenind apariţia cariilor dentare.
In cazul în care apele nu conţin fluor se practică fluorinarea
acestora. Aceasta implică introducerea fluorului până la limita admisă cu
ajutorul unor instalaţii de dozare automatizate şi a unui control foarte
riguros al dozării [45].
În cazul eliminării excesului de fluor (Defluorinarea) se pot
utiliza următoarele metode:
1.Adsorbţia; este folosită pentru eliminarea fluorului din apă în
concentraţii mici prin folosirea cărbunelui activ,a aluminei activate, a
răşinilor schimbătoare de ioni, a bauxitei, etc.;
2.Coagularea şi co-precipitarea urmate de sedimentare;
coagulanţii folosiţi sunt sulfatul de aluminiu, carbonatul de calciu şi
magneziu, hidroxidul de calciu,iar ca agent de co-precipitare fosfatul de
calciu;
3.Filtrarea apei pe straturi speciale formate din amestecuri de
fosfat tricalcic si hidroxil – apatită;
4.Osmoză inversă sau procedee electro-chimice reprezintă metode
folosite limitat deoarece necesită costuri mari.
105
4.5 Staţii de tratare
4.5.1 Alcătuirea şi exploatarea staţiilor de tratare Staţia de tratare a apei reprezintă totalitatea construcţiilor şi
instalaţiilor cu ajutorul cărora se realizează îmbunătăţirea calităţii apei de
la sursă prin procese tehnologice specifice.
Apele de suprafaţă din uniunea europeană sunt reglementate din
punct de vedere calitativ prin Directiva 75/440/EEC privind calitatea
apelor de suprafată destinate prelevării de apă potabilă defineste:
- 3 categorii de ape de suprafată (A1, A2, A3) pentru prelevare în
vederea potabilizării functie de calitătile lor fizice, chimice si
microbiologice;
- modul de tratare a acestora pentru fiecare categorie:
- A1 necesită tratare fizică simplă si dezinfectie,
- A2 tratare normală fizică, chimică si dezinfrctie iar
- A3 tratare fizică, chimică avansată, percolare si dezinfectie.
Apele de suprafată inferioare categoriei A3 vor fi utilizate în
scopuri potabile numai în situatii extreme.
Statele membre trebuie să identifice si desemneze aceste resurse
de apă si să ia toate măsurile pentru a se încadra în limitele propuse în
Directivă prin:
- asigurarea tratării corespunzătoare a apei de suprafată
captată în scopul alimentării cu apă potabilă;
- îmbunătătirea calitătii apelor de suprafată destinate captării
pentru producerea de apă potabilă.
Prevederile Directivei 75/440/EEC si ale Directivei 79/969/EEC
vor fi înlocuite de Directiva cadru 2000/60 in decembrie 2007.
Directiva 75/440/EEC , Directiva 79/869/EEC si Directiva
77/795/EEC (privind procedura comuna pentru schimbul de informatii
asupra calitatii apelor dulci de suprafata) au fost transpuse in legislatia
romaneasca prin HG 100/2002 care cuprinde :
- Norme de calitate pe care trebuie sa le indeplineasca apele de
suprafata utilizate pentru potabilizarea – NTPA 013;
- Norme privind metodele de masurare si frecventa de prelevare si
analiza a probelor din apele de suprafata destinate producerii de apa
potabila – NTPA 014 - NTPA 014;
106
- Anexa 1a - NTPA 013 – definerea tehnologiilor standard de tratare
pentru transformarea apei de suprafata de categoria A1, A2 si A3 in
apa potabila;
- Anexa 1b – NTPA-013 caracterizarea apelor de suprafata utilizate la
obtinerea apei potabile;
- Anexa 2a - NTPA 014 - Metode de rereferinta;
- Anexa 2b - NTPA 014 – Frecventa minima anuala de prelevare si
analiza.
Folosind procesele descrise se pot alcătui următoarele scheme
tehnologice de bază pentru corectarea calităţii apei [6]:
1. Dezinfectare (în cazul apelor subterane);
2. Filtrare ,dezinfectare;
3. Coagulare, filtrare, dezinfectare;
4. Oxidare, filtrare, dezinfectare;
5. Coagulare, floculare, decantare, filtrare, dezinfectare;
6. Oxidare, coagulare, floculare, decantare, filtrare, dezinfectare;
7. Oxidare, coagulare,floculare, carbune activ praf (CAP),
decantare, filtrare, dezinfectare;
8. Oxidare, coagulare, floculare, decantare, filtrare, cărbune
activ granulat (CAG), dezinfectare;
9. Coagulare, floculare , decantare, filtrare, oxidare
(postozonizare), cărbune activ granulat, dezinfectare;
10. oxidare(preozonizare), coagulare, floculare, cărbune activ
praf, decantare, interozonizare, filtrare, oxidare
(postozonitare), cărbune activ granulat, dezinfectare; În cazul
unei ape puternic poluată;
În cazul eliminării unor substanţe deosebite se vor adăuga
componentele necesare.
În general stabilirea schemei de tratare se face pe baza unui studiu
economic ce ţine cont ca suprafeţele ocupate să fie minime şi cu
posibilităţi de extindere iar fluxul tehnologic să fie gravitaţional pe cât
posibil pentru a se obţine economii energetice.
Amplasarea unei staţii de tratare se poate face în apropierea
captării, lângă rezervoarele de compensare sau într-o secţiune aleasă
corespunzător între captare şi rezervor.
107
Alături de construcţiile şi instalaţiile principale se adaugă şi dotări
anexe, fiind respectată zona de protecţie sanitară prin împrejmuirea
staţiei.
Eficienţa unei staţii de tratare depinde de o exploatarea
corespunzătoare care se realizează prin:
- asigurarea unei funcţionări corespunzătoare;
- adaptarea parametrilor de funcţionare la variaţia în timp a calităţii
apei naturale;
- controlul permanent al calităţii apei naturale şi al celei rezultate după
fiecare treaptă din procesul de tratare;
- luarea măsurilor necesare pe timpul iernii;
- respectarea măsurilor de protecţia muncii şi de igienă;
Aceste probleme sunt prezentate pe larg în „Cartea operatorului din
staţii de tratare şi epurare a apelor”, de Rojanschi,etc., Ed. Tehnica,
Bucureşti,1989.
În Fig.4.23 se prezintă schema în plan şi profilul tehnologic
pentru o staţie de tratare.
4.5.2 Retehnologizarea staţiilor de tratare În prezent, staţiile de tratare din ţara noastră nu pot asigura
permanent parametrii de calitate impuşi de Legea Nr.458/2002 privind
Calitatea Apei Potabile. Astfel se impune retehnologizarea acestor
sisteme şi conformarea la Directiva CE 98/83 pentru a se asigura
corectitudinea proceselor existente.
Principalele direcţii în care s-a acţionat pentru
retehnologizarea staţiilor de tratare sunt :
- folosirea pre-oxidării; Conform Legii nr.458 din 2002 se prevede
folosirea preclorării;
- dezinfecţia,având ca ţintă îndepărtarea totală a viruşilor,bacteriilor şi
microorganismelor;introducerea sistemului multi-barieră care
presupune trepte de oxidare şi dezinfecţie multiple pe parcursul
schemei de tratare
- introducerea coagulării avansate; Fără o optimizare a proceselor de
coagulare-floculare nu se pot obţine rezultate favorabile în limpezirea
apei;
108
109
- stabilirea unui sistem de criterii care sa permită alegerea reactivilor
optimi pentru calitatea unei ape impusă
- schimbarea decantoarelor clasice în decantoare lamelare;
- îmbunătăţirea filtrării
- adăugarea unor noi trepte de tratare în funcţie de fiecare situaţie
- folosirea unor tehnologii noi de tratare în vederea potabilizării, ca de
exemplu ultrafiltrarea;
- transformarea tratărilor fizico-chimice în tratări biologice;
- dozarea automată a reactivilor
- inactivarea viruşilor,bacteriilor şi micro-poluanţilor în trepte
succesive cu reactivi oxidanţi eficienţi
- afinarea apei,constituită din oxidare cu ozon a apei limpezite urmată
de adsorbţie pe CAG;
- corecţia on-line a pH-ului cu apă de var sau sodă pentru asigurarea
acţiunii neutre asupra materialelor;
Capacitatea numeroaselor instalaţii din ţările dezvoltate reflectă
progresele tehnologice făcute în scopul producerii unei ape biostabile
care se caracterizează prin lipsa de turbiditate, carbon organic total
sub 2.5 mg C/dm şi caracteristici biologice şi bacteriologice perfecte.
Retehnologizarea Staţiilor de tratare se realizează pentru:
1. Îmbunătăţirea calităţii apei;
2. Creşterea capacităţii staţiei de tratare existentă
3. Îmbunătăţiri ale staţiei: realizarea diverselor automatizări,
instalarea unor debitmetre performante,realizarea unui sistem
de supervizare computerizat (SCADA),etc.;
În tabelul 4.6 se prezintă cauzele care produc o funcţionare
defectuoasă a unei staţii de tratare [Gaid şi Sibony,1999;6;70].
Tabelul 4.6 Elementul tratării Cauze potenţiale pentru funcţionare defectuoasă
Reactivi chimici Alegerea reactivului
Alegerea dozei şi pH
Întreţinerea fluxului de alimentare
Pompe dozatoare-echipament diferit
Coagulare Tipul de agitare
Numărul de mixere
Viteza de agitare
Timpul de contact
Controlul adăugării coagulantului
110
Floculare Timpul de contact Viteza de agitare
Numărul de trepte
Controlul introducerii floculantului
Decantare Încărcare de suprafaţa
Cantitatea şi viteza de acumulare a nămolului
Reţinerea nămolului
Proiectarea intrării şi ieşirii
Filtrare Viteza de filtrare
Lungimea ciclului de filtrare
Parametrii hidraulici
Condiţiile de spălare
Echipamentul de spălare inversă
Dezinfectare Alegerea reactivului
Alegerea dozei şi pH
Întreţinerea echipamentelor
În urma analizei stării constructive şi funcţionale a staţiei de
tratare se elaborează un diagnostic care va sta la baza alegerii
tehnologiilor necesare retehnologizarii .
Fiecare situaţie este specifică necesitând un studiu atent în
vederea alegerii unei soluţii de retehnologizare optime.
Conform „Ghidului de conformare a uzinelor de apă din România
la prevederile Legii nr.458/2002 privind calitatea apei potabile”[79]
principiile care stau la baza propunerii de conformare a staţiilor de tratare
sunt:
1. Stabilirea schemei de reabilitare se face în funcţie de:
- calitatea sursei;
- condiţiile existente;
- siguranţa şi flexibilitatea proceselor
-costurile de investiţie,consumurile energetice şi capacitatea
operatorului de a asigura procese performante;
-efectele asupra mediului
2.Ipoteze de bază. Dezvoltarea staţiilor de tratare a apei este
necesară în următoarele situaţii:
- în cazul degradării calităţii sursei;
- în cazul creşterii exigenţelor de calitate ai apei potabile datorită
sensibilizării consumatorului în direcţia protecţiei sănătăţii;
Alegerea unei scheme tehnologice trebuie să aibă la bază:
111
- studii asupra sursei (biologice,bacteriologice,hidrochimice) pe o
perioadă de 1 an;
-simulări privind comportarea apei produse în ansamblul
sistemului de distribuţie;
- simularea proceselor tehnologice propuse şi încercări
experimentale pe staţii pilot;
- prognoza variaţiei calităţii apei sursei pentru o perioadă de 10-
15 ani ;
În vederea asigurării unei siguranţe a calităţii apei produse se
impune:
-asigurarea biostabilităţii apei prin prevederea controlului strict al
pH-ului de coagulare-floculare şi afinarea în avalul filierei de tratare;
- o analiză aprofundată a reactivilor de coagulare – floculare
- în cazul poluărilor accidentale ale sursei se impun sisteme de
oxidare si adsorbţie pentru evitarea scoaterii din funcţiune a staţiilor;
3.Identificarea schemei de reabilitare
În vederea clasificării metodelor de reabilitare a staţiilor de tratare
se fac următoarele generalizari:
• Tipuri de surse:
- surse subterane;
- surse de suprafaţă tip lac;
- surse de suprafaţă tip râu;
• Încărcarea cu impurificatori:
- surse slab încărcate;
- surse cu încărcare medie;
- surse foarte încărcate;
• Mărimea debitului:
- debite mici (0 – 100 dm3/s);
- debite medii (100 – 1000 dm3/s);
- debite mari (>1000 dm3/s);
În continuare se prezintă schema de identificare a tipului de sursă
şi a schemei de reabilitare a staţiei de tratare:
Identificare tip sursă de apă brută • sursă subterană
• sursă apă de lac
• sursă apa de râu
Încadrarea în domeniul de debite • debite mici
• debite medii
112
• debite mari
Stabilirea tipurilor preponderente de poluanţi • natură minerală
• natură organică
Încadrarea sursei în domeniul de calitate • slab încărcată
• încărcare medie
• foarte încărcată
Identificare tehnologie existentă în staţia de tratare
Identificare parametri de calitate care nu sunt conformi
Stabilire schema reabilitată staţie de tratare apă
În tabelul următor se prezintă procesele recomandate pentru
diferite tipuri de sursă şi încărcări [80]: Tabelul 4.7 Măsuri de reabilitare Sursă subterană Sursă din lac Sursă din râu
S M I S M I S M I
Reabilitarea sistemului de
aerare,inclusiv aeratoarele
x
Pre-oxidare cu ozon x X
Pre-oxidare cu dioxid de clor x x x x x
Prevenirea poluărilor
accidentale (cărbune activ
pudră)
x x x x x x x
Trepte de coagulare floculare x x x x x x x
Coagulare avansată x x
Reabilitarea staţiei de reactivi x x x x x x
Reabilitarea decantoarelor o o o o o o
Decantoare moderne x x x x x x x
Flotaţie cu aer dizolvat o o o o
Reabilitarea filtrelor rapide x x x x x x x x x
Pompare intermediară x x x x
Post-oxidare cu ozon x x x x
Adsorbţie pe cărbune activ
granular
x x x x
Corecţie pH x x x x x x
Reabilitarea dezinfecţiei
finale
x x x x x x x x x
Alte lucrări x x x x x x x x x
Filtrare pe membrane os os os os os
Notă: S-surse de apă cu încărcări scăzute; M- sursă de apă cu încărcări medii; I- sursă de
apă cu încărcări mari; o – opţiuni de reabilitare; os – opţiuni de reabilitare,doar pentru
debite scăzute
113
În concluzie, în vederea realizării retehnologizării staţiilor de
tratare se evidenţiază:
1. necesitatea pre-oxidării (cu dioxid de clor sau ozon) pentru:
-asigurarea împotriva contaminării biologice ;
- introducerea cărbunelui activ pudră la poluări accidentale cu
ajutorul reactorului de pre-oxidare;
- în funcţie de evoluţia calităţii sursei procesele de pre-oxidare pot
funcţiona sezonier;
-alegerea oxidantului şi stabilirea dozelor în funcţie de matricea
chimică a apei;
2. procesele de coagulare – floculare sunt considerate
independente în fluxul tehnologic; studiile efectuate au demonstrat
necesitatea automatizării acestui proces pentru asigurarea unei
flexibilităţi permanente la caracteristicile de calitate ale sursei şi
obţinerea unei eficienţe bune;
3.Procesele de limpezire (ansamblul decantoare –filtre) trebuie
să asigure eficienţe superioare la costuri de investiţie şi operare minime.
În acest scop sunt necesare:
- folosirea decantoarelor lamelare cu sisteme de concentrare a
nămolului;
-folosirea filtrelor de nisip cuarţos,monogranular
-asigurarea unor spălări eficiente a materialului filtrant
4.Procesele de afinare, reprezentate de ansamblul post-oxidare
cu ozon şi adsorbţie pe cărbune activ granular, sunt necesare pentru
asigurarea unei reţineri biologice totale,reducerea carbonului organic
total şi creşterea eficienţei în reţinerea micro-poluanţilor. În mod curent
se adoptă tratarea parţială cu acest procedeu, astfel încât amestecul apei
neafinate cu cea tratată prin afinare să asigure respectarea condiţiilor
pentru micro-poluanţii luaţi în considerare.
5. Corecţia pH;Se impune necesitatea procesului de echilibrare a
pH-ului în avalul filierei tehnologice pentru asigurarea efectului neutru
asupra materialelor. Echilibrarea pH-ului se realizează cu apă de var.
Studiile arată că 8-12 mg/l CaO conduc la o apă stabilă din punct de
vedere chimic.
6.Dezinfecţia reprezintă ultima etapă în vederea eliminării
riscului asupra calităţii apei potabile. Elementul de bază îl constituie
realizarea cantităţii de dezinfectant rezidual de 0.25-0.3 mg Cl2/l.
114
Capitolul 5
Retehnologizarea sistemelor
de distribuţie a apei
5.1 Conductele reţelei de distribuţie. Tipuri de reţele În cadrul unui sistem centralizat de alimentare cu apă reţeaua de
distribuţie reprezintă ultimul obiect, ca poziţie, precum şi partea cea mai
costisitoare a sistemului. Se impune astfel analiza ei atât din punctul de
vedere al proiectării cât şi al execuţiei şi exploatării. Reţeaua de
distribuţie a apei este formată din totalitatea conductelor, armăturilor,
aparatelor de măsurat şi control şi a construcţiilor anexă prin care apa
este transportată în interiorul localităţilor şi distribuită la consumatori.
Schema unei reţele de distribuţie depinde de o serie de factori ca [43]:
-natura terenului localităţii, relieful terenului, reţeaua stradală a
localităţii, amplasarea consumatorilor importanţi, prezenţa celorlalte
reţele subterane, sistematizarea actuală şi de perspectivă a localităţii.
Tipuri de reţele[64 ]:
După graful reţelei:
-reţea ramificată, caracteristice localităţilor ce se dezvoltă în lungul
unei artere importante de circulaţie; fiecare nod este alimentat de o
singură conductă, reţeaua având dezavantajul unei siguranţe reduse în
exploatare;
-reţea inelară, caracteristică localităţilor mari şi incintelor industriale;
fiecare nod este alimentat cel puţin din două sensuri, prezentând astfel o
siguranţă sporită în exploatare, o comportare mai bună în caz de incendiu
(debitul putând fi asigurat prin toată reţeaua, nu numai pe un circuit ca la
reţeaua ramificată), precum şi preluarea în condiţii mai bune a loviturilor
de berbec ce apar, în special la sistemele de pompare în reţea;
-reţea plană;
-reţea spaţială;
După schema tehnologică de alimentare a reţelei:
115
-reţea alimentată gravitaţional, prin rezervor de trecere alimentat
gravitaţional;
-reţea alimentată gravitaţional prin rezervor de trecere alimentat prin
pompare;
-reţea alimentată prin pompare totală, directă (R-SP-reţea) sau
indirectă (R-SP-CA-reţea);
-reţea alimentată prin pompare şi contrarezervor ;
După presiunea asigurată în reţea în timpul incendiului:
-reţea de joasă presiune;
-reţea de înaltă presiune;
După valoarea presiunii maxime în localitatea respectivă:
-reţea unică alimentată din acelaşi rezervor, unde presiunea nu
depăşeşte 60 mCA;
-reţea cu zone de presiune, presiunea maximă de 60 mCA fiind
asigurată în fiecare zonă.
