epurarea microbiologica a apelor reziduale
DESCRIPTION
Epurarea microbiologica a apelor rezidualeTRANSCRIPT
UNIV.TRANSILVANIA DIN BRASOVFacultatea de Alimentaţie şi Turism Specializarea: IMIT
EPURAREA MICROBIOLOGICĂ A APELOR
REZIDUALE DIN INDUSTRIA ALIMENTARĂ
- 2012 –
CUPRINS
1. Introducere ……………………………………………………... 32. Epurarea biologică a apelor uzate în industria alimentară............ 43. Indici de calitate ai apei epurate ………………………………... 124. Concluzii ……………………………………………………… 155. Bibliografie ……………………………………………………… 16
1. Introducere
Apa este un factor indispensabil vieţii. De aceea, în jurul surselor de apă s-a dezvoltat o
diversitate de biocenoze şi chiar civilizaţia umană a fost atrasă de aceste zone. Conform datelor
Organizaţiei Mondiale a Sănătăţii, necesarul minim de apă pentru un om este de 5 l /zi, din care
1,5 - 2 l se consumă ca atare, iar restul se reţine din alimente, sau apare din metabolism.
Necesarul fiziologic este de 2,5 - 3 l /zi, diferenţa până la 3 - 5 l / zi apărând din activităţi fizice
şi datorită temperaturii ambiante. Totuşi, omul utilizează în medie, pe glob, 100 l apă / zi pentru
operaţii de spălare, pregătirea hranei şi alte activităţi în gospodărie. Acest consum zilnic are
valori diferite de la o regiune la alta, sau de la un continent la altul. De exemplu este de 3 l / zi în
Africa şi de peste 1000 l / zi la New York. Consumul de apă a crescut în timp: 500 în 1974
şi aproximativ 1400 în anul 2000.
Pe fondul activităţii antropogene extinse în prezent există o deosebire calitativă şi
principială între schimbările naturale din mediul inconjurător observate mai înainte şi cele care
au loc în natură ca rezultat al activităţii umane.
Astăzi nici omul şi nici alte organisme cu nivel înalt de dezvoltare nu dovedesc să
producă substanţe genetice de apărare împotriva substanţelor fabricate de industrie, care nu au
existat mai înainte în natură şi care sunt străine pentru viaţă.
În cele mai multe regiuni, gestiunea actuală a apelor uzate din industria alimentară , mai
ales de la abatoare, cauzează serioase prejudicii mediului înconjurător.Deversarea liberă a apelor
uzate în mediul înconjurător nu mai reprezintă o soluţie acceptabilă.A devenit necesară o
biotehnologie economică, simplu de utilizat,performanta si usor integrabila in diferite industrii
2. Epurarea biologică a apelor uzate în industria alimentară
În apele reziduale industriale se întîlnesc relativ des substanţe organice în suspensie
(crezol, acid metacrilic, tricrezilfosfat, tributilftalat ş.a.) care se supun parţial (aproximativ 40%)
"mineralizării" biologice, adică descompunerii pînă la , apă şi substanţe neorganice simple.
Mai mult de 60 de substanţe, a căror concentraţie în sistemele active este normală, nu se
supun descompunerii biologice. În asemenea condiţii o problemă acută este susţinerea valorii
biologice depline a apelor naturale sau, altfel spus, micşorarea conţinutului amestecurilor străine
pînă la o concentraţie care asigură desfăşurarea normală a proceselor fiziologice şi biologice din
organismele acvatice, fără urmări genetice negative.
Una din metodele eficace de apărare a elementelor mediului acvatic contra poluării este
epurarea apelor reziduale înainte de a fi evacuate în bazin. Poluarea apelor reprezintă alterarea
calităţilor fizice, chimice şi biologice ale apelor, produsă direct, sau indirect, în mod natural, sau
antropic. Apa poluată devine improprie utilizării normale.
Poluarea poate avea loc : - continuu (permanent), în cazul canalizării dintr-un oraş, sau
rezidiile provenite din industrie şi deversate în ape; - discontinuu, la intervale regulate, sau
neregulate de timp; - temporar (ex. colonii provizorii); - accidental, în cazuri de avarie.
Epurarea biologică urmăreşte eliminarea poluanţilor organici, biodegradabili cu ajutorul
microorganismelor. Au loc procese de fermentaţie aerobă, sau anaerobă, din care se formează
compuşi aglomeraţi (flocoane), care se separă de apă, alături de săruri minerale şi gaze ( ,
, , etc.).
Epurarea biologică se poate realiza pe cale naturală şi artificială. Pe cale naturală, apa
epurată mecanic este colectată într-un bazin colector şi utilizată la irigaţii. Metoda a fost aplicată
în vechime, în Ierusalim, la greci, romani şi chinezi. Investiţiile sunt evident mai reduse, dar
procedeul nu se poate aplica la toate tipurile de apă. Apa nu trebuie să conţină germeni patogeni,
paraziţi, să nu aibă miros neplăcut şi se aplică numai culturilor de porumb şi sfeclă de zahăr.
Epurarea biologică artificială utilizează fie filtre biologice, fie bazine cu nămol activ.