Pentru realizarea unei funcţionări bune, conductele reţelei se împart
în :
-conducte principale sau artere care asigură transportul apei în zona
de distribuţie;
-conducte de serviciu care primesc apa de la conductele principale şi
o distribuie către consumatori.
Pe reţele se prevăd următoarele armături: vane de linie, de ramificaţie
şi de golire, hidranţi, apometre.
Construcţiile accesorii pentru reţelele de distribuţie sunt: cămine de
vizitare pentru vane, apometre, etc.; masive pentru ancorare, traversări pe
sub căi ferate, drumuri, cursuri de apă, etc.
În Fig.5.1 s-a reprezentat în plan reţeaua inelară de la care se
alimentează o hală industrială. Pentru simplificare nu s-au figurat reţele
de alimentare cu apă ale celorlalte clădiri. De la o SP (care nu apare pe
desen), conducta trece spre căminul de vizitare CV1, punctele a, b, c şi d,
căminul CV2. Pe traseu sunt montaţi trei hidranţi de incendiu: H1 – H3.
Pentru stropirea spaţiilor verzi între punctele a – b s-a prevăzut un hidrant
de grădină Hg. Hala 1, nou proiectată se racordează la reţeaua de
alimentare cu apă. În căminele CV1 şi CV2 se află vanele care permit
închiderea conductei în cazul apariţiei unor defecţiuni, precum şi robinete
de golire a reţelei. Apa rezultată din golirea reţelei se evacuează din CV1
la canalizarea pluvială iar din CV2 la canalizarea menajeră .
116
Pentru execuţia reţelei este necesară şi reprezentarea profilului
longitudinal al reţelei de alimentare cu apă (Fig.5.2).
5.2 Prescripţii de proiectare Conform SR 4163 –1 [64] proiectarea reţelelor de distribuţie trebuie
să respecte următoarele prescripţii generale:
Reţelele de distribuţie a apei trebuie să asigure exigenţele de
performanţă în construcţii, precizate în STAS 12400-1-2, privind:
- stabilitatea şi rezistenţa la solicitări statice şi dinamice:
- siguranţa de utilizare
- etanşeitate
- siguranţa la foc
- exigenţa igienică
- izolaţia exterioară termică şi anticorozivă
Reţelele de distribuţie a apei se consideră construcţii de importanţă
deosebită, conform Stas 4273.
Reţelele de distribuţie a apei potabile trebuie să asigure pe toată
durata exploatării, toate condiţiile privind calitatea apei potabile conform
STAS 1342. Se interzice orice legătură între reţelele de distribuţie a apei
potabile şi cele de distribuţie a apei nepotabile.
Reţelele de distribuţie a apei potabile trebuie să asigure pe toată
durata exploatării distribuţia apei la debitele şi presiunile pentru care au
fost proiectate.
Pentru siguranţa în exploatare trebuie să se ţină seama de următorii
factori:
- agresivitatea solului şi, după caz, a apei subterane faţă de materialul
conductelor
- coroziunea interioară
- acţiuni distructive asupra echipamentelor mecanice, utilajelor,
mijloacelor de transport,etc.
- condiţii climatice
- alte condiţii deosebite
Reţelele de distribuţie a apei trebuie astfel proiectate şi realizate astfel
încât să asigure posibilitatea spălării şi igienizării periodice a tuturor
tronsoanelor.
117
118
119
Traseul reţelei de distribuţie
Stabilirea traseelor se face luând în considerare:
- documentaţia de urbanism şi/sau amenajarea teritoriului aprobată
conform reglementărilor în vigoare care cuprind: trama stradală,
diferite zone de consum, utilizatorii mai importanţi, etc.
- planurile topografice cu indicarea curbelor de nivel
- planul coordonator al celorlalte reţele orăşeneşti existente
- studiul geotehnic cu indicarea condiţiilor de fundare, existenţa şi
caracteristicile apei subterane
Traseul reţelei de distribuţie se stabileşte pe criterii tehnice şi
economice avându-se în vedere în principal:
- folosirea optimă a configuraţiei terenului pentru asigurarea presiunii
minime necesare unei funcţionări normale pentru consumatorul cel
mai îndepărtat şi cel mai defavorabil
- realizarea unor conducte de lungime minimă
- evitarea, pe cât posibil, a zonelor cu trafic intens
- evitarea, pe cât posibil, a terenurilor cu capacitate portantă redusă, cu
apă subterană agresivă, a terenurilor cu substanţe toxice ce pot
contamina apa potabilă
Pentru traseele propuse este necesar obţinerea acordurilor şi avizelor
autorităţilor locale implicate.
Ansamblul reţelei de distribuţie a apei
La proiectarea reţelelor de distribuţie trebuie avută în vedere
încadrarea acestora în ansamblul sistemelor de alimentare cu apă a
localităţii.
Reţelele inelare oferă avantajul unei siguranţe maxime în
continuitatea alimentării cu apă prin alimentarea fiecărui punct din două
părţi şi de aceea sunt recomandate . Reţelele ramificate pot fi folosite în
centrele populate cu mai puţin de 20000 de locuitori şi numai în cazul în
care nu se poate realiza o reţea inelară. Pentru alimentarea cu apă a
clădirilor de locuit sau a unităţilor economice se admit ramificaţii de
maximum 500 m lungime. Această prevedere nu se aplică obiectivelor de
însemnătate deosebită în cazul în care au gospodărie proprie.
Conductele reţelelor ramificate în care apa poate stagna trebuie
realizate cu posibilitatea spălării periodice.
Presiunea minimă admisă într-o reţea de distribuţie este de 0,7bar (7
mCA), iar presiunea maximă este de 6 bar (60mCA).
120
În cazuri excepţionale se admit presiuni mai mari cu folosirea
materialelor – conducte şi armături corespunzătoare acestei presiuni.
În cazul în care, datorită configuraţiei terenului în reţeaua de
distribuţie nu se poate asigura limitarea presiunii de 6 bar, aceasta se va
împărţi în zone de distribuţie, separate între ele, funcţionând ca reţele
independente. Legarea între ele a reţelelor nu este recomandată decât
pentru porţiuni restrânse, prin intermediul regulatoarelor de presiune care
să limiteze presiunea la maximum 6 bar.
Conductele reţelelor exterioare de distribuţie se montează, de regulă,
subteran, conform reglementărilor tehnice în vigoare.
În situaţia în care este posibil reţelele se pot monta în galerii edilitare
comune cu alte reţele, respectând reglementările tehnice în vigoare.
Artere şi conducte de serviciu
Racordurile de apă se realizează, de regulă, prin branşare la
conductele de serviciu. Fac excepţie cazurile în care:
- diametrul racordului este superior celui al conductei de serviciu din
zonă;
- numărul mic de branşamente din zonă nu justifică existenţa unei
conducte de serviciu;
- diametrul arterei este mai mic de 300mm (400 mm în cazul
Municipiului Bucureşti;
- se recomandă consumatori importanţi, cu reţea de hidranţi de
incendiu, consumatori ce impun un grad sporit de siguranţă în
funcţionare; în toate aceste cazuri, branşarea se face la artera din
zonă.
Distanţa dintre două puncte de legătură dintre conductele principale şi
cele de serviciu este, de regulă, de 150m…300m.
Diametrul minim al conductelor aferente reţelelor de distribuţie a apei
potabile şi de incendiu este de 100mm.
Prescripţii privind calculul, materialele şi armături, aparate şi
construcţiile anexă sunt prezentate în capitolele următoare.
5.3. Calculul reţelelor de conducte exterioare
5.3.1 Calculul reţelelor de conducte ramificate O reţea ramificatã reprezintă un sistem sub presiune, format din
T tronsoane şi M = T +1 noduri sub formă de graf (arbore).
Caracteristicile geometrice sunt:
121
lungimea tronsoanelor, forma generalã în plan, cotele geodezice
în noduri.
Caracteristicile hidraulice sunt debitele tronsoanelor, diametrul,
cotele piezometrice şi presiunile disponibile în noduri.
Fig.5.3
Pentru dimensionarea reţelelor ramificate avem metode manuale
şi metode automate de calcul.
Pentru o reţea cu un singur grad de ramificare (o conductã
principală şi ramificaţii) avem o problemã matematicã determinatã. În
fiecare nod se respectă condiţia de continuitate a debitelor
n
iiQ
1
0 .
Se determinã debitele de calcul din aproape în aproape pornind de la
extremităţile aval ale arterelor şi sumând debitele concentrate către
rezervor. Apoi se aleg diametrele conductelor (standardizate), pe baza
debitului de calcul şi a vitezelor economice (0,5 - 2,5 m/s). Se determinã
apoi panta piezometrică şi pierderile de sarcinã pe fiecare tronson. Se
stabilesc cotele piezometrice pornind de la nodul cel mai dezavantajat la
care se asigură presiunea necesarã. Se calculează cotele piezometrice în
celelalte noduri parcurgând tronsoanele în sens invers curgerii şi reţinând
pentru fiecare nod valoarea maximă dintre valorile cotelor piezometrice
pe diferite trasee. Diferenţa dintre cota piezometrică şi cota geodezică
indică presiunea disponibilă în nodul respectiv. Se fac verificări şi se
determinã cotele de la rezervoare. Se întocmesc profiluri în lung cu linii
122
de sarcină. Linia piezometrică a unei artere trebuie să reprezinte o linie
poligonalã care să se apropie de o curbă cu concavitatea în sus. În cazul
reţelelor ramificate funcţionând prin pompare cota piezometrică obţinutã
în punctul incipient al reţelei (la SP) nu trebuie să depăşească presiunea
maximă admisă în reţea de 60 mCA.
5.3.3.2 Calculul reţelelor de conducte inelare O reţea reprezintă un sistem sub presiune format din N noduri, M
inele şi T tronsoane între care să existe următoarea relaţie (relaţia lui
Euler referitoare la poliedre):
1NMT (5.1)
O astfel de reţea are fiecare nod alimentat cel puţin pe două trasee
ceea ce duce la o fiabilitate ridicatã faţă de reţelele ramificate (Fig.5.4).
Fig.5.4
Pentru calculul unei reţele de conducte inelare trebuie satisfăcute
următoarele condiţii:
123
1) Continuitatea debitului în noduri:
NjCQf jijj ,...,2,0 (5.2)
unde: ijQ - debitul tronsonului ij cu semnul (+) pentru debitele
care intră şi cu semnul (-) pentru debitele care ies.
Pentru nodul de alimentare ecuaţia de bilanţ a debitelor devine o
identitate deoarece suma tuturor consumatorilor este cunoscută şi egală
cu debitul de alimentare.
2) Continuitatea energiei:
0)(2
ijijijijijijm QQMQMhf (5.3)
unde: ijh - pierderea de sarcină a tronsonului ij; ijM modulul de
rezistenţă al tronsonului: )/(0826,0 52
5ms
D
LM ij ;
ijQ - debitul tronsonului;
Pierderea de sarcină este (+) dacă sensul de parcurgere al inelului
coincide cu cel al debitului de pe tronson (+) şi (-) în sens contrar.
Sistemul de ecuaţii obţinut este un sistem de ecuaţii neliniare care
poate avea următoarele dimensiuni:
- numărul inelelor M - sistemul ecuaţiilor de inel;
- numărul nodurilor N - sistemul ecuaţiilor de nod;
- numărul tronsoanelor T - sistemul ecuaţiilor de tronson.
În cazul ecuaţiilor de inel se cunoaşte o repartiţie iniţială a
debitelor iar diametrul ales va trebui să satisfacă relaţia de continuitate a
energiei. Pentru aceasta se corectează succesiv debitele inelelor până la
îndeplinirea condiţiei (5.3).
Sistemul de ecuaţii fiind neliniar el poate fi rezolvat prin metode
de aproximare cum ar fi procedeul Lobacev - Cross sau procedeul
Newton - Raphson.
În continuare se prezintă reţeaua inelarã din Fig. 5.4 unde este
marcată circulaţia apei cu valorile ijQ ce satisfac condiţia de continuitate
a debitelor, dar nu satisfac condiţia de continuitate a energiei
.0hfm
Avem următoarele ecuaţii:
124
IV
III
II
I
hQMQMQMQM
hQMQMQMQM
hQMQMQMQM
hQMQMQMQM
28989
25858
26969
25656
27878
21717
25858
21515
25656
23535
24646
23434
23535
21515
22323
21212
Pentru a corecta aceste ecuaţii pe fiecare inel vom introduce
debite de corecţie IVIiQi ,...,, , în sensul acelor de ceasornic.
Tronsoanele comune mai multor inele se corectează algebric cu debitele
de corecţie a inelelor respective. Efectuându-se operaţiile algebrice şi
neglijând termenii ce cuprind kjj QQQ ;2
obţinem debitele de
corecţie pentru fiecare inel: i
ijijii QMhQ 2 (5.4)
Noile debite se obţin prin adunarea algebricã la debitele
tronsoanelor a debitelor de corecţie.
5.4. Calculul hidraulic automat pentru reţelele de
conducte
5.4.1 Topologia reţelelor de distribuţie.
Ramura matematicii care se ocupă cu studiul invarianţei unor proprietăţi
ale figurilor geometrice poartă numele de topologie. Valoarea măsurată
nu are nici un rol punându-se în evidenţă numai aspecte structurale. De
exemplu, figurile geometrice prezentate în Fig.5.5.a sunt echivalente din
punct de vedere topologic deoarece au acelaşi număr de arce şi noduri iar
legăturile dintre acestea se realizează în acelaşi mod. Fig.5.5
125
Prin graf se înţelege cuplul sau perechea G (X, ) în care X este o
mulţime numărabilă X = { x1, x2, . . . . . , xn }, iar este o aplicaţie a
mulţimii X în ea însăşi.
Pentru reprezentarea grafului se fac următoarele precizări:
- fiecărui element xi X îi corespunde un punct în plan denumit vârf
sau nod;
- având două elemente xi, xj X şi xj (xi), reprezentarea în plan se
realizează printr-o linie continuă între xi şi xj, orientată de la xi la xj şi
care se numeşte arc. Pentru exemplificare se consideră graful definit
(Fig.6.14b) prin mulţimea X = { x1, x2, x3, x4, x5} şi aplicaţiile:
(x1) = { x2, x5}; (x2) = { x3, x4 }; (x3) = { x4, x5}; (x4)=0;
(x5) = { x4, x5}.
La aplicarea teoriei grafurilor în studiul reţelelor de alimentare cu apă
sunt utilizate următoarele noţiuni:
- Tronson – mulţimea arcelor asociate la o pereche de noduri;
- Nod – punctul de întâlnire a două sau mai multe tronsoane sau
extremitatea unui tronson;
- Cale – un şir de arce între două noduri distincte astfel încât
extremitatea finală a unui arc să se suprapună cu extremitatea iniţială
a arcului următor. De exemplu, şirul arcelor L12, L23, L34 formează o
cale (Fig.5.6.a);
- Ciclu – reprezintă o cale a cărei extremitate finală corespunde cu
extremitatea iniţială şi arcele se parcurg o singură dată. De exemplu,
şirul arcelor L23, L35, L25 formează un inel (Fig.5.6.a);
- Arbore – este un subgraf care nu formează cicluri. Dacă arborele
conţine toate nodurile, atunci el se numeşte arbore complet. Într-un
graf se pot forma un număr finit de arbori compleţi (Fig.5.6.b);
- Coarbore – este subgraful complementar arborelui complet al unui
graf (Fig.5.6.b); Fig.5.6a b
126
Tronsoanele grafului care aparţin arborelui se numesc tronsoane
arbore şi sunt în număr de Ta = N – 1 ( Nr. noduri = N). Tronsoanele
coarborelui se numesc tronsoane coardă şi sunt în număr de Tc = T – N +
1, unde T – numărul total de tronsoane din graf (T = Ta + Tc).
Numerotarea şi orientarea grafurilor este o operaţie arbitrară, dar
odată adoptată o convenţie ea trebuie păstrată pe tot parcursul calculului.
De regula, se adoptă următoarele convenţii:
- se numerotează nodurile de-a lungul arborelui în ordine crescătoare
(0, 1, . . . ,k);
- dacă se lucrează cu variabile reduse, nodurile cu SP şi R se
numerotează la sfârşit pentru a putea fi eliminate legăturile fixate;
- se numerotează tronsoanele arborelui (1, 2, . . . . , Ta);
- se numerotează tronsoanele coarborelui (Ta+1, Ta+2, . . . , Tc);
- laturile se orientează de la nodul cu număr de ordine mai mic, la
nodul cu număr de ordine mai mare (Fig.5.6.b).
MATRICE DE INCIDENŢĂ
Geometria unui graf poate fi transpusă într-o expresie analitică cu
ajutorul unor matrice de incidenţă. Noţiunea de incidenţă are, în teoria
grafurilor, următoarea semnificaţie:
- un tronson este incident la un nod atunci când nodul reprezintă o
extremitate a tronsonului;
- un tronson este incident la un ciclu atunci când tronsonul face parte
din ciclu.
Matricea de incidenţă nod – tronson [A] exprimă incidenţa dintre
mulţimea tronsoanelor şi mulţimea nodurilor dintr-un graf. Pentru un graf
neorientat, incidenţa se exprimă cu ajutorul perechii de numere binare 0
şi 1, numărul 1 indicând incidenţa, iar 0 neincidenţa laturii cu nodul
considerat.
127
În cazul grafurilor orientate, pentru a putea reţine şi sensul laturii, în
matricea de incidenţă se va ataşa, în mod corespunzător semnul plus sau
minus numărului 1 din perechea binară 0,1. Astfel, +1 va indica incidenţa
unui tronson cu un nod prin vârful iniţial, iar –1 va indica incidenţa
laturii prin vârful său final. Conform convenţiei arătate elementele
matricii [A] pot avea valori sau 0, astfel:
+1, când latura este incidentă nodului şi sensul laturii este de
plecare din nod;
-1, când latura este incidentă nodului şi sensul laturii este de
intrare în nod;
0, când latura nu este incidentă nodului.
Matricea [A] este dreptunghiulară, conţinând o linie pentru
fiecare nod (N – linii) şi o coloană pentru fiecare tronson (T – coloane).
Matricea de incidenţă care conţine linii pentru toate nodurile grafului se
numeşte matrice completă şi se notează cu [A0]. Suma termenilor de pe
fiecare din coloanele matricei [A0] este egală cu zero. Rezultă că o linie a
matricei este o combinaţie liniară a celorlalte linii şi deci, matricea [A0]
este o matrice singulară.
Prin eliminarea liniei de legătură cu rezervorul unde există o cotă
de referinţă fixată se obţine matricea redusă nod – tronson [A].
De exemplu, eliminând nodul 0 din matricea completă [A0]
(Fig.5.6.b) se obţine matricea redusă [A]:
[A0]=
N -Tr T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7
0 +1 0 0 0 0 0 0
1 -1 +1 0 0 0 +1 0
2 0 -1 +1 0 +1 0 0
3 0 0 -1 +1 0 0 0
4 0 0 0 -1 0 0 +1
5 0 0 0 0 -1 -1 -1
[A] =
N-Tr T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7
1 -1 +1 0 0 0 +1 0
2 0 -1 +1 0 +1 0 0
3 0 0 -1 +1 0 0 0
4 0 0 0 -1 0 0 +1
5 0 0 0 0 -1 -1 -1
128
Matricea [Aa] poate fi subdivizată în două matrice,
corespunzătoare arborelui [Aa] şi coarborelui [Ac]:
][][ AcAaA (5.5)
Matricea [Aa] este o matrice pătratică, de ordin egal cu numărul
de noduri independente din graf (N-1) şi este întotdeauna nesingulară.
Matricea [Ac] este, în general, o matrice singulară.
Matricea de incidenţă tronsoane – cicluri independente [B]
exprimă incidenţa dintre mulţimea laturilor şi mulţimea ciclurilor
independente dintr-un graf.
Într-un graf se pot distinge un număr finit de cicluri, dintre care
unele sunt independente, iar celelalte sunt dependente, adică se pot obţine
din combinarea ciclurilor independente. În topologie [34] se
demonstrează că numărul de tronsoane ale coarborelui este Tc = T–N +1.
În continuare se consideră că fiecare ciclu independent dintr-un
graf va conţine o singură latură coardă şi în rest laturi arbore.Sensul
pozitiv de parcurgere a ciclului este dat de sensul laturii coardă aleasă
drept pivot pentru un ciclu (Fig.5.6.b).
Matricea de incidenţă tronsoane – cicluri independente [B] este
dreptunghiulară conţinând câte o linie pentru fiecare ciclu independent
(T-N+1) şi câte o coloană pentru fiecare latură (T – coloane):
C-T T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7
C1 0 -1 0 0 -1 +1 0
C2 0 0 +1 +1 -1 0 +1
C1 = { T6, T2, T5}; C2 = {T7, T3, T4, T5}.
În cazul grafurilor orientate, incidenţa ciclurilor independente cu
tronsoanele se exprimă cu ajutorul numerelor +1, -1 şi 0:
+1, când latura este incidentă şi sensul laturii corespunde cu
sensul pozitiv al ciclului;
-1, când latura este incidentă ciclului şi sensul laturii nu
corespunde cu sensul pozitiv al ciclului;
0, când latura nu este incidentă ciclului.
Matricea [B] poate fi subdivizată în două matrice,
corespunzătoare arborelui şi coarborelui (Fig.5.6.b):
129
][][ BcBaB
Matricea [Ba] este de obicei singulară, iar matricea [Bc] este o
matrice pătratică unitate, de ordin egal cu numărul de cicluri
independente din graf: (Tc = T – N +1); [Bc] = [1c].
Deci matricea [B] poate fi scrisă sub forma: [B] = [ Ba 1c].
Matricea de incidenţă tronsoane – secţionări independente
[S]. Această matrice exprimă incidenţa dintre mulţimea tronsoanelor şi
mulţimea secţionărilor independente dintr-un graf. La un graf se pot
distinge un număr finit de secţionări, dintre care unele sunt independente,
iar celelalte sunt dependente. În topologie se demonstrează că numărul de
secţionări independente dintr-un graf este egal cu numărul de tronsoane
corespunzătoare arborelui (Ta = N – 1).
În continuare se consideră că fiecare secţionare independentă a
grafului va conţine un singur tronson arbore şi în rest numai laturi coardă
(Fig.5.7). Sensul pozitiv al secţionării va fi dat de sensul laturii arbore
care generează respectiva secţionare independentă.
Matricea [S] este o matrice dreptunghiulară, conţinând câte o linie
pentru fiecare secţionare independentă (n-1linii) şi câte o coloană pentru
fiecare tronson (T – coloane).
În cazul grafurilor orientate, incidenţa secţionărilor independente
cu laturile se exprimă cu ajutorul numerelor +1;-1; 0, astfel:
+1, când latura este incidentă secţionării şi sensul laturii coincide
cu sensul pozitiv al secţionării;
-1, când latura este incidentă secţionării şi sensul laturii nu
coincide cu sensul pozitiv al secţionării;
0, când latura nu este incidentă
secţionării. Pe baza precizărilor
menţionate anterior, pentru graful din
Fig.5.7 care conţine cinci secţionări
independente:( s1 = {T1}, s2 = {T2,
T7}, s3 = {T3, T6, T7}, s4 = {T4, T5},
s5 = { T5, T6}) corespunde matricea
tronsoane – secţionări
Fig.5.7 independente [S]:
130
[S] =
S – T T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7
1 +1 0 0 0 0 0 0
2 0 +1 0 0 0 0 +1
3 0 0 +1 0 0 +1 +1
4 0 0 0 +1 0 +1 0
5 0 0 0 0 +1 +1 0
Matricea [S] poate fi subdivizată în două matrice,
corespunzătoare arborelui şi coarborelui. Matricea [Sa] este o matrice
pătratică unitate, de ordin egal cu numărul secţionărilor independente din
graf sau cu numărul de laturi arbore [Sa] = [1a], iar matricea [Sc] este în
general singulară.
RELAŢII DE ORTOGONALITATE ÎNTRE MATRICELE
DE INCIDENŢĂ
Matricele de incidentă [A], [B] corespunzătoare unui graf nu sunt
independente. Ele satisfac următoarele relaţii de ortogonalitate:
0]][[ tBA sau 0]][[ tAB (5.6)
Dacă notăm aik, bjk termenii matricelor [A] şi [B] se obţine:
k
kjik ba 0 (5.7)
Pentru a demonstra relaţia (5.6) este suficient să se arate că suma
( 5.7 ) este nulă:
- produsele aikbkj sunt nule dacă nodul “i” este incident cu ciclul
„j”, înseamnă că există două tronsoane ale ciclului care sunt incidente cu
nodul. În acest caz vor exista în suma (5.7) doi termeni diferiţi de zero şi
anume –1 şi +1, astfel că suma lor va fi zero.
Scriind relaţia [A][B]t = 0 pe sub matrice, corespunzătoare
arborelui şi coarborelui avem:
01
][c
tBaAcAa (5.8)
şi efectuând înmulţirile pe submatrice rezultă:
0]1][[]][[ ct AcBaAa (5.9)
notând cu [Aa]-1
inversa matricei [Aa] şi înmulţind la stânga
relaţia (5.9) cu această matrice se obţine:
131
0][][]][[][ 11 AcAaBaAaAa t
sau
][][][ 1 AcAaBa t (5.10)
Scriind relaţia [B][S]t = 0 pe submatrice obţinem: 0][t
ac
Sc
IIBa
Prin efectuarea înmulţirilor se obţine:
0]][[]][[ tca ScIIBa sau tScBa ][][ (5.11)
Aplicând relaţiei ( II.6.10 ) operaţia de transpunere:
tBaSc ][][
şi ţinând seama de relaţia ( II.6.9 ) obţinem:
][][][ 1 AcAaSc (5.12)
Analizând relaţia ( 5.10) şi (5.12) se constată următoarele:
- Matricele [Ba] şi [Sc] – practic [B] şi [S] pot fi reconstituite cu
ajutorul matricei [A]. Rezultă că matricea [A] oferă suficiente
informaţii pentru determinarea grafului;
- Matricele [Aa] şi [Ac] nu pot fi reconstituite cu ajutorul matricelor
[B] sau [S], deci acestea nu oferă informaţii pentru determinarea
grafului.
5.4.2 Ecuaţii generale de calcul
Pentru studiul regimurilor de funcţionare a reţelelor de alimentare
cu apă, în vederea determinării parametrilor de stare, sunt necesare două
tipuri de ecuaţii:
1. Ecuaţii topologice în care intervin caracteristicile topologice
date de structura reţelei;
2. Ecuaţii de material şi regim de curgere în care intervin
caracteristicile date de modulii de rezistenţă ai conductelor şi
regimul de curgere al apei.
132
1.Ecuaţii topologice
1. Pentru retele ramificate, matricea [A] are forma particulară
[A] = [Aa] deoarece, arborele se confundă cu graful reţelei
(Fig.5.8).
Notând cu qi debitele de circulaţie pe
tronsoane şi cu Cj consumurile în
nodurile reţelei, ecuaţia de continuitate a
debitelor devine:
[Aa][q] = [C] (5.13)
Această ecuaţie matriceală permite
determinarea debitelor pe tronsoanele
reţelei în funcţie de consumurile din
noduri:
Fig.5.8
][][][ 1 CAaq (5.14)
Pentru reţelele ramificate, elementele matricei [Aa]-1
au rolul unor
coeficienţi de repartiţie a debitelor pe tronsoanele reţelei în funcţie de
consumurile din noduri. Matricea [Aa]-1
se poate scrie direct din graful
reţelei. Fiecărei coloane a matricei îi corespunde o cale de la nodul
respectiv de referinţă (calea trebuie să conţină numai laturi arbore).
Coloana se completează cu +1 sau –1, după cum tronsonul este incident
pozitiv sau negativ la cale, şi cu 0 dacă latura nu este incidentă cu calea
respectivă. Pentru exemplificare se dă matricea [Aa]-1
corespunzătoare
grafului din Fig.5.8:
[Aa]-1
T – N 1 2 3 4 5
T1 -1 -1 -1 -1 -1
T2 0 0 0 0 -1
T3 0 -1 -1 -1 0
T4 0 0 -1 0 0
T5 0 0 0 -1 0
2. Pentru reţele inelare, ecuaţia de continuitate (5.13) devine:
][]][[ CqA (5.15)
sau scrisă pe submatrice corespunzătoare arborelui şi coarborelui:
133
][][ Cq
qAcAa
c
a
Efectuând înmulţirile pe submatrice obţinem:
][]][{]][[ CqAcqAa ca (5.16)
Înmulţind la stânga ecuaţia (5.16) cu matricea [Aa]-1
:
][][]][[][][ 11 CAaqAcAaq ca sau
]][[][][][][ 11ca qAcAaCAaq (5.17)
Ecuaţiile topologice permit determinarea debitelor pe tronsoanele
arbore în funcţie de debitele pe laturile coardă şi consumurile din
nodurile reţelei. Folosind aceste ecuaţii se pot determina ecuaţiile
topologice care să facă legătura între matricea [q] şi matricele [qc] şi [C]:
][10
][11
cccc
a qAcAaCAa
q (5.18)
În relaţia ( 5.18) notăm o matrice auxiliară [D] care descrie
inelele în raport cu arcele reţelei:
c
t
c I
Ba
I
AcAaD
1
][ (5.19)
[0] – matricea nulă;
[I] – matricea unitate. Dacă utilizăm simbolul lui Kronecker ij:
ij = 0, pentru i j
1, pentru i = j, se poate scrie ijI
Obţinem astfel:
]][[0
][1
ccqD
CAaq (5.20)
Să considerăm graful din Fig.5.9 şi să ataşăm fiecărui nod
independent (i=1, 2, 3) cota piezometrică Hi. Sensul acesteia se consideră
de la nodul “i” la nodul “0”.
Să considerăm h = Hi – Hj. Pierderile de sarcină se pot scrie astfel
în funcţie de cotele piezometrice astfel:
134
Fig.5.9
233
212
101
HHh
HHh
HHh
(5.21)
515
24
HHh
Hh
Din analiza relaţiei (5.21) se constată că între cotele piezometrice
la noduri şi pierderile de sarcină există o relaţie de forma:
]][[][ HAh t (5.22)
în care: [h] – matricea coloană a pierderilor de sarcină;
[H] – matricea coloană a cotelor piezometrice (fără nodul 0).
scriind pe submatricea corespunzătoare arborelui şi coarborelui
relaţia ( 5.22) obţinem:
][HAc
Aa
h
h
t
t
c
a (5.23)
Efectuând înmulţirile pe submatrice rezultă:
]][[][ HAah ta (5.24)
][][][ HAch tc (5.25)
unde: [ha] – matricea coloană a pierderilor de sarcină la capetele
tronsoanelor arbore;
[hc] – matricea coloană a pierderilor de sarcină la capetele
laturilor coardă;
Din relaţia (5.24 ) putem exprima cotele piezometrice în funcţie
de pierderile de sarcină la capetele laturilor arbore:
][][][ 1at hAaH (5.26)
Înmulţind la stânga ecuaţia (5.22) cu matricea [B]
obţinem: ]][][[]][[ HABhB t
135
Ţinând seama de relaţiile de ortogonalitate dintre matricele de
incidenţă [B][At] = 0, rezultă:
0]][[ hB (5.27)
Relaţia (5.27) arată că pierderea de sarcină pentru un ciclu este
zero şi reprezintă ce-a de-a doua condiţie de echilibru a reţelelor de
distribuţie a apei scrisă matriceal.
2. Ecuaţii de material şi regim
Fiecărui tronson al reţelei i se atribuie o orientare arbitrară ( ). Se
defineşte astfel vectorul semn : ij=+1 pentru (i,j) şi ij= - 1 pentru (j,i).
Avem astfel pentru pierderea de sarcină pe tronson relaţia:
ijji qqMHHh (5.28)
Putem astfel defini iterativ relaţia de calcul pentru h.
Dacă ij = +1 avem:
)()(
)(
)1(
kk
k
k
qM
hq (5.29)
Pentru o reţea cu = 1, 2, . . ., T unde T=nr. de tronsoane cu
orientarea ij = + 1 avem în scriere matriceală următoarea relaţie :
)1()()( ][][][ kkk qhR (5.30)
unde:[R] – matrice pătratică de ordinul T;
Matricea [R] este întotdeauna o matrice diagonală:
TTr
r
r
R
...00
......
......
0...0
0...0
.][
22
11
unde qM
rii1
(5.31)
Înmulţind la stânga relaţia (5.30 ) cu matricea de incidentă [A]
obţinem:
)1()()( ]][[][]][[ kkk qAhRA (5.32)
Înlocuind relaţia (5.15): [A][q]=[C] şi relaţia (5.22):
[h](k)
=[A]t[H](k+1)
în relaţia ( 5.32 ) obţinem următoarea relaţie:
136
][][][]][[ )1()( CHARA kt
k (5.33)
Notând cu :
tk ARAG ][]][[][ )( (5.34)
Înlocuind (5.34) în (5.33) obţinem:
][]][[ )1( CHG k sau ][][][ 1)1( CGH k (5.35)
Fixând o cotă de referinţă [H0] vom obţine cotele piezometrice în
nodurile independente ale reţelei:
)1(
0)1( ][][][ kk
p HHH (5.36)
Cunoscând cotele de teren în noduri [CT] se determină presiunile
disponibile:
][][][ Tp CHP (5.37)
5.4.3 Calculul automat Practica proiectării reţelelor de distribuţie a apei a impus căutarea
unor parametri (debite de calcul, diametre) având anumite valori
anticipate, stabilirea unor condiţii (echilibrul nodurilor, bilanţul energetic
pe inele) şi introducerea unor criterii de economicitate (materiale folosite,
viteze, etc.).
Domeniul larg de variabilitate a acestor parametri, condiţii şi criterii,
a necesitat o sistematizare a lor prin ipoteze şi modele matematice de
calcul, rezultând astfel aparatul matematic capabil să rezolve problemele
reţelelor de distribuţie a apei. Ultimele variante ale metodologiei de
calcul a reţelelor de distribuţie a apei în regim permanent au evoluat
mult, apelând la noţiuni de teoria grafurilor [15, 39], calculul matriceal
[41], programare liniară [47] şi programare neliniară [2].
În continuare se prezintă modelul matematic şi algoritmul necesar
atât pentru dimensionarea reţelelor inelare cât şi pentru urmărirea
funcţionării lor în exploatare [ 2,19,21].
Formularea modelului matematic
În cazul reţelelor inelare care au grafuri conexe ( un graf conex
are proprietatea că între două noduri ale sale există întotdeauna o cale
137
formată dintr-un arc sau tronson ce leagă între ele cele două noduri) [34],
va exista întotdeauna relaţia:
1NT (5.38)
Notaţiile folosite sunt: N – număr de noduri ale reţelei; T –
număr de tronsoane ale reţelei; M – număr de inele ale reţelei; NR –
număr de noduri ce au rezervor sau SP; NI – număr de noduri în care nu
există rezervoare sau SP.
Avem relaţiile:
RI NNN (5.39)
INTM (5.40)
Pentru o reţea alimentată la un singur nod cu rezervor se stabileşte
următoarea relaţie:
1NMT (5.41)
Un tronson al reţelei este un element ce uneşte două noduri şi
poate reprezenta o curgere gravitaţională sau sub presiune. Pentru
tronsonul ce leagă nodurile i şi j putem alege orientarea de la nodul i ca
origine, la nodul j ca destinaţie, sau invers. Tronsoanele astfel orientate
se notează i(j), j(i). Fiecărui tronson al reţelei i se atribuie o orientare
arbitrară şi se notează, generic, latura orientată . Se defineşte astfel
vectorul semn :
{-1, +1}; ij = +1 pentru = (i, j); ij = -1 pentru = (j, i);
- mulţimea tronsoanelor reţelei;
i – mulţimea tronsoanelor care au una din extremităţi nodul i;
i+ - mulţimea tronsoanelor care au nodul i ca origine;
i- - mulţimea tronsoanelor care au nodul i ca destinaţie;
R – mulţimea tronsoanelor care au ca destinaţie un rezervor;
A0 – matricea de incidenţă a grafului reţelei cu n linii şi T
coloane;
A – matricea redusă obţinută prin eliminarea a p linii: cu (N – p)
linii şi T coloane;
Pentru a simplifica notaţiile folosite se fac următoarele ipoteze:
- nodurile care conţin un rezervor (SP) sunt ultimele noduri în
numerotarea generală, aceasta fiind continuă;
- toate debitele care intră în reţea sunt (+) iar cele care ies (-); consumul
este negativ;
138
- orientarea convenţională a tronsoanelor sub presiune corespund
sensului de pompare; Astfel debitul unor asemenea tronsoane nu
poate fi decât (+) sau 0.
Variabilele hidraulice ce intervin sunt: Ci – consumul din nodul i
(m3/s); CR – consumul la rezervor (m
3/s); Hi – presiunea în nodul i (m
col.H2O); q - debitul algebric pe tronsonul ij orientat (m3/s); q >0 –
dacă debitul curge în acelaşi sens cu orientarea convenţională a
tronsonului ; QR – debitul ce intră sau iese din rezervor (SP); HR –
presiunea la radierul rezervorului (SP).
Pe baza convenţiilor de semn stabilite vom avea:
Ci > 0 – consum la abonaţii din reţea;
QR > 0 – rezervorul se goleşte, deci debitul intră în reţea;
QR < 0 – rezervorul se umple;
M - rezistenţa hidraulică a tronsonului orientat , în cazul în care
apa curge gravitaţional;
- curba caracteristică a laturii dacă este o latură prin care apa
circulă sub presiune.
Legile de echilibru ale sistemului sunt următoarele:
1. Legi nodale. Ele exprimă bilanţul debitelor în noduri (suma
debitelor într-un nod este 0). Folosind convenţiile de semn
stabilite putem scrie:
a). Pentru un nod fără rezervor:
ijii qqFC )( (5.42)
unde 1 i NI , iar cealaltă extremitate a tronsonului este j.
b). Pentru noduri cu rezervor (staţie de pompare):
RRijRR qqCQ (5.43)
unde 1 R NR, i = R; j= cealaltă extremitate a tronsonului.
Conform ipotezelor făcute rezervoarelor, mulţimea i nu conţine
decât un singur tronson R:
RRRR qCQ (5.44)
În aceste noduri presiunea este cunoscută în prealabil şi se
notează cu HR.
139
2. Legi pentru tronsoane. Aceste legi exprimă relaţiile de
legătură între debite şi presiuni. Avem astfel:
a). Tronsoane care funcţionează gravitaţional
Fie un tronson orientat ce are nodurile extreme i şi j.
Relaţia de legătură între debit şi presiune este:
ijji qqMHH (5.45)
sau sub forma:
jiij
ijji
qsignqMHH
qsignqMHH
)(
)(
2
2
(5.46)
Făcând notaţiile:
q
qqMdsignqf
qMq
0
2
2
3
1)()()(
)(
(5.47)
Se observă că funcţia f este de 2 ori derivabilă, strict convexă.
b). Tronsoane de conductă ce funcţionează sub presiune
Prin convenţia considerată debitul unui asemenea tronson este la
funcţionare normală (+) sau nul ( q 0). Pentru domeniul său de
funcţionare, relaţia de legătură între debitul de pompare şi presiune,
determinată de staţia de pompare, poate fi aproximată printr-o ecuaţie
parabolică:
cbqaq2 (5.48)
Când Sp este oprită, trebuie să se impună restricţia q = 0.
Dacă se obţine o soluţie a reţelei în care debitul unui tronson sub
presiune este (-), aceasta arată că funcţionarea Sp este imposibilă.
Algoritmul pentru dimensionarea reţelelor inelare
1. Se construieşte graful, se orientează şi se numerotează
2. Se scriu matricele topologice:
- matrice de incidenţă nod – tronson [A];
- matrice de incidenţă tronsoane – cicluri independente [B];
140
3. Se determină o aproximaţie iniţială a debitelor pe tronsoane din
ecuaţia de continuitate a debitului:
;0; )0(1)0( cca qCAq
4. Se determină diametrele tronsoanelor pentru debitele iniţiale şi
materialele conductelor;
5. Se calculează viteza pe tronsoane şi numărul Reynolds (Re):
;Re;Dv
A
qv
ij
ijij
6. se stabileşte rugozitatea conductelor (k) şi se calculează cu relaţia
explicită din STAS [64]:
2
9,0Re
25,21log214,1
1
D
k
Pentru mişcare turbulentă prepătratică în conducte hidraulic
rugoase avem relaţia [ 33 ]:
k
D
k
D560Re23
7. Se calculează modulii de rezistenţă hidraulică:
50826,0
D
LM ij (s
2/m
5)
8. Se calculează pierderile de sarcină pe tronsoane: 2)0()0()0( qMh ij
9. Se calculează abaterile pierderilor de sarcină pe cicluri: )0()0(
hBh
10. Dacă )0(
max ih ( <0,5 mCA) se trece la pasul 14.
Dacă max [ hi](0)
> se trece la pasul următor.
11. Calculul corecţiilor de debit pe cicluri:
hJq1)0(
141
M
M
MM
M
M
M h
h
q
F
q
F
q
F
q
F
q
q
.
.
.
.
...
.....
.....
.....
...
.
.
.
1
1
1
1
1
unde ;0),.....,,( 21 Mi qqqF
12. Calculul noilor debite pe laturi: )0()0()1(
qBqq t
13. Se revine la pasul 4 folosind drept debite iniţiale noile valori calculate
[q](1)
14. Rezultatele obţinute:
- debitele şi sensul de curgere [q];
- pierderile de sarcină pe tronsoane [h];
15. Calculul cotelor piezometrice în funcţie de o cotă de referinţă H0:
hAHH t1
0
Algoritmul pentru studiul funcţionării reţelelor de distribuţie
a apei după criteriul minimizării pierderilor de energie (echilibrarea
reţelei)
1. Se construieşte graful reţelei, se orientează şi se numerotează;
2. Se scriu matricele topologice necesare:[A],[Aa],[Ac],[D],
[qc];
3. Se deduce un debit admisibil astfel încât să fie satisfăcută
condiţia de continuitate în noduri:
][10
][11
)(ccc
k qAcAaCAa
q
unde [qc] sunt necunoscute şi se aleg în funcţie de diametrele
tronsoanelor coardă;
4. Se calculează modulii de rezistenţă ai tronsoanelor în funcţie
de elementele cunoscute: diametrul (D), rugozitatea conductei
(k), lungimea (L), vâscozitatea la temperatura T ( ) şi debitele
q cu relaţia:
142
5
)()(
0826,0D
LM
kk
ij (s2/m
5)
unde se calculează cu relaţia lui Colebrook – White sub forma
explicită:
2
)(9,0
)(
Re
25,21log214,1
1
k
k
D
k
Dv k
k)(
)(Re ;
4
2
)(
D
qv
k
;
5. Se calculează matricea diagonală [R] cu elementele:
)()(
1
kk
kii
qMr ; R este de rang T;
6.Se calculează matricea pătratică [G], de rang NI:
[G](k)
=[A][R](k)
[A]t
7.Se calculează cotele piezometrice în nodurile reţelei în funcţie de o
cotă de referintă [H0]:
][][][][ 10
)( CGHH kp
Procesul iterativ
8.Se calculează pierderea de sarcină pe tronsoane: )()( ]][[][ k
ptk HAh
9. Se calculează noile debite pe tronsoane:
)()(
)(
)()(
)1( kj
kik
kj
kik
HHsignM
HHq
10. Se calculează abaterile de debit în noduri ][ C :
)1()1( ]][[][][ kk qACC
11. Dacă 0C , atunci se trece la pasul 15;
Dacă 0C atunci se trece la pasul 12.
143
12.Se calculează noii moduli de rezistenţă M(k+1)
corespunzători
debitelor q(k+1)
;
13.Se calculează matricea pătratică [N] de rang NI cu elementele:
)1()1(
)(
2
1
kk
kij
qMn
dacă între nodurile i şi j există un tronson de legătură;
0)(k
ijn ,
dacă între nodurile i şi j nu există nici o legătură;
)1()1(
)(
2
1
kk
kij
qMn
suma referindu –se la suma laturilor incidente în noduri.
14.Se calculează vectorul abaterilor cotelor piezometrice în
noduri, de rang NI:
)1(1)1( ][][][ kk CNH
Dacă 0][ )1(kH atunci se trece la pasul 15;
Dacă 0][ )1(kH atunci se trece la pasul 8;
15. Se calculează pierderea de sarcină pe tronsoanele de legătură
cu R (Sp):
2][ RjRjjR qMHHh
16. Se construieşte matricea totală a cotelor piezometrice [HPT] şi
a cotelor de teren [ CT];
17. Se determină presiunea disponibilă în noduri:
][][][ TPT CHP
Pentru dimensionarea unei reţele de distribuţie sunt necesare date
referitoare la dispunerea reţelei în plan, respectiv lungimea tronsoanelor,
topografia corectă a zonei de amplasare, cotele de teren a nodurilor,
parametrii SP şi R ce deservesc reţeaua şi consumurile de apă.
Rezultatele ce se obţin sunt: debitul tronsoanelor, viteza apei, direcţia de
curgere, pierderea de sarcină, diametrul tronsoanelor, cota piezometrică
144
şi presiunea disponibilă în condiţiile unor cote fixe la rezervoare [2].
Pentru analiza funcţionării unei reţele existente se prezintă în
Fig.5.10 schema de modelare a distribuţiei apei ce conţine configuraţia
sistemului, modelul de analiză a echilibrului hidraulic al reţelei [19,21] şi
modelarea graficelor de consum din nodurile reţelei [ 22].
În raport cu metodele clasice care iau drept referinţă regimul de
încărcare maximă al reţelei, modelarea consumurilor din noduri şi
folosirea unor prognoze a consumurilor [24] se pot obţine date necesare
la adoptarea deciziilor atât în problema planificării alimentării cu apă,
problema planificării financiare, cât şi în scopul dezvoltării optime a
sistemului respectiv.
Fig.5.10 Schemă de modelare a distribuţiei apei
Avantajele obţinute sunt:
1. Modelarea mai precisă a consumatorilor reali din reţea;
2. Efectuarea unor studii de optimizare în vederea modernizării
sistemelor de alimentare cu apă;
3. Reducerea cererii de energie electrică a SP în funcţie de stocajul de
apă din sistem şi de tarifele de electricitate diferenţiate (ore de zi –
ore de noapte, ore de vârf – restul orelor);
4. Studierea folosirii elementelor potenţiale;
5. Realizarea unei exploatări optime prin control optimal:
– în cazul folosirii unui post dispecer uman realizarea - realizarea
unei optimizări indirecte;
145
– în cazul unei echipări informatice corespunzătoare realizarea unui
control în timp real – optimizare directă;
5.5 Dimensionarea conductelor de branşament Racordarea instalaţiilor interioare la reţelele exterioare se
realizează cu ajutorul branşamentelor.
Cunoscând debitul de calcul al instalaţiei şi folosind valorile
vitezelor economice ale apei se poate realiza dimensionarea conductelor
cu ajutorul nomogramelor .
5.6 Materiale pentru execuţia conductelor
În ultimele două decenii se constată o diversificare rapidă a
materialelor pentru conductele de transport şi distribuţie a apei. Alegerea
acestora se face pe baza unor criterii tehnice serioase şi a unor analize
economice corespunzătoare.
În general avem trei tipuri de materiale: beton armat, metal sau
plastic. În cadrul acestor categorii sunt disponibile o gamă largă de
materiale, diversificarea lor fiind încurajată de necesitatea de a asigura o
apă destinată consumului casnic care să nu fie afectată negativ de
materialul conductei care o transportă şi să nu contravină standardelor de
calitate europeană. Pe plan mondial principalele materiale utilizate în
alimentări cu apă [56] sunt:
1. Oţelul. Acesta rămâne în atenţia utilizatorilor cu măsuri de protecţie
împotriva coroziunii: la interior – izolaţie cu mortar de ciment; la
exterior – izolaţie din bitum, fibră de sticlă, protecţie catodică – cu
anod reactiv sau cu alternare de curent;
2. Fontă ductilă. Avantajele economice ale fontei ductile în comparaţie
cu alte materiale sunt:
- ţevile sunt robuste;
- îmbinarea se realizează uşor, permiţând ajustări la anumite modificări
pe traseu;
- coeficientul de securitate este foarte ridicat;
- în scopul îmbunătăţirii performanţelor de servici sunt protejate la
interior cu mortar de ciment iar izolaţia exterioară constă dintr-un
146
strat de zinc metalic aplicat prin pulverizare şi acoperit cu un lac
bituminos;
3. Materiale plastice. Dintre acestea avem:
a. – Polietilenă înaltă densitate PEID. Este o răşină obţinută prin
sinteza chimică şi polimerizare a etilenei (derivat din petrol) şi are
în compoziţie polietilenă pură şi negru de carbon fin dispersat 0,2
%. Are ca avantaj o rezistenţă structurală înaltă, flexibilitate
ridicată, rezistenţă la coroziune şi nivele reduse ale rezistenţei
hidraulice datorită suprafeţei interioare foarte netede (k = 0,003
mm).
b. – Policlorură de vinil PVC – U. Se realizează prin extrudere şi
se asamblează cu îmbinare lipită (sudură la rece) şi îmbinare cu
inel în mufă. Ţevile din PVC sunt din punct de vedere mecanic
mai rezistente şi mai rigide decât cele executate din PE, dar
inferioare ca flexibilitate.
c. Poliesteri armaţi cu fibră de sticlă (Hobas). Aceste conducte
sunt realizate centrifugal introducându-se fibră de sticlă tocată,
răşini poliesterice, nisip cuarţos în interiorul matriţei printr-un
sistem complex. Astfel peretele conductei se realizează în straturi
succesive de la exterior câtre interiorul său. Conductele de acest
tip în gama DN 200 – 1000 mm sunt în exploatare din 1961 şi se
estimează că au durata de viaţă garantată la 75 de ani. Din studiile
efectuate [56 ] se observă că fonta ductilă se utilizează în 13 ţări,
PVC – U şi polietilena de înaltă densitate în 11, oţel în 10,
poliesteri armaţi cu fibră de sticlă în 7 ţări, beton armat precomprimat
şi armat în 4, azbociment în 3, oţel galvanizat în 2 şi polietilenă de
joasă densitate într-o singură tară.
Materialul tubular pentru realizarea aducţiunilor de apă se alege
în funcţie de [64]:
- dimensiunile rezultate din calcul;
- caracteristicile geologice şi geotehnice ale terenului;
- solicitările exterioare;
- presiunea apei din interior;
- caracteristicile fizico-chimice ale apei transportate;
- pericolul de coroziune;
- condiţiile speciale impuse de siguranţa alimentării folosinţelor şi
debitul necesar în caz de incendiu ;
147
- condiţii de execuţie;
Materialele tubulare folosite, de regulă, pentru aducţiuni sunt cele
prevăzute în tabelul următor [64]:
Material tubular Tipul aducţiunii
Cu nivel liber Sub presiune
Beton precomprimat - STAS 7039/1
STAS 7039/2
Polietilenă de înaltă densitate STAS 10671/2
Policlorură de vinil STAS 6875/2 STAS 6875/1,2
Poliesteri armaţi cu fibre de sticlă
cu inserţie de nisip
- -
Beton armat STAS 9530 -
Gresie ceramică STAS 1743/2 -
Oţel protejat la interior şi exterior - STAS 404/1, 2
STAS 530/1, 3
STAS 6898/1,2
STAS 7658
Fontă ductilă - SR EN 545
Conform SR 6819 aducţiunile cu nivel liber se realizează, de regulă
din canale de beton sau beton armat.
Alegerea materialului din care se execută reţeaua de distribuţie se
face în funcţie de condiţiile de funcţionare ce determină presiunea de
regim şi de condiţiile locale: agresivitatea solului, capacitatea
portantă a solului, încărcări mecanice exterioare [64]. Se ţine cont de:
- diametrul nominal al conductei;
- presiunea interioară;
- felul legăturilor;
- încărcarea mecanică exterioară;
- coroziunea internă sau externă
Durata de exploatare recomandată este de minim 50 de ani.
Materialele utilizate sunt:
-ţevi de oţel conform STAS 404/1,3; STAS 530/1,3: STAS
6898/2;STAS 7858;
- tuburi din fontă conform STAS 1674 şi STAS1675;
148
- ţevi din policlorură de vinil conform STAS 6675-1,2;
- tuburi de presiune din beton precomprimat conform STAS 7039-1,2;
- ţevi din poliesteri armaţi cu fibre de sticlă conform standardelor de
produs;
5.7 Construcţii anexă pentru aducţiuni şi reţele
Pe traseul aducţiunilor de apă se execută şi anumite construcţii
anexă cu rol tehnologic sau de exploatare, ca de exemplu:
- cămine de rupere a presiunii, care au rol de a coborî nivelul energetic
al conductei. Ele se compun dintr-un compartiment de presiune a
apei, unul de preluare şi unul de golire şi preaplin;
- cămine pentru vane, apometre, etc., care sunt construcţii tipizate din
beton armat în care se pot monta diverse armături sau aparate;
- traversarea cursurilor de apă, care se poate realiza prin îngroparea
conductei sub fundul albiei, traversare prin suspendare pe un pod
existent sau prin pod apeduct;
- traversarea căilor de comunicaţie, care se realizează prin conducte de
oţel protejate în tuburi cu un diametru mai mare ca cel al aducţiunii
sau prin conducte montate în galerii de protecţie;
- treceri în tunel, care sunt indicate pentru tronsoanele de aducţiune în
care conducta trebuie coborâtă la adâncimi mai mari de 8 – 10 m sub
nivelul terenului pentru evitarea funcţionării aducţiunii la presiuni
mai mici decât cea atmosferică;
- ancorarea conductelor de aducţiune, care este necesară pentru a
împiedica deplasarea pieselor de legătură situate la coturi, ramificaţii,
etc.
Pentru reţelele de distribuţie construcţiile anexă sunt acelaşi ca şi la
aducţiuni. Construcţiile accesorii specifice sunt căminele de branşament
(Fig.5.11) şi căminele de vizitare (Fig.5.12).
149
150
5.8 Localizarea pierderilor de apă în reţelele de
distribuţie a apei
Reţelele existente de alimentare cu apă potabilă sunt realizate în
general din conducte metalice, oţel şi fontă, PVC şi azbociment şi în
măsură mică din tuburi de beton armat precomprimat.
Vechimea acestor reţele este de 20 – 50 de ani sau chiar şi mai mult,
având un grad avansat de uzură, conducând la frecvente avarii şi la
pierderi importante de apă (în jur de 20 – 25 %) [56]. Cele mai multe
avarii se produc la conductele de oţel (60%) datorită coroziunii, fisurii
conductelor, etc., şi la conductele de azbociment (interzise în ultimul
timp pentru apa potabilă deoarece se consideră că sunt cancerigene)
datorită avariilor la îmbinări şi spargerii conductelor la suprasolicitări.
Pe plan european situaţia reţelelor de distribuţie a apei este net
superioară fată de cea din România (pierderile de apă nu depăşesc 3%).
Numărul de avarii este foarte mic datorită faptului că conductele sunt din
materiale performante (fontă ductilă, polietilenă, poliester armat cu fibre
de sticlă, etc.) care corespund atât din punct de vedere sanitar cât şi
mecanic, au fiabilitate şi îmbinări bune.
Pornind de la aceste neajunsuri este importantă localizarea pierderilor
de apă încă din faza incipientă. În prezent există numeroase dispozitive
produse în SUA şi în unele ţări din Vestul Europei (Anglia, Germania,
Franţa) de detectare primară a pierderilor de apă.
Astfel grupul SEBA cu sediul la Baunach – Bavaria lucrează
după sistemul de managemant total al calităţii DIN ISO 9000 şi este
implicată de peste 40 de ani în domeniul localizării pierderilor de apă
punând la dispoziţie toate echipamentele şi metodele de măsură pentru
combaterea pierderilor de apă, inclusiv autolaboratoare complet echipate
[65].
Seba DynatronicR a brevetat un sistem pentru analiza şi
localizarea sistematică a pierderilor de apă din reţelele de distribuţie. La
baza acestuia stă un program de monitorizare, analiză, predicţie şi
localizare exactă a locurilor de defect din reţea. În timpul localizării
defectelor se diferenţiază două etape de lucru: “prelocalizarea” şi
“localizarea exactă” a acestora.
151
Prin prelocalizare este stabilită cu o precizie redusă secţiunea
afectată de spărtură, prin palparea armăturilor accesibile direct, cu
ajutorul unor microfoane sensibile. Echipamentele folosite sunt de tipul
urechii electronice EO, a înregistratoarelor digitale de tipul GM sau GPL
sau a aparatelor din gama HydroluxR. Prin localizare exactă se permite
determinarea în teren a locului unde are loc pierderea, aceasta realizându-
se cu echipamente de tipul HydroluxR
În funcţie de metoda de test folosită se utilizează diferite aparate
(debitmetre, locatoare acustice, corelatoare) şi tehnici de măsură [65].
Pentru localizarea pierderilor din reţelele de distribuţie se utilizează
zgomotul produs de apa care iese cu presiune prin spărtură. Ieşirea
lichidului prin spărtură duce la generarea de unde acustice care sunt
purtate mai departe atât de coloana de apă cât şi de pereţii conductei.
Undele acustice se întind în coloana de apă spre ambele extremităţi,
sinusoidal. Acolo undele ating materialul conductei acesta vibrează
(Fig.5.13). Cu cât undele sonore se îndepărtează de sursă, cu atât ele
devin mai slabe. La acestea se adaugă şi alţi factori cum ar fi: calitatea
solului, densitatea acestuia, materialul din care este făcută conducta,
presiunea apei din reţea, diametrul conductei, datorită cărora nu se poate
stabili cu precizie cât de departe se aude zgomotul produs de spărtură.
Fig.5.13 Transmiterea sunetului prin diferite materiale
152
Înregistratorul de zgomot (GPL 95) este dotat cu microfoane
extrem de sensibile, unitate de memorie şi baterie, toate încorporate într-
o carcasă robustă, rezistentă la apă. El face posibilă detectarea spărturilor
din reţele de apă, prin înregistrarea zgomotului la anumite intervale de
timp.
Aparatele electroacustice de ascultare (Urechea electronică
EO, Hydrolux HL) sunt sisteme dotate cu amplificatoare şi microfoane
sensibile şi de precizie. Microfonul serveşte la înregistrarea semnalului,
amplificatorul preia procesarea semnalului, iar căştile servesc la
ascultarea zgomotului de către operator.
Corelatoarele (MicroCorr, Correlux) calculează din diferenţa de
timp a sunetului înregistrat distanţa dintre spărtură şi unul dintre puncte,
ilustrând apoi rezultatul măsurătorii atât printr-o corelogramă cât şi
alfanumeric, direct în metri, pe display.
În concluzie, introducerea metodelor de prelocalizare şi localizare
exactă facilitează astăzi o scădere a deficitului de apă, impunându-se ca o
necesitate în exploatarea sistemelor de apă.
5.9 Tehnologii moderne de reabilitare a reţelelor de
apă Reabilitarea reţelelor de apă din ţara noastră se face în general
prin săpătură deschisă, cu înlocuirea conductelor nefuncţionale, aceasta
având implicaţii nedorite prin deranjamente în programul serviciilor
publice.
Din acest motiv s-au dezvoltat tehnologii de reabilitare a
conductelor fără săpătură, aplicate în numeroase ţări din Europa în ultimii
15 – 20 ani, impunându-se adaptarea lor şi în ţara noastră.
Reabilitarea reţelelor prin tehnologii “Relining” [56] presupune
verificarea stării conductei din reţea. Aceasta se poate realiza prin
inspecţie TV cu o cameră autopropulsată, informaţia fiind înregistrată pe
o bandă video situată în vehiculul de control. Prin intermediul
informaţiilor afişate pe ecran se înregistrează în mod exact poziţia
defecţiunii constatate. Pentru informaţii suplimentare pot fi tăiate mostre
din conductă din zone reprezentative. Pentru a putea fi reabilitată
conducta se impune curăţirea ei. Depunerile moi sunt îndepărtate cu
153
ajutorul unei mingi de forma unui proiectil, din poliester sau
polipropilenă care este împins în sistem prin jet de apă sau aer
comprimat. Mingea este prevăzută la exterior cu perii de sârmă pentru a
ajuta curăţirea peretelui conductei. Depunerile mai dure pot fi îndepărtate
cu metode mecanice cum sunt găurirea, tragerea unui raclet sau curăţirea
prin presiune. După ce tronsoanele conductei au fost curăţate se poate
realiza lucrarea de relining. În continuare se prezintă câteva metode de
relining.
Sistemul conducta compact
În conducta veche se introduce o conductă lungă de polietilenă de
aceeaşi dimensiune care este împăturită longitudinal în formă de “C”
după extruderea ei pentru a-i reduce secţiunea. Metoda de introducere
este prin tragere cu ajutorul unui cablu acţionat de un troliu. După ce este
pus în poziţie sunt lipite fitinguri pentru a permite procesul de tratare.
Conducta este încălzită şi presurizată cu abur. Astfel materialul revine la
forma originală şi se mulează pe peretele conductei.
Protecţie prin îmbrăcare cu alunecare (sliplining)
Acest sistem prevede introducerea în conducta veche a unei noi
conducte cu un diametru puţin mai mic. Alunecarea se realizează datorită
unui spaţiu disponibil la începutul tronsonului conductei unde se
realizează o cutie batardou şi câteva găuri de acces. Materialele folosite
sunt: polietilenă de densitate medie (MDPE) şi poliester armat cu fibră de
sticlă şi inserţie de nisip (PAFSIN). După ce conducta nouă este
introdusă în conducta veche se umple cu mortar de ciment spaţiul rămas
între ele. Procedeul conduce la o reducere a diametrului intern al
conductei, capacitatea de transport a debitului pierdută prin micşorarea
diametrului fiind compensată de realizarea unor pierderi de sarcină
reduse datorită netezimii interne a noii conducte.
Spargerea conductelor
Această metodă este folosită în cazul când conductele ce
trebuiesc reabilitate sunt amplasate foarte adânc, în ape subterane şi în
zone cu probleme de trafic.
Metodele de reabilitare fără decopertarea conductei sunt
numeroase: aplicarea prin pulverizare centrifugala a unui material din
răşină epoxidică şi un întăritor; mularea pe pereţi prin aer comprimat (sau
prin apă) a unui strat protector din poliester moale, împregnat cu răşină,
154
relining cu o conductă din polietilenă, pliată longitudinal, introducerea
unei conducte noi în cele vechi, etc.
Avantajele acestor tehnologii:
- reducerea perturbării traficului şi a serviciilor publice;
- nu necesită excavarea şi refacerea săpăturii şi scăderea nivelului
apelor subterane;
- nu există riscul de prăbuşire sau tasări şi nu sunt perturbate instalaţiile
subterane;
- impactul social şi de mediu este minim;
- consum redus de timp;
- reducerea costurilor în comparaţie cu metodele clasice.
5.10 Degradarea calităţii apei în sistemul de
distribuţie Principalele cauze care conduc la degradarea calităţii apei în
sistemele de distribuţie a apei (reţea de distribuţie,rezervoare şi staţii de
pompare) sunt:
- formarea şi dezvoltarea unui ecosistem biologic
- influenţa materialelor sistemului
- formarea de depozite
- exploatarea reţelei
Dezvoltarea unui ecosistem biologic
Ecosistemul format în reţeaua de distribuţie are ca sursă principală de
energie materia organică formată din carbon organic ce rămâne în apă
după procesul de tratare. Această materie reprezintă sursa de hrană a
bacteriilor care se dezvoltă atât liber în apă cât şi pe pereţii interiori ai
conductelor sub forma unui biofilm bacterian şi conduc la modificări de
calitate a apei potabile.
Pentru a reduce proliferarea bacteriană se adoptă filiere de tratare
care să elimine carbonul organic (oxidare cu ozon şi adsorbţie pe cărbune
activ granular),dezinfectare cu clor şi întretinerea periodică a sistemului
de distribuţie (spălare şi dezinfectare).
Influenţa materialelor sistemului
Stabilitatea chimică a apei reprezintă elementul cel mai important în
controlul coroziunii elementelor componente ale sistemului de
155
distribuţie.De asemenea materialele care nu sunt supuse la coroziune pot
influenţa calitatea apei datorită aditivilor de fabricare.
Unele studii dezvoltă conceptul privind influenţa materialului
conductelor în corelaţie cu apa asupra formării biofilmului.
O funcţionare normală a reţelei de distribuţie implică înlăturarea
riscului formării biofilmului prin înlăturarea factorilor care îl generează şi
prin folosirea dezinfectanţilor.
Formarea de depozite
În timp capacitatea de transport a conductelor reţelei de distribuţie a
apei se modifică, reducând capacitatea iniţială. Depozitele formate
reprezintă centre de degradare a calităţii apei prin favorizarea activităţii
microorganismelor pe tronsoane cu viteze mici şi în rezervoare.
Exploatarea reţelei de distribuţie a apei
Variaţia permanentă a presiunilor în reţea, îmbătrânirea materialelor,
coroziunea, conduc la stări de avarii care produc contaminări accidentale
şi pierderi importante de apă. Astfel se impune conceptul de
„Management al pierderilor reale de apă” care necesită:
-retehnologizări pe baza datelor reale ale stării reţelei;
-evaluare prin depistare,dotări şi control ( I );
-stabilirea cheltuielilor şi aprecierea daunelor provocate ( C );
Fiabilitatea sistemului poate fi reprezentată prin calcularea
randamentului reţelei ca fiind minimul curbei ce reprezintă valorile
însumate ( I + C ).
5.11 Siguranţa calităţii apei în sistemele de distribuţie a
apei Datorită complexităţii fenomenelor, siguranţa calităţii apei în
sistemele de distribuţie a apei trebuie analizată în ansamblul lor: Staţie de
tratare-sistem distribuţie-branşamente consumatori.
Primul pas îl reprezintă stabilirea unui diagnostic al sistemului
prin analize chimice şi bacteriologice asupra calităţii apei, studii asupra
biofilmului format pe pereţii conductelor, evoluţia stării conductelor şi a
depozitelor din reţea şi analiza stării rezervoarelor.
Măsurile necesare pentru a obţine o siguranţă în menţinerea
calităţii apei distribuite sunt:
156
- curăţirea sistematică a componentelor sistemului de distribuţie;
- asigurarea intervenţiilor pentru remedieri;
- controlul on-line a echilibrului calciu – carbon a apei injectate;
- asigurarea unei doze minime de dezinfectant rezidual;
- injectarea unei ape biostabile în reţeaua de distribuţie;
- utilizarea materialelor ce conduc la o formare scăzută a biofilmului;
- asigurarea unei presiuni minime în vederea evitării contaminărilor
accidentale;
- reducerea pierderilor de apă din reţea;
- modelarea şi simularea calitativă a sistemului în vederea urmăririi:
- vârstei apei în sistem;
- evoluţiei consumului de clor rezidual în rezervoare ţele pentru a
asigura doza cerută conform Legii 458/2002;
- amestecul apei din mai multe surse;
- urmărirea propagării substanţelor contaminante;
157
CAPITOLUL 6
RETEHNOLOGIZAREA STATIILOR
DE POMPARE A APEI
6.1 Elementele componente ale instalaţiilor de pompare
Staţiile de pompare se prevăd în scopul ridicării nivelului energetic al
apei, în special în secţiunea între captare şi construcţiile de înmagazinare
a apei şi compensare a debitului, precum şi în scopul asigurării presiunii
în reţeaua de alimentare cu apă a obiectivului deservit. Prevederea de
staţii de pompare se face în urma unei fundamentări tehnico – economice
pe ansamblul sistemului de alimentare cu apă în care se integrează SP.
Într-o schemă generală de alimentare cu apă, staţiile de pompare, în
funcţie de poziţia lor se clasifică în [45]:
- staţii de pompare treapta I, care preiau apa de la sursă şi o trimit în
staţiile de tratare sau direct la consumatori;
- staţiile de pompare treapta II, care asigură de obicei pomparea apei
tratate la consumatori;
- staţii de repompare care asigură mărirea presiunii apei, fie în
conducte de aducţiune fie în reţeaua de distribuţie;
- staţii de pompare de incendiu, care asigură pomparea apei pentru
stingerea incendiilor.
În distribuţia apei consumul de energie depinde de randamentul
global al sistemului alcătuit din staţii de pompare şi reţeaua de distribuţie.
Funcţia clasică a acestor staţii de pompare se bazează pe graficul de
variaţie orară a consumului de apă, reglarea parametrilor acestora
efectuându-se în trepte, prin cuplarea şi decuplarea unui anumit număr de
pompe cu montaj în paralel. Instalaţia de pompare, numită şi linie
tehnologică de bază (LTB) a staţiei de pompare (SP) [46] este constituită
în general din următoarele elemente (Fig.6.1).
158
Fig.6.1 Elementele componente ale IP ; a – vedere în plan; b – secţiune; 1 –
rezervor de aspiraţie; 2 – conductă de aspiraţie comună; 3 – distribuitor de aspiraţie; 4 –
conducte de aspiraţie individuale; 5 – clădirea SP; 6 – agregatele de pompare (6a –
pompe; 6b – sistemul de transmisie pompă – motor; 6c- motoare de acţionare; 6d-
postamentul agregatului); 7 – conducte de refulare individuale; 8 – colectorul de
refulare; 9 – conductele de refulare comune; 10 – rezervor de refulare; A; B; C; D; R; -
secţiuni caracteristice.
Dacă este necesar se poate amplasa pe conducta de refulare un
rezervor (cu nivel liber sau cu pernă de aer comprimat) pentru
compensarea debitului, reglarea automată şi protecţia împotriva
loviturilor de berbec. Indiferent de tipul funcţional de staţie de pompare,
159
schema energetică bloc a unei linii tehnologice de bază poate fi
reprezentată ca în Fig.6.2.
Fig.6.2 Schema energetică bloc a unei LTB; 1 – transformator electric; 2 –
bornele electromotoarelor; 3 – electromotoare; 4 – sisteme de transmisie; 5 –
turbopompe; 6 – conducte; A –A – secţiune prin aspiraţie; R – R – secţiune prin
refulare; B – B – secţiune prin bornele electromotorului.
În scopul analizei funcţionării LTB a SP, echipamentele
hidromecanice ale acesteia s-au grupat în două părţi (Fig.6.1); bateria de
generatoare hidraulice (BGH), delimitată, în general, de secţiunile
D-D şi C-C, şi sursa de energie hidraulică (SEH), delimitată în general
între secţiunile (A – A; D – D; C – C; R – R). Sursa de energie reprezintă
sistemul ales în vederea transferului şi transformării dirijate a energiei.
Energia E a sursei se caracterizează printr-un parametru cantitativ, numit
masa purtătoare de energie (m) şi printr-un parametru calitativ numit
densitate de energie (e).
Din punct de vedere practic ne interesează doar partea din energia
sursei care participă la transformările energetice, denumită energie activă
(Ea). În cazul în care se utilizează puterea activă (Pa), drept parametru
cantitativ se consideră debitul de masă purtătoare de energie (q):
cos eqPa (6.1)
unde cos se numeşte factor de putere şi indică ponderea energiei active
Ea în cadrul energiei E a sursei.
Ca parametru de reglare a poziţiei unui organ obturator, “orificiu”
avem:
- parametrul cantitativ al sursei (), când se determină debitul masei de
energie transferate;
160
- parametrul calitativ al sursei (), când se determină diferenţa dintre
valorile parametrului calitativ al energiei sursei între domenii
separate.
În instalaţiile de alimentare cu apă se folosesc frecvent pompe
centrifuge, axiale, şi mai rar volumice.
În cataloagele profesionale ale firmelor ce produc pompe sunt
prezentate caracteristicile tehnice ale acestora: curbe caracteristice,
dimensiuni, materiale,etc.
În ţara noastră principalul producător de pompe este uzina
AVERSA Bucureşti. În străinătate sunt multe firme de prestigiu care
produc pompe fiabile şi performante, ca de exemplu:GRUND-FOS-
Danemarca, DAB-Italia, WILO-Germania,SALMSON-Franţa,etc.
6.2 Parametrii caracteristici ai instalaţiei de pompare
Pentru a se putea analiza funcţionarea unei instalaţii de pompare
se impune precizarea parametrilor caracteristici (Fig.6.3):
1) – parametrul calitativ al energiei sursei de energie hidraulică
(energia specifică) în secţiunile precizate în Figură : HA, HD, HC, HR ;
2) – parametrul cantitativ al energiei (debitul volumic) pe
tronsoanele determinate de aceleaşi secţiuni: QA; Qp, Qr, respectiv QA şi
QR;
3) – Înălţimea geodezică totală Hg:
ARg zzH (m) (6.2)
4) – Înălţimea statică de pompare Hst :
ARAR
gst HHpp
HH
(m) (6.3)
unde: pA, pR – presiunea absolută deasupra nivelului în secţiunile A-A,
respectiv R-R; - greutatea specifică a apei.
În cazul când rezervoarele de aspiraţie şi de refulare sunt cu nivel
liber, pA = pR = pat (presiunea atmosferică), iar relaţia (6.3) devine:
gst HH (6.4)
5) Înălţimea totală de pompare H*:
161
g
vvhhHH AARR
RCDAst2
)(*22
(6.5)
sau
)()(* DAARCRDC hHhHHHH (6.6)
Fig.6.3 Schema generală a unei instalaţii de pompare
162
unde: hA-D, hC-R, - pierderea de sarcină pe tronsoanele delimitate
de secţiunile A-A, D-D (aspiraţie), respectiv, C-C, R-R (refulare); A, R
– coeficientul lui Coriolis în secţiunile A-A, respectiv R-R; vA, vR –
viteza medie a apei în secţiunile A-A respectiv R-R.
De obicei termenii cinetici g
v
2
2
sunt relativi mici iar vA = vR.
Astfel ecuaţia (6.6) devine:
RCDAst hhHH * (m) (6.7)
6) Înălţimea energetică netă disponibilă în secţiunea D-D este:
DAgvAv
DDDD hhppp
zHNPSHD
(m) (6.8)
unde: zD – cota corespunzătoare secţiunii D-D;
ADg zzhD
; cota geodezică de aspiraţie în D;
pv – presiunea vaporilor saturaţi dependentă de natura şi
temperatura lichidului pompat;
Regimul de funcţionare a instalaţiei de pompare este stabilită în
funcţie de parametrul calitativ şi cantitativ al energiei sursei precum şi de
înălţimile totale de pompare astfel [46]:
a) – regim de funcţionare staţionar:
RraA QQQQQ
b) – regim nestaţionar (rezervorul de aspiraţie se goleşte, respectiv se
umple): QA<Q sau QA >Q;
c) – regim nestaţionar (rezervorul de refulare se umple, respectiv se
goleşte): QR<Q sau QR>Q;
d) – rezervorul de compensare se umple: Q > QR; Q=Qr + QRC; QRC>0;
e) – rezervorul de compensare se goleşte: Q < Qr; Q = Qr +QRC ; QRC<0
7) Volumul de apă pompat într-un interval de timp T:
n
i
p
T
Rp iVdttQV
10
)(3600 (m3) (6.9)
8) Randamentul ansamblului de motoare în funcţiune:
asp
Msp
P
P1 (6.10)
unde: PMsp- suma puterilor efective mecanice la arborele motoarelor;
163
Pasp – suma puterilor absorbite de motoarele în funcţiune;
9). Randamentul ansamblului de sisteme de transmisie:
Msp
sp
P
P2 (6.11)
10) Randamentul bateriei de generatoare hidraulice (randamentul
hidraulic):
aspP
HQ
81,93 (6.12)
11) Randamentul sursei de energie hidraulică:
- în regim de funcţionare nestaţionar:
T
T
stR
dttHtQ
dttHtQ
0
04
)()(
)()(
(6.13)
- în regim de funcţionare static, Hst (t) =Hst=const; H(t) = H = const.:
H
H st4 (6.14)
12. Randamentul global, în regim de funcţionare staţionar:
Pasp
HQ stRsp
81,9 (6.15)
sau
4321 sp (6.16)
13) NPSHnecesar al BGH reprezintă înălţimea energetică netă minimă
cerută de BGH în secţiunea D-D pentru a înlătura pericolul intrării
pompelor în regim de cavitaţie:
Dip
ira
inecesar zzhNPSHNPSH max (6.17)
unde:
NPSH i – înălţimea energetică netă cerută la aspiraţie de pompele
de tipul i;
irah - pierderea de sarcină pe conductele de aspiraţie;
164
ipz - cota de referinţă a pompei i;
14). Energia electrică consumată într-o perioadă de timp T:
i
n
i
tPaspEsp 1
(kwh) (6.18)
Utilizând relaţia (II.5.15) rezultă:
n
i sp
stiR
i
iHQ
Esp
1
81,9
15) Consumul specific de energie al SP:
p
spsp
Q
Ee (kwh/m
3) (6.19)
Caracteristici funcţionale ale pompelor
Principalii parametri funcţionali ai pompelor sunt: înălţimea de
pompare H (m); debitul de pompare Q(m3/s); turaţia (rot/min);
randamentul ; turatia specifică ns (rot/min); puterea N(kw) unde n, Q şi
H sunt valori nominale.
Între aceşti parametri există următoarele relaţii de
interdependenţă:
- matematice, la randament constant: 2
2
1
2
13
2
1
2
12
2
1
2
1
2
1
2
1 ;;;
n
n
NPSH
NPSH
n
n
N
N
n
n
H
H
n
n
Q
Q (6.20)
- grafice, sub formă de diagrame, la turaţie constantă (Fig.5.4):
- caracteristica energetică ( de sarcină) , H=H(Q);
- caracteristica de randament =(Q);
- caracteristica de putere N=N(Q);
- caracteristica de cavitaţie (NPSH – sarcina netă de aspiraţie) NPSH
= NPSH (Q);
Aceste curbe sunt determinate experimental de fabricant şi puse la
dispoziţia beneficiarilor. Sub formă analitică se acceptă în general
expresii polinomiale de gradul II:
- caracteristica de sarcină H = f1(Q, n, , );
165
- caracteristica de cuplu M = f2(Q, n, , );
- caracteristica de putere N= f3(Q, n, , );
- caracteristica de randament = f 4 (Q, n, , );
- caracteristica de NPSH , NPSH = f 5(Q, n, , ).
Fig.6.4 Curbele caracteristice ale unei pompe centrifuge
În cazul pompelor nereglabile semnificaţia parametrilor şi îşi
pierde sensul şi atunci avem:
- caracteristica de sarcină H = f 1 (Q, n); (6.21)
- caracteristica de cuplu M = f 2(Q, n); (6.22)
- caracteristica de putere N= f3( Q, n); (6.23)
Staţiile de pompare din cadrul sistemelor de alimentare cu apă conţin
agregate de pompare ce au, în general, motoare electrice de curent
alternativ ( motoare asincrone).
Turbopompele îşi modifică puterea în funcţie de debit şi, ca
urmare, se modifică încărcarea motorului de acţionare, implicit
randamentul său.
La calculul randamentului sistemului de acţionare trebuie să se
ţină seama de modificarea acestui randament.
166
Cuplarea pompelor
În cazul în care debitul de apă solicitat prezintă fluctuaţii în timp,
se recomandă să se utilizeze mai multe agregate de pompare cu
funcţionare intermitentă. În această situaţie precizarea soluţiei se face pe
baza criteriilor de eficienţă economică. Cuplarea a două sau mai multe
pompe în paralel (Fig.6.6a) se adoptă când debitul total de apă pentru
instalaţii nu poate fi obţinut cu o singură pompă.
Montând în paralel două pompe identice, cu caracteristicile de
sarcină I = II, funcţionarea lor se va realiza după o caracteristică I+II
(Fig.6.6b) care se obţine adunând debitele la aceleaşi presiuni.
a b Fig.6.6 Cuplarea pompelor în paralel; a – schema montării paralele; b – determinarea punctului de funcţionare; 1 – pompa; 2 – motor electric de acţionare a
pompei; 3 – conducta de aspiraţie; 4 – conducta de refulare; 5 – clapeta de reţinere; 6 –
robinet de închidere.
În cazul funcţionării cu o singură pompă punctul de funcţionare
va fi P1, iar în cazul funcţionării a 2 pompe legate în paralel va fi P.
Pentru două sau mai multe pompe cu caracteristici neegale , funcţionarea
167
în paralel este posibilă numai dacă în punctul de joncţiune al conductelor
de refulare se realizează un regim de presiuni egale. Caracteristica de
sarcină comună şi punctul de funcţionare se determină la fel ca în cazul
pompelor identice. Fig.6.6 Cuplarea pompelor în serie; a – schema de montare; b – determinarea
punctului de funcţionare; 1 – pompa; 2 – motor electric de acţionare a pompei; 3 –
conducta de aspiraţie; 4 – conducta de refulare; 5 – clapeta de reţinere; 6 – robinet de
închidere.
a b
Cuplarea a două sau mai multe pompe în serie (Fig.6.6.a) se
adoptă atunci când înălţimea de pompare necesară în instalaţie nu poate fi
obţinută cu o singură pompă. Dacă considerăm funcţionarea în serie a
două pompe identice (Fig.6.6b), se observă că presiunea statică Hp1
corespunde funcţionării unei singure pompe iar Hp corespunde
funcţionării la cuplarea pompelor în serie. Punctul de funcţionare în cazul
unei singure pompe este P1 (Fig.6.6.b).
Pentru a obţine punctul de funcţionare P, în cazul cuplării
pompelor identice în serie, vom construi caracteristica lor C=I+II, de
ordonate duble, calculate în dreptul aceloraşi abscise faţă de cea
corespunzătoare a unei singure pompe. Apoi mutăm curba caracteristică
a instalaţiei în punctul de coordonate (0, H).
Prin mutarea punctului de funcţionare P1 în P debitul va creşte de
la Qp1 la Qp.
168
6.3 Folosirea pompelor cu turaţie variabilă în
automatizarea procesului de pompare. Sistemele de alimentare cu apă a centrelor populate şi a
industriilor impun uneori prevederea a două sau chiar a mai multe trepte
de pompare a apei. Funcţionarea economică a acestor staţii de pompare
este greu de asigurat deoarece debitul de apă cerut de diferite folosinţe
este variabil în timp. În centrele populate sunt cunoscute variaţiile
debitului orar în cursul unei zile. Pentru valori mari ale debitului orar de
apă, parametru cu care se dimensionează instalaţia de pompare, se
observă că durata de funcţionare este foarte redusă. Rezultă că, pentru a
nu se consuma energie suplimentară la funcţionarea pompelor este
necesară o reglare permanentă a agregatului de pompare. Această reglare
se poate face în mod discontinuu sau continuu.
Reglarea discontinuă se poate realiza mai uşor, ea fiind aplicată
de mai multă vreme. În această categorie avem:
- reglarea prin vană, modificând caracteristica de funcţionare a
conductei sau a reţelei;
- reglarea prin funcţionarea cu un număr variabil de pompe, punerea
sau scoaterea din funcţiune făcându-se manual sau automat;
- - reglarea prin intermediul recipienţilor hidropneumatici, instalaţia
cuprinzând una sau mai multe pompe.
Fig.6.7 Reprezentarea caracteristicii pompă – reţea
Aceste reglaje prezintă următoarele dezavantaje:
169
- consum de energie mare, deoarece punctul de funcţionare a
ansamblului pompă – reţea trebuie să se găsească pe curba
caracteristică a pompei (Fig.6.7).
Dintre tipurile de reglare discontinuă, soluţia cu recipienţi
hidropneumatici duce la consum suplimentar de energie, funcţionare la
regimuri mai puţin fiabile pentru pompe şi la uzura accentuată la
organele de obturare.
În practică, la punerea în funcţiune sau în exploatare rareori
parametrii reali corespund cu cei proiectaţi. De aici rezultă că punctul de
funcţionare real al circuitului tehnologic poate fi destul de depărtat de cel
proiectat iniţial. Aceasta conduce la o proastă funcţionare a instalaţiei şi
la necesitatea modificării fie a caracteristicilor reţelei, prin închiderea sau
înlocuirea robinetului, fie a caracteristicilor pompei prin schimbarea
diametrului rotorului sau a pompei. Toate acestea conduc la cheltuieli
suplimentare, la întârzieri şi la pierderi importante de randament, material
şi energie. Se impune deci, ca necesară, o soluţie la condiţiile concrete,
aceasta realizându-se prin variaţia turaţiei agregatului de pompare.
Această reglare permite atingerea uşoară şi imediată a punctului de lucru
optim, fără cheltuieli suplimentare, fără pierderi de materiale, randament
sau energie. Această soluţie se poate realiza astfel:
- prin varierea turaţiei motorului de antrenare;
- prin varierea turaţiei transmise dintre pompă şi motor.
Variaţia debitului de fluid (Q) este direct proporţională cu variaţia
turaţiei agregatului (n) şi se calculează conform relaţiei:
2
1
2
1
n
n
Q
Q (6.24)
Modificarea debitului nu se mai face prin modernizarea
caracteristicii reţelei şi a deplasării punctului de funcţionare F pe
caracteristica fixă a pompei, ca în cazul turaţiei constante (Fig.6.8.a), ci
se va realiza datorită deplasării punctului de funcţionare prin modificarea
caracteristicii pompei.
La diferite turaţii (n1, n2, n3), punctul de funcţionare va fi pe
caracteristica fixă a reţelei (Fig.6.8.b).
170
Fig.6.8.a
Fig.6.8.b
171
Punctul de funcţionare a circuitului, F, rezultă din intersecţia
curbei caracteristice a pompei cu caracteristica reţelei. Acestui punct îi
corespunde un debit Q şi o înălţime de refulare H.
Pentru diferite caracteristici de reţea, R1, R2, R3, R4, rezultate prin
variaţia cursei ventilului unui robinet de reglare, punctul de funcţionare F
se deplasează pe caracteristica pompei în punctele F1,F2, F3, F4,
realizându-se astfel modificarea debitului Q1, Q2, Q3, Q4 şi inclusiv
modificările corespunzătoare înălţimii de refulare H.
Procesele tehnologice necesită, de regulă, o reglare precisă
(1%) şi stabilă a parametrilor, de aceea calculul şi alegerea elementelor
au o mare importanţă. Calitatea reglării depinde de componentele buclei
formate din trei elemente principale:
- elementul de măsură (traductorul);
- elementul de prelucrare a informaţiei şi de comandă (regulatorul);
- elementul de execuţie
Elementul de execuţie acţionează pentru menţinerea constantă a
parametrului respectiv, în marea majoritate a buclelor asupra modificării
debitului unui fluid. Considerând bucla de reglare, schimbarea este foarte
simplă: semnalul de comandă dat de regulator se introduce în
convertizorul de turaţie ( în locul robinetului).
În cazul unui echipament electronic, acesta se conectează între
motorul pompei şi reţeaua de forţă. Fiind comandat de un semnal unificat
(în tensiune 0-10 V sau curent 4-20mA), convertizorul de turaţie poate fi
comandat şi de la un calculator de proces sau de la un element de
comandă manuală. De la el se pot transmite la nivelul superior date
importante: curentul absorbit, tensiunea, turaţia. Dacă este necesară
funcţionarea mai multor pompe în paralel se poate face varierea turaţiei
unei singure pompe, celelalte pompe funcţionând la turaţia nominală,
convertizorul de turaţie putând fi comutat la oricare dintre pompe. Având
în vedere că puterea este direct proporţională cu înălţimea de refulare:
2
1
2
1
H
H
P
P (5.25)
Rezultă că pentru 213
2HH avem 21
3
2PP (5.26)
172
Se obţine astfel o economie de energie de 33%.
În realitate fiecare instalaţie de pompe este supradimensionată şi
lucrează, în general, într-un punct de lucru neraţional [18]. Pompele sun
fabricate şi livrate numai în trepte de putere stabilite. rezultă astfel că,
pentru a aduce instalaţia în diferite puncte de funcţionare dorite în
exploatare, prin variaţia turaţiei se obţine o importantă economie de
energie suplimentară.
În practică putem întâlni următoarele situaţii (Fig.6.10):
I – instalaţii fără înălţime statică. O astfel de instalaţie poate fi
întâlnită în cazul unei instalaţii de pompare la care nivelul de aspiraţie
coincide cu nivelul de refulare, iar conducta reţelei opune o rezistenţă
hidraulică mare. Înălţimea de pompare este:
ra hhH (6.27)
unde: ha – pierderi de sarcină pe aspiraţie;
hr – pierderi de sarcină pe refulare
II – instalaţii cu înălţime statică şi dinamică de pompare. O
astfel de instalaţie reprezintă cazul general şi se întâlneşte când nivelul de
refulare diferă de cel de aspiraţie. Înălţimea de pompare este:
rag hhHH (6.28)
unde Hg – înălţimea geodezică;
III – instalaţii numai cu înălţime de pompare statică (caz
limită). O astfel de instalaţie poate fi întâlnită în cazul în care nivelul de
refulare diferă de cel de aspiraţie, iar conducta de refulare opune o
rezistenţă hidraulică apropiată de zero. Înălţimea de pompare este:
.constHH g (6.29)
Din studiile comparative a mai multor procedee de reglare
[48] se poate observa că, prin modificarea turaţiei se realizează o
economie de energie maximă în instalaţiile de tipul I şi minimă în
instalaţiile de tipul III. Alegerea procedeului optim de reglare trebuie
făcut prin stabilirea economiei de energiei într-o perioadă de timp
anumită precum şi a cheltuielilor de întreţinere.
Odată cu aplicarea procedeelor electronice la acţionarea
motoarelor electrice, reglarea turaţiei este extinsă în unele ţări la scară
industrială.
În favoarea acestei soluţii pledează următoarele avantaje:
173
- se poate realiza o variaţie a turaţiei într-o gamă foarte largă până la
1:10 şi chiar 1:100 din turaţia nominală;
fig.6.10
- se poate integra perfect, uşor şi fără modificări într-o buclă de reglare
automată, echipamentul putând fi comandat de semnalul unificat dat
de regulatorul automat;
- menţine cu precizie turaţia prescrisă;
- se introduce şi se montează într-un sistem existent, fără modificări
mecanice şi de amplasamente.
Aceste avantaje compensează din plin dezavantajul unui cost ridicat.
Introducerea echipamentului electronic de comandă a turaţiei poate duce
la pierderi de energie în echipament şi motor. Aceste pierderi depind de
tipul echipamentului şi de raportul fată de turaţia nominală. Pierderile
globale pot fi considerate ca fiind în medie sub 5%. Acţionarea cu turaţie
variabilă se poate introduce atât la staţiile de pompare aflate în exploatare
cât şi la cele ce urmează a fi proiectate şi care se caracterizează prin
funcţionare în regim cu debit variabil.
Avantajele care decurg din introducerea acestor dispozitive,
numite convertizoare statice de frecvenţă [27], sunt:
174
- reducerea consumului de energie electrică;
- eliminarea suprapresiunilor din reţeaua de distribuţie, ceea ce duce la
diminuarea substanţială a numărului de avarii şi a pierderilor de apă;
- o nouă optică privind alcătuirea staţiilor de pompare, în sensul că, de la
o echipare în sistemul 3+1 se poate trece la 2+1, ceea ce conduce la
suprafeţe construite mici, instalaţii hidraulice simple şi folosirea
pompelor de capacitate mare ce au randamente superioare pompelor de
capacitate mică;
- posibilitatea de a menţine în permanenţă frecvenţa la valoarea de 50 Hz,
ştiind că, în ultimii ani, aceasta oscilează între 46,5 – 48,5 Hz.
Este recomandabil ca introducerea acestor echipamente să se facă
în urma unui studiu tehnico – economic care să arate avantajele şi
dezavantajele folosirii acestora. Variaţia turaţiei turbo agregatelor este
utilizată larg pe plan mondial, urmând şi în ţara noastră să se extindă
într-un număr mai mare de cazuri.
6.4 Monitorizarea şi controlul staţiilor de pompare În vederea retehnologizării staţiilor de pompare din ţara noastră se
impune :
-analiza funcţionării staţiilor actuale
-elaborarea soluţiilor de modernizare
-echiparea staţiilor cu echipamente performante ce au o fiabilitate
ridicată şi consum energetic redus
-monitorizarea şi controlul staţiilor în vederea unei exploatări
eficiente
Sistemul de monitorizare şi control pentru staţiile de pompare
reprezintă o structură de conducere pe următoarele nivele [1] :
-nivelul de câmp – reprezentat de instalaţia tehnologică cu
dispozitive de automatizare;
-nivelul de conducere automată locală – reprezentat de automate
programabile;
-nivelul dispecer local – calculator – cu rol de interfată grafică
pentru proces – interconectat cu automatele programabile;
-nivel dispecer central – calculator de capacitate ridicată
interconectat cu dispeceratele locale –asigurând posibilitatea supervizării
şi corelării întregului sistem de pompare;
175
Conducerea corectă a exploatării prelucrează informaţiile
privitoare la:
- starea instalaţiei
- nivelul apei în cuva de aspiraţie
- nivelul apei în rezervorul de refulare
- presiunea la aspiraţie si refulare
- debitul pompat
- volumul de apă pompat
- consumul de energie
şi comanda de pornire/oprire a agregatelor.
În cadrul staţiilor de pompare sistemul de monitorizare este
conceput să controleze şi să conducă sistemul hidraulic astfel încât să fie
satisfăcută cerinţa de debit şi presiune la consumatori pe baza
principiului de optim economic.
6.5 Pomparea optimizată în sistemele de alimentare
cu apă Problema pompării optime în sistemele de alimentare cu apă are
două direcţii principale:
1. Utilizarea optimizată a pompelor, care reprezintă o problemă de
optimizare care constă în căutarea combinaţiei de pompare cu cel mai
mic consum de energie, în condiţiile sistemului dat;
2. Planificarea optimă a pompelor, care reprezintă o problemă de
optimizare ce ia în considerare stocajul de apă din sistem şi variaţia
tarifelor de electricitate.
Realizarea unui control optimal impune considerarea acestor două
aspecte. Folosind prognozele de debit se poate realiza:
- optimizare indirectă, pentru o anumită perioadă;
- optimizare directă, în cazul echipării informatice a sistemului.
Pentru realizarea acestor obiective este necesară descompunerea
studiului în :
1. – studiul echilibrării reţelei de distribuţie a sistemului în condiţiile
dorite (niveluri ale rezervoarelor de înmagazinare din sistem care
asigură cerinţa sistemului şi ţin cont de variaţia tarifelor de
electricitate – optimizare pe timpul nopţii);
176
2. – studiul prognozelor pentru debite care asigură cerinţa;
3. – studiul staţiilor de pompare din sistem şi agregarea lui.
Astfel se realizează corelarea modelului de simulare a funcţionării
optime a reţelei de distribuţie cu Sp din sistem pentru sistemele cu orice
grad de complexitate.
În sistemele de distribuţie a apei debitele variază continuu în decursul
unei zile. Această variaţie a debitului impune ca pompa (pompele) să fie
capabile de a-şi regla debitele în cursul funcţionării zilnice. Una dintre
cele mai frecvent utilizate metode este funcţionarea în paralel a mai
multor pompe cu viteză constantă. Alte metode folosesc pompe cu viteză
variabilă şi combinaţii de pompe cu viteză variabilă şi constantă
funcţionând în paralel.
Pentru a se putea realiza o exploatare optimă a staţiilor de pompare
este necesară monitorizarea acestora. Parametrii ce trebuie măsuraţi sunt:
debitul pompei Qp, înălţimea de pompare H, momentul sau cuplul la
arbore M, turaţia n, punerea la borne sau la intrarea în grupul de
echipamente electrice aferente unei pompe cu turaţie reglabilă.
Datele necesare pentru determinarea valorilor hidraulice ale pompelor
sunt legate de răspunsul reţelei de distribuţie şi de cerinţele acesteia. O
asemenea corelare se poate realiza numai în baza unei viziuni de
ansamblu a sistemelor studiate. Această problemă de coordonare se poate
realiza cu ajutorul calculatorului şi se furnizează decizii optime în
vederea realizării următoarelor probleme:
- determinarea parametrilor funcţionali;
- studiul funcţionării SP existente în vederea modernizării lor;
- alegerea variantei optime de funcţionare cu consum minim de
energie;
- posibilitatea planificării funcţionării optime în sistem prin folosirea
prognozelor de debit.
Înglobarea modelului prezentat într-o schemă de control optimizat
conduce la economii de energie atât local cât şi global.
6.6. Promovarea eficienţei energetice Un loc primordial în privinţa asigurării unui viitor sigur şi curat îl
reprezintă folosirea eficientă a energiei iar sistemele de alimentare cu apă
sunt consumatori mari de energie.
177
Politica de eficienţă energetică a fost lansată de impactul creat de
criza petrolieră fiind în continuare sub influenţa schimbărilor climatice.
Prin legea nr.3/2001 România a ratificat Protocolul de la Kyoto la
Convenţia cadru a Natiunilor Unite asupra schimbarilor climatice prin
care se obligă la o reducere de 8% a emisiilor de gaze cu efect de seră în
perioada 2008 – 2012 faţă de anul de bază 1989.
Aceste aspecte conferă atât trăsături generale cât şi specifice celor
trei mari zone economice: Europa, S.U.A şi Asia.
Cel de –al VI – lea Program de Actiune pentru Mediu al UE
stabileşte obiectivele de mediu pentru perioada 2001-2010 incluzând şi o
serie de măsuri specifice schimbărilor climatice, ca de exemplu
intensificarea aplicării masurilor de eficienţă energetică.
Economia de energie, prin creşterea eficienţei energetice
reprezintă resursa de energie cel mai uşor de obţinut,nepoluantă în
comparaţie cu resursele de combustibili fosili sau resursele regenerabile
de energie.
Unul din obiectivele politicii UE în protecţia mediului îl
reprezintă reducerea ploilor acide, a emisiilor gazelor cu efect de seră şi a
introducerii celor mai performante tehnologii.
Există o mare diversitate de abordare a politicilor de energie între
statele UE. Astfel în Franţa cadrul institiţional pentru energie a devenit
comun pentru aplicarea programelor de mediu şi a programelor de
creştere a eficienţei energetice prin crearea Agenţiei de Mediu şi de
Gestiune a Energiei .
Având în vedere ca intensitatea energetică a economiei româneşti
este de câteva ori mai mare decât cea din ţările UE, utilizarea eficientă a
energiei reprezintă o prioritate.
România a semnat Protocolul privind Eficienţa Energiei care
prevede:
- realizarea unui Program de eficienţă energetică
- crearea unor condiţii cadru de dezvoltare a activităţii de
eficienţă a energiei
- cooperarea în eficienţa energiei
Implementarea prevederilor Directivei 2003/54/CE privind
regulile comune stabilite pentru piaţa internă de energie, cât şi Directiva
93/76/CEE Save destinată unor programe minimale de economie de
energie reprezintă una din principalele tendinţe.
178
In România Legea energiei electrice nr.318/2003 creează cadrul
juridic general pentru reglementarea desfăşurării activităţilor din sectorul
energiei electrice şi termice care trebuie să se desfăşoare în condiţii de
siguranţă şi calitate pentru a permite utilizarea optimă a resurselor
primare de energie concomitent cu respectarea normelor de protecţie a
mediului.
Directiva 93/76/CEE Save este preluată în legislaţia romănească de:
- Legea nr.199/2000 – eficientă energetică;
- HG. Nr.393/2002 – norme metodologice pentru
implementarea Legii nr.199/2000;
- Ordin MEC nr.312/2003 – prescripţii tehnice privind
designul, executia, asamblarea, repararea,instalarea,
exploatarea şi inspecţia boilerelor de apă caldă;
- Ordinul MIR nr.245/2002 – bilanţuri energetice;
Principalul obiectiv stabilit prin strategia naţională de dezvoltare
energetică pe termen mediu îl reprezintă crearea unor pieţe eficiente de
energie a căror dezvoltare durabilă să fie realizată în condiţiile de înaltă
calitate şi siguranţă a alimentării cu energie, de utilizare eficientă a
energiei şi de protecţie a mediului.
In 2003 România a elaborat Foaia de parcurs în domeniul
energetic care acoperă perioada până în 2015 stabilind direcţiile
principale de acţiune în sectorul energetic în vederea integrării în piaţa
internă de energie a UE.
Ca urmare pentru atingerea obiectivului de reducere a intensităţii
energetice până în 2015 sunt necesare programe speciale orientate în
următoarele direcţii:
- impunerea unor standarde de eficienţa energetică ridicată
pentru toate activitătile consumatoare de energie din
economie şi din activitatea socială:
industrie,transporturi,construcţii,agricultură,servicii;
- creşterea eficienţei energetice în capacităţile existente,
consumatoare de energie;
179
7. Automatizarea şi informatizarea
sistemelor de alimentare cu apă
7.1 Sisteme informatice de management integrat În perspectiva fenomenului de informatizare a economiei apare
necesitatea unei abordări globale din punct de vedere organizaţional şi
tehnologic,asigurându-se astfel corelarea tuturor resurselor implicate şi
minimizarea riscurilor potenţiale.
Un sistem informatic integrat performant este caracterizat printr-o
serie de elemente, ca de exemplu:
- arhitectură flexibilă care permite dezvoltări ulterioare ;
- integrarea cu alte produse informatice şi aplicaţii de calcul;
- transparenţa soluţiilor informatice pentru a asigura o operare
facilă;
- deschiderea spre piaţa virtuală oferită de Internet;
- asigurarea concordanţei cu legislaţia economică actuală;
- existenţa unei politici de securitate;
Obiectivul fundamental al unui sistem informatic integrat este
îndreptat spre următoarele direcţii:
- asigurarea de aplicaţii clasice de gestiune;
- asigurarea de aplicaţii de gestiune elaborată ;
- asigurarea aplicaţiilor de informatică decizională ;
În cadrul unui sistem informatic integrat pentru o regie de apă un
loc important îl reprezintă Sistemul de management tehnic integrat al
apei ce conţine trei subsisteme
1. controlul sursei de apă ;
2. controlul proceselor de tratare ;
3. controlul distribuţiei apei ;
O conducere corectă în cazul procesului de tratare care să
conducă la o optimizare a acestuia ,trebuie să conţină:
-supravegherea calităţii apei în punctele critice
-bilanţul debitelor
180
-bilanţul energiei
-bilanţul substanţelor utilizate
Subsistemul pentru controlul distributiei apei are ca obiectiv
folosirea aparatului informatic pentru gestionarea activităţii de conducere
în timp real a întregului proces de producţie şi distribuţie a apei potabile.
Complexitatea funcţională a unui model informatic de acest gen
este ridicată, decurgând atât din particularităţile activităţilor specifice cât
şi din necesitatea satisfacerii cerinţelor ce decurg din interacţiunea cu alte
activităţi incluse în organizaţie.
Elementele omponente ale sistemului se bazează pe un software
comun de tip GIS [68] şi au următoarele funcţii :
1. Cartografia infrastructurii ; aceasta realizează legături între
subsisteme şi trama stradală cu toate elementele de infrastructură asociate
şi îşi actualizează datele în funcţie de înregistrările efectuate ;
2. Baza de date de reparaţii/intervenţii ;are ca suport trama
stradală cu toate elementele de infrastructură asociate şi gestionează
elementele de intervenţie într-o bază de date ; este actualizată
permanent ;
3. Consumurile de apă şi energie facturate-reprezintă o
componentă a compartimentului financiar oferind date despre
consumatorul de apă şi furnizorul de energie (valori medii) ;
4.Modelare hidraulică (cantitativ şi calitativ) ; datele de intrare
sunt furnizate de subsistemul 1 corelat cu subsistemul 3. Validarea
datelor este realizată prin datele furnizate de subsistemul 5 ;
5. Sistem de monitorizare ; în vederea supravegherii stării unei
retele de distribuţie a apei este necesar să se cunoască mărimile în
punctele de interes,respectiv presiunile şi debitele. La ora actuală se
utilizează sisteme electronice de achiziţie şi de transmisie a datelor cu
ajutorul cărora, de la o staţie dispecer, operatorul poate urmări toate
valorile măsurate, poate fi rapid avertizat de apariţia unei avarii si, poate
stabili un regim de pompare optim. Toate sistemele beneficiază de
pachete software de tip SCADA (Supervisory Control and Date
Aquisition) care gestionează datele colectoare fără să realizeze calcule
complicate.
181
7.2 Sisteme GIS Un sistem GIS (Geographical Information System) reprezintă un
sistem de gestiune a unei baze de date ce prezintă utilizatorului datele
într-un mod interactiv grafic ce poate fi analizat şi interogat. Acest sistem
este un ansamblu constituit din echipamente de calcul, programe, metode
şi norme ce permit procesarea de date şi exploatarea de hărţi geo-
topografice. GIS este considerat un sistem ce înmagazinează cunoştinţe
specifice diferitelor domenii, culese din diverse surse.
Dintre produsele GIS existente, produsele FM (Facilities
Management) sunt produse Expert GIS sau Desktop GIS speciale
realizate pentru managementul reţelelor edilitare. Un astfel de produs va
uşura administrarea, deoarece dispune de diverse funcţii specializate.
Avantajele utilizării unui astfel de sistem sunt :
- uşurează actualizarea datelor ;
- datele sunt bine organizate ;
- analizele şi statisticile sunt uşor de realizat;
- are o eficienţă ridicată;
Ca dezavantaje:
- costuri ridicate şi complexitate;
- dificultăţi în formare de personal;
- nu poate rula într-o retea de scenarii “what if”; alte aplicaţii
dezvoltate pot să folosească baze de date GIS;
Achiziţia de date se poate realiza cu:
-Radarul subpământean – detectează reţelele subterane evitând
săpăturile. Aparatul foloseşte unde de înaltă frecvenţă şi funcţionează pe
principiul sondării pe bază de ecou. La atingerea de către unde a
obiectului cercetat se produc reflexii marcate pe ecranul aparatului prin
distorsiuni ale undei emise şi recepţionate de către o antenă. Şirul de
reflexii dă posibilitatea de a construi o imagine ce se poate reda la faţa
locului pe un monitor iar datele se pot memora pe un laptop.
Detectarea reţelelor subterane se face prin studiul unor secţiuni
transversale pe toată lăţimea străzii cu marcaje din 0,5 în 0,5 m.
-Sateliţi ;cele mai mari colecţii de date geografice sunt
reprezentate de imagini satelitare care sunt imagini raster care pot fi
scanate şi transformate în imagini vectoriale cu ajutorul unor programe
de conversie. Există mai mulţi sateliţi care acoperă teritoriul României,
182
cum ar fi satelitul Eutelsat II F-4 care a fost lansat în 1992 şi este
localizat la 7 E.
- sistemul de poziţionare globală (GPS) care este alcătuit din
următoarele segmente :
- segmentul spaţial ; acesta este format dintr-o constelaţie
de 24 de sateliţi care se rotesc în jurul pământului de două ori pe zi, la o
altitudine de 20.000 km,fiind dispuşi într-unul din cele 6 plane orbitale ;
- segmentul de control (United States Department of
Defence) ;
- segmentul utilizator ; Receptorul GPS determină poziţia
pe baza semnalelor radio primite de la mai mulţi sateliţi (calculează
distanţa fată de fiecare satelit pe baza timpului făcut de semnalul radio şi
a vitezei semnalului,apoi foloseşte aceste distanţe pentru a-şi calcula
poziţia pe Pământ). Receptoarele GPS emit cu o singură frecvenţa sau cu
două, cele din urmă oferind un important avantaj pentru aplicaţiile în
timp real.
Utilizarea bazelor de date spaţiale pentru managementul
sistemelor de utilităţi publice în vederea alinierii la standardele
Uniunii Europene reprezintă în prezent una dintre cele mai
puternice pârghii atât în asigurarea procesul decizional, pe
parcursul activităţii cât şi pentru asigurarea calităţii.
7.3 Controlul optimizat al sistemelor de alimentare
cu apă Împreună cu alte utilităţi publice, managementul sistemelor de
alimentare cu apă are ca scop realizarea unei funcţionări eficiente a
sistemelor cu orice grad de complexitate şi cu costuri ridicate.
În acest context, construirea unor sisteme de automatizare
complexă, integrată, folosind calculatoarele, având structură ierarhizată
(luarea unor decizii pe diverse nivele) şi funcţionând în timp real (timpul
de răspuns este suficient de redus pentru a influenţa în mod semnificativ
evoluţia obiectului condus), constituie un domeniu de cercetare necesar şi
cu perspective deosebite.
183
Structura sistemelor de distribuţie a apei poate fi reprezentată sub
forma unei configuraţii compuse din subsisteme interconectate în
principal prin intermediul rezervoarelor şi a staţiilor de pompare. Pentru
astfel de sisteme, prin conducere operativă şi dispecerizare se realizează
supravegherea şi coordonarea funcţionării subsistemelor de producţie
astfel încât acestea să lucreze cât mai aproape de regimurile nominale
(optime tehnologic), în condiţiile păstrării nivelurilor rezervoarelor în
vecinătatea unor valuri dorite, atât din punct de vedere tehnologic, cât şi
economic, precum şi al respectării termenelor de livrare a apei.
Coordonarea proceselor poate fi considerată ca o optimizare globală şi ca
un nivel distinct de conducere, situat în ierarhie deasupra nivelurilor de
urmărire, reglare şi optimizare a proceselor unitare.
Scopul principal al majorităţii sistemelor informatice constă în
sprijinirea activităţilor legate de luarea unor decizii (alegerea unor căi
optime din mai multe alternative)[30]:
- observarea stării sistemului condus;
- analiza privind culegerea datelor şi efectul deciziilor şi prognozelor;
- identificarea şi evaluarea alternativelor;
- alegerea şi implementarea acţiunilor;
La nivelul unei analize conceptuale se poate observa că, în diferite
etape de maturizare şi dezvoltare istorică, sistemele informatice au
realizat automatizarea diferenţiată a diverselor activităţi din procesul
decizional [40].
Acţiunea de conducere poate fi văzută ca desfăşurându – se în două
etape:
- etapa off – line, de pregătire sau planificare şi programare a
acţiunilor;
- etapa on – line, etapă de execuţie, funcţionare şi corecţie.
Modelul cel mai simplist de sistem informatic realizează
automatizarea informaţiei: datele sunt culese cu ajutorul unui sistem
perfecţionat on – line şi sunt depuse în fişiere (eventual o bază de date
condusă de un sistem de gestiune a bazei de date), în scopul furnizării
către utilizatori a unor date la cerere.
În al doilea stadiu de maturitate se plasează sistemele care includ
modele matematice ce permit automatizarea procesului de analiză a
situaţiei şi evaluare a consecinţelor deciziilor utilizatorului.
184
Următorul stadiu de maturitate este acela în care sistemul de calcul
permite recomandarea acţiunilor, eventual, printr-o procedură de
optimizare.
Ultimul stadiu de maturitate include automatizarea tuturor etapelor şi
activităţilor procesului decizional. În realitate însă, un sistem informatic
concret poate cuprinde elemente din unul sau din mai multe modele de
sistem de forma celor prezentate mai sus.
Conducerea asistată de calculator (Computes Aided Management)
reprezintă conducerea exploatării unei instalaţii complexe cu ajutorul
unui calculator. Pentru aceasta se folosesc diferite trepte ale inteligenţei
artificiale, începând cu calcule off – line până la utilizarea sistemelor
expert care pot înlocui expertul uman în proporţie de 100%. În evaluarea
unui sistem expert [8] de către un utilizator, hardware – ul şi software-ul
necesar joacă un rol important.
Software –ul utilizat poate fi de două feluri: limbaje de programare şi
mijloace ale inteligenţei artificiale (inteligenţa care se atribuie unui
dispozitiv prin care se încearcă reproducerea inteligenţei umane pentru a
realiza o gândire de asemenea artificială: reţele neuronale, fuzzy,
algoritmi genetici, sisteme expert).
În domeniul transportului şi distributiei apei, controlul poate fi
implementat în diverse moduri şi la diverse niveluri de sofisticare [37]. În
continuare sunt ilustrate configuraţiile de control diferite de automatizare.
În Fig. 7.1 se reprezintă un sistem convenţional în buclă deschisă
care utilizează un calculator pentru înmagazinarea datelor asigurând
rapoarte grafice sau numerice ale stării sistemului pentru controlul la
distanţă a diverselor echipamente din reţea şi procesarea comenzilor.
Fig.7.1 Structură convenţională de control
Pe lângă structura prezentată, în Fig.7.2 se oferă şi posibilitatea
accesului la recomandări de strategii de comandă înmagazinate în
185
memoria calculatorului şi care au la bază proceduri standard de
funcţionare adoptate în instalaţia respectivă.
Fig.7.2 Structură de control asistată de calculator
Fig.7.3 Structură de control asistat de calculator cu prognoza consumului
Structura de control în buclă deschisă din Fig.7.2 merge cu un pas
mai departe (în raport cu asistarea de calculator) si prevede un scenariu al
cererii de apă pentru următorul interval de timp, permiţând operatorului
186
să simuleze alegerea unor strategii de control (Fig.7.3). Folosind
rezultatele numerice date de calculator la fiecare simulare de strategie,
operatorul poate efectua alegerea strategiei optime pe care trebuie să o
urmeze.
În următoarea structură de control (Fig.7.4), care este de data
aceasta în buclă închisă, calculatorul oferă scenarii ale cererii ca în şi în
Fig.7.3, considerând totodată starea sistemului şi restricţiile acestuia
împreună cu datele referitoare la costuri.
Fig.7.4
Toate acestea au ca scop selectarea strategiei optime de control. Pe
această bază calculatorul indică execuţia acestei strategii pentru
următorul interval de timp. Un astfel de sistem trebuie să permită şi
controlul de către operator în orice moment.
Controlul asistat de calculator şi operaţiile implicate necesită
dezvoltarea softului şi a sistemului de testare şi alegere pentru instalaţiile
de control (hard). Implementarea începe pe etape, cu cele mai simple
structuri de control, compatibilitatea între hard şi soft fiind foarte
importantă.
Controlul centralizat are ca obiectiv adunarea în acelaşi loc a
informaţiilor culese de pe teren, cum ar fi nivele rezervor, stările pompei,
debite, presiuni, calitatea apei, avarii, etc., precum şi realizarea
187
telecomenzii organelor hidraulice importante: pompe, vane, puncte de
consum locale.
Sistemele de control se bazează pe un singur centru unde datele
primite de la staţiile de telecomandă sunt procesate, clasificate şi
înmagazinate pentru uz. Centrul de dispecerizare foloseşte două seturi de
echipament computerizat. Primul este controlorul principal care
stăpâneşte toate comunicaţiile, procesarea centrală a datelor şi controlul
display – ului. Al doilea va fi pentru funcţionarea sistemului de suport
decizional şi de modelare pentru prognoza cererii de consum,
programarea pompelor, simularea reţelei, analiza şi procesarea datelor.
Scopul regiei de apă este de a reduce nivelul pierderilor şi a
costurilor din cadrul sistemului. Staţiile telemetrice de măsură regională
vor oferi următoarele date:
- înregistrarea pierderilor şi presiunilor şi înmagazinarea acestei
informaţii;
- datele pierderilor sunt procesate pe teren pentru a asigura cererea
minimă, mijlocie şi maximă;
- pierderile din timpul zilei se vor compara cu valorile prestabilite şi se
va trage un semnal de alarmă dacă ele sunt foarte diferite.
Toate acestea au ca scop optimizarea cheltuielilor directe de
exploatare printr-o utilizare mai bună a resurselor şi prin minimizarea
consumurilor de energie.
Beneficii mai mari pot proveni din planul de informaţii cerute pentru
a asigura viitoarea operaţie de planificare, asigurând date pentru
modelarea hidraulică optimă a sistemului, pentru planificarea pompelor şi
simularea reţelelor de distribuţie a apei.
Sistemul de suport decizional (modelare)
Acest sistem este planificat să suplimenteze sistemul de telecontrol
prin asigurarea informaţiilor potrivite necesare la sporirea eficienţei
controlului şi a monitorizării. În plus acesta va asigura suportul
managerial pentru planificarea şi trasarea strategiilor optimale.
În schema studiată sistemul de modelare trebuie să încorporeze
următoarele trei probleme de bază :
- simularea reţelei şi analiza datelor;
- prognoza consumurilor pe termen scurt;
- planificarea pompelor pentru realizarea de economii energetice.
188
Acest sistem suport va avea (Fig.7.5) bază proprie de date, va
interconecta consumatorii şi sistemele telemetrice şi va supraveghea
reţeaua soft pentru a controla activ.
Dat fiind volumul mare de apă, obţinerea unor ameliorări în
funcţionarea sistemului va conduce la efecte economice mari.
În prezent în ţara noastră suntem în faza de început a unui sistem
informaţional când se realizează monitorizarea funcţionării reţelelor de
distribuţie a apei. Aceasta se poate realiza prin implementarea unui
sistem informaţional pe trei nivele ierarhice [56]:
- nivelul 1 – implementarea de senzori şi traductori în reţele;
- nivelul 2 – aparatura de achiziţie şi transmisie de date;
- nivelul 3 – dispecer pentru monitorizarea reţelei de alimentare cu apă.
Fig.7.5 Schemă de control optimizat pentru un sistem de alimentare cu apă
Dacă un sistem de alimentare cu apă dispune de un calculator
local, un program de analiză hidraulică, fişiere de date conţinând
informaţii asupra consumului şi caracteristicilor conductelor precum
şi un model de prognoză a consumului, toate acestea corelate cu un
sistem GIS (Sistem Informatic Geografic) se poate realiza o
planificare a lui oferind multiple avantaje si şi un pas important în
informatizarea activităţii Regiilor de apă.
189
BIBLIOGRAFIE
1. Alexandrescu, O., - Staţii de pompare,ed.”Gh.Asachi” Iaşi,2003
2. Bârsan, Em.,Ignat,C., - Sisteme de distribuţie a apei,Ed.Cermi
Iaşi,2002
3. Bârsan, Em., - Potabilizarea apei cu tehnologia membranelor,
ed.Cermi Iaşi,2002
4. Bârsan, Em., Vâscu V., Gavrilaş G., - Alimentări cu apă, Îndrumar de
proiectare, I.P.Iaşi, Rotaprint 1993;
5. Bârsan, Em., -Retehnologizarea sistemelor de alimentare cu apă,ed. A
– II-a,Editura Cermi,2005,Iaşi
6. Bârsan,Em., - Alimentări cu apă, Ed. Performantica, 2005,Iaşi;
7. Benchimol, G., - Sisteme expert în întreprindere, ETBucureşti, 1993;
8. Brown G., Curtis P., Smith I., - An Automated Approach to Sanitary /
Combined Catchment Performance And Precipitation Impact
Analysis, Sixth Internaţional Conference on Urban Storm Drainage,
Proceedings – vol II, Ontario, Canada, September, 1993;
9. Blăgoi, O., Puşcaş, E., - Tratarea apelor de suprafaţă, Metode
chimice, Ed.Dosoftei,1997;
10. Blăgoi, O., - Construcţii hidroedilitare, vol.I, Ed. Dosoftei Iaşi, 1998;
11. Burghiu, V., Santău, I., Alexandrescu, O., - Instalaţii de pompare,
E.D.P. Bucureşti, 1982;
12. Carpentier, P., Cohen, G., - etat D’equilibre d’un reseau de
distribuţion d’eau; Modelisation Comparaison des methodes de
resoluţion, Centre D’automatique et Informatique, Ecole Naţionale
Supérieure des Mines de Paris, 1993;
13. Degrémont – Meménto technique de l’eau, Paris, 1989;
14. De Shazo, J.R., Cotiuşcă , D., etc., - Un studiu de caz în Iaşi,
România în tranziţie, Evaluarea cererii pentru o infrastructură
îmbunătăţită a mediului urban, 1995;
190
15. Filimon, E., - Contribuţii la calculul reţelelor inelare rezolvate prin
metoda grafurilor, Bul. I. Cluj, 1975;
16. Florea,J., Panaitescu, V., - Mecanica fluidelor, Ed. Did. şi Ped.
Bucureşti, 1979;
17. Florea, V., ş.a., - Desen tehnic de instalaţii, Ed. did. şi Ped. Bucureşti
1990;
18. Gavrilaş, G., - Remarks Concerning the optimizaţion of the pumps
energetic working conditions for the Systems of water distribution,
bul. I.P.Iaşi, Tomul XXX VII (XLI), fasc. 1 – 4, 1991;
19. Gavrilaş, G., - Analiza funcţionării sistemelor de distribuţie a apei
alimentate din mai multe rezervoare şi Staţii de pompare, rev.
Hidrotehnica, 42(1997), Nr.5;
20. Gavrilaş., G., - Modelarea graficelor de consum din nodurile unei
reţele de distribuţie a apei prin grafice tip, Buletinul ştiinţific
Timişoare, 1998, Tomul 43(57), vol.1;
21. Gavrilaş, G., - Optimizarea funcţionării reţelelor de distribuţie a apei
după criteriul minimizării pierderilor de energie, Bul. ştiinţific
Timişoara, 1998, Tomul 43(57), vol.1;
22. Gavrilaş, G., - Folosirea graficelor de consum în analiza regimurilor
de funcţionare a sistemelor complexe de distribuţie a apei, rev.
Hidrotehnica 43, 1998,1;
23. Gavrilaş, G., - Aspecte privind realizarea unor economii energetice la
sistemele de alimentare cu apă prin control optimal, rev. Hidrotehnica
43 (1998),3-4;
24. Gavrilaş, G., Hapurne, T., - Aspects Concerning the Artificial
Intelligence Application în the Water Feeding Control, înternaţional
Symposium on Water Management and Hydraulic Engineering
Dubrovnik, Croaţia, sept. 1998;
25. Gavrilaş, G., - Alimentări cu apă,Teorie şi aplicaţii,Ed.”Cermi”,2003
26. Gavrilaş, G., - Hidraulică urbană, Ed. “Gh.Asachi.” Iaşi,1999;
27. Georgescu, I., - Economii de energie prin acţionarea cu turaţie
variabilă a pompelor în automatizarea proceselor tehnologice,
Energetica nr.3, 1988;
28. Giurconiu, M., Mirel, I., ş.a, - Diagrame, nomograme şi tabele pentru
calculul lucrărilor hidroedilitare, Ed. Facla, 1977;
191
29. Girconiu, M., Mirel, I., ş.a, - Hidraulica construcţiilor şi instalaţiilor
hidroedilitare, Ed. Facla, Timişoara, 1989;
30. Guran, M., Filip, F., G., - Sisteme ierarhizate, în timp real, cu
prelucrare distribuită a datelor E.T.Bucureşti, 1986;
31. Hobjilă,V., Luca,M., Mitroi,A., - Rezervor circular din beton
precomprimat cu fascicole postîntinse segmentate, Ed.Cermi,iaşi,
1999;
32. Harold, D., Gilman., - Replication Modeling for water Distribution
Control, Water technology, aprilie 1973;
33. Iamandi, C., ş.a, - Hidraulica instalaţiilor, elemente de calcul şi
aplicaţii, E.T.Bucureşti, 1985;
34. Ionescu, I., - Grafuri, E.T.Bucureşti, 1973;
35. Ionel, I., - Instalaţii de pompare reglabile, E.T.Bucureşti, 1976;
36. Ioniţă, I., ş.a, - Morfologia şi dinamica albiilor de râuri,
E.T.Bucureşti. 1989;
37. Joel, L., Caves, - Computes applications: A Tool for water
distribution engineering, J.A.W.W.A., 1979;
38. Kisellev, P., G., - Îndreptar pentru calculul hidraulic, E.T.Bucureşti,
1988;
39. Kesavan, K., Chandrashekan, M., - Grafh – Teoretic models for pipe
network analysis, Journal of the Hydr. Div., ASCE, nr. HY2, 1972;
40. Kriebel, C., H., - The future MIS in W.C.House (Ed) interactive
Decision Data Base Systems;
41. Lemieux, F., - Efficient algorithm for distribution networks journal of
the Hydraulics Division, ASCE, nr.HY 11, 1972;
42. Mateescu, Th., - Calculul instalaţiilor sanitare, Ed. Gh., Asachi Iaşi,
1996;
43. Mănescu, Al., Sandu, M., Ianculescu, O., - Alimentări cu apă, Ed.
did. şi ped. Bucureşti, 1994;
44. Mănescu, Al., - Alimentări cu apă, Aplicaţii, Ed. H*G*A*, Bucureşti,
1998;
45. Pâslăraşu, I., ş.a., - Alimentări cu apă, E.T.Bucureşti, 1981;
46. Popescu,Şt., - Curs de maşini hidraulice, Rotaprint, Univ. Tech. Iaşi,
1993;
47. Sârbu, I., - Calculul instalaţiilor pentru construcţii, E.T.Bucureşti,
1994;
192
48. Radu, L., - Efectele reglării caracteristicilor pompelor asupra
reducerii consumului de energie, Energetica nr.4, 1988;
49. Sandu M.,Raviteanu G.,-Manual pentru inspecţia sanitară şi
monitorizarea calităţii apei în sistemele de alimentare cu apă,2005
50. Sztruhar D., Sokac M., Conjunctive Monitoring of a Sewer System
and Receiving Waters in a Medium Sized Community, Water Science
& Technology, vol. 36, nr. 8 – 9, 1997;
51. Spellman F.R., Drinan J.,-„The Drinking Water Handbook”,
Technomic Publishing Co., Lancaster,2000;
52. Teodosiu C.,-Tehnologia apei potabile şi industriale,Ed.Matrix
Rom,Bucureşti,2001;
53. Trofin, P., - Alimentări cu apă, Ed did. şi ped. Bucureşti, 1983;
54. Vintilă, S., Cruceru, T., ş.a., - Instalaţii sanitare şi de gaze,
Ed.T.Bucureşti, 1987;
55. Vintilă,S., etc., - Manualul de instalaţii, ed. Artecno, Bucureşti, 2002;
56. * * * Simpozionul Naţional 10 – 11 aprilie 1997, Bucureşti –
“Reducerea pierderilor energetice şi a consumurilor de apă în
sistemele de alimentare cu apă”;
57. * * * Inauguraţion du centre de control “Eugene Belgrand”, ianuarie
1988;
58. * * * Technique Sciences Methodes, 1970 – 1995;
59. * * * ROMAQUA, 1996 – 1997;
60. * * * Memoratorul inginerului electrician, E.T.Bucureşti 1971;
61. * * * Instrucţiuni de tarifare a consumului de energie ele trică, Renel,
1998;
62. * * * Catalog pompe;
63. * * * Proiecte tip;
64. * * * Colecţia STANDARDE ;
65. * * * Measuring and locating techniques in Communication Cables
in Power Cables, in Water Network, in Sewage Systems,
Reprezentanţa Seba DynatronicR, 1998;
66. *** Catalog tehnic- Palplast SA-tuburi din PEHD,2002 ;
67. * * * Ghid de proiectare şi execuţie a reţelelor şi instalaţiilor
exterioare de alimentări cu apă şi canalizări, 1999
68. *** Sisteme de monitorizare, concepte şi realizări practice, seminar
tehnico –ştiinţific Braşov,2003;
193
69. *** Conformarea uzinelor de apă la directiva Ce 98/83/Ec privind
calitatea apei destinate consumului uman, seminar ştiinţific
Bucureşti,2002;
70 ***Retehnologizarea Uzinelor de apă potabilă,seminar ştiinţific
CNPDAR-UTCB,Bucureşti,1999;
71*** Legi şi acte normative
72*** Ghid privind proiectarea, execuţia şi exploatarea sistemelor de
alimentare cu apă şi canalizare, utilizând conducte din PVC, polietilenă şi
polipropilenă,GP-043/99,IPCT,1999;
73 *** Strategia de dezvoltare durabilă a serviciilor publice de
alimentare cu apa si canalizare „România 2025” – www.ara.ro;
74*** Sanitation and Disease, Health aspects of excreta and wastewaster
management, Word Bank Studies in water Supply and sanitation
75 *** [„A Sustainable Europe for a Better World: A European Union
Strategy for a Sustainable Development”]
76 *** SEC(2005) 161 final, din 09.02.2005,”Indicateurs de
developpement durable pour suivre la mise en oeuvre de la strategie de
developpement durable de l’UE”:
77 *** Proiectul de dezvoltare Rurală (Pr.ID:P057960) –Studii privind
sisteme de alimentare cu apă şi igienizare în mediul rural,februarie 2006;
78.***Programul operaţional Sectorial de Mediu, aprilie
2006,www.mmediu.ro
79.***Ghid de conformare a uzinelor de apă din România la prevederile
Legii 458/2002 privind calitatea apei potabile,Program IB04-
AMTRANS,Bucureşti,2003;
80.***Siguranţa sistemelor de alimentare cu apă şi canalizare,iunie
2006,Bucureşti
![Montare Drop Loc - Floor Installation · 2019. 8. 27. · amortizare se montează prin batere, nu prin suprapunere [8]. Utilizarea sistemelor de încălzire prin pardoseală (apă](https://img.pdfslide.net/doc/110x75/5fdd4778a684ee42ec0cc743/montare-drop-loc-floor-installation-2019-8-27-amortizare-se-monteazf-prin.jpg)