Filtrele biologice (biofiltrele) sunt de fapt bazine umplute cu roci minerale, cocs, cărămidă
spartă,materiale plastice. Biofiltrele au prevăzute sisteme de ventilaţie, pentru eliminarea gazelor.
La suprafaţa granulelor se formează o peliculă de 1 - 3 mm grosime, conţinând materiale
organice şi bacterii aerobe, care descompun substanţele organice. Se aplică substanţelor organice
uşor biodegradabile, aflate în concentraţie scăzută. Bazinele cu nămol activ , sau de aerare,
aerotancuri utilizează fermentaţia aerobă a substanţelor organice din apa reziduală. Ca bazine de
aerare se mai folosesc: şanţuri în teren impermeabil, gropi, canale de beton
Tabelul 1.1. Procedee de prelucrarea a nămolului
Tabelul 1.2. Eficienţa procedeelor de epurare a apelor reziduale la îndepărtarea
unor categorii de substanţ şi bacterii (%)
Sursele majore de poluare a apei in industria alimentară:
Prelucrarea cărnii
Prelucrarea laptelui
Prelucrarea peştelui/ fructelor de mare
Prelucrarea legumelor şi fructelor
Obţinerea amidonului şi glutenului
Fabricarea zahărului
Fabricarea băuturilor alcoolice/ nealcoolice,etc.
Caracteristici generale ale apelor reziduale din industria alimentară:
Turbiditate ridicată
Concentraţii mari de:
-
- FOG (Fats, oils and grease)
- SS (suspensii solide)
Conţinut usual P şi N
Conţinut de chimicale periculoase în general redus.
Variaţie sezonieră mare a debitelor
Variaţii orare mari şi variaţii mari de concentraţie de-a lungul zilei
Majoritatea unităţilor de producţievsunt de talie mică sau medie
Raport uneori neechilibrat CBO:P:N (conduce la creşterea volumului de nămolului)
Efluent colorat.
Industria produselor lactate este sursa majoră de ape reziduale în multe ţări. Deşi nu
pune probleme majore de mediu, trebuie avut in permanenţă în vederea impactului asupra
mediului datorită faptului că poluanţii din aceasta industrie sunt în special de natura
organica.Toate etapele de prelucrare a laptelui au un impact asupra mediului.
În general, rezidurile de la prelucrarea laptelui conţin:
Concentraţii ridicate de materii organice(proteine,zaharuri,lipide);
Concentraţii ridicate de suspensii solide;
Concentraţii ridicate de azot;
Consumuri ridicate de oxigen (CBO, CCO);
Concentraţii ridicate de uleiuri / grăsimi în suspensie;
Variaţii importante de ph.
Prelucrarea laptelui necesită “ tratamente speciale” în vederea reducerii impactului
asupra mediului ambient.
Tratarea apelor reziduale se confruntă cu una din următoarele probleme: taxe ridicate
percepute pentru tratarea apelor reziduale industriale; probleme de poluare când apele reziduale
sunt descărcate direct în mediu sau sunt folosite pentru irigaţii; fabricile care au deja instalate
sisteme biologice de tratare aerobă se confruntă cu problema depozitării nămolului.
Valorile tipice ale CBO şi CCO ale efluenţilor de la prelucrarea laptelui: lapte
integral,lapte degresat, zară, smântână, lapte concentrat, zer, îngheţată:
tVolumul,concentraţia şi compozitia efluentilor proveniti dintr-o unitate de prelucrare a
laptelui sunt in funcţie de: tipul produsului procesat; programul de producţie; modul de operare;
configuraţia unităţii de prelucrare, gradul de management al apei; cantitatea de apăcare se
conservă.
Ape reziduale de la prelucrarea laptelui:
Ape de procesare(utilizate în procesele de răcire/încălzire) – usual libere de poluanţi, pot
fi neutralizate sau deversate în canalizarea pluvială.
Apa de spălare( utilizate în curăţirea recipienţilor, conductelor, instalaţiilor, spaţiilor,etc)
– pot conţine: lapte, iaurt, branză, zer, smântână, culturi starter,etc. Ele mai pot conţine:
agenţi de sterilizare(hipoclorit de sodium), detergenţi, substanţe alcaline(NaOH) sau
acide(ac. azotic sau sulfuric) utilizate pentru CIP. Acestea influenţează: ph-ul apelor
reziduale, conţinutul de P, CBO şi CCO.
Ape reziduale de la grupurile sanitare. Sunt de regulă dirijate spre canalizarea menajeră.
Etapele fluxului de epurare:
Pretatarea:
- Sitarea
- Reglarea ph-ului:
- La curaţirea alcalină: ph = 10- 14
- La curaţirea acidă: ph =1,5 – 6
- Optimul pentru tratarea biologică:ph = 6,5 – 8,5
-Se face cu: acid azotic,ac.sulfuric,Na OH,dioxid de carbon.
- Uniformizarea debitului şi compoziţiei( rezervoare tampon de omogenizare;
amestecare uzuală prin aerare.
- Îndepărtarea grăsimilor:
- cu capcane gravitaţionale
- prin flotaţie cu aer
- prin flotaţie cu aer dizolvat
- hidroliza enzimatică a FOG cu ajutorul lipazelor
Tratarea propriu-zisă:
- Tratarea biologică
- Sisteme aerobe
Procesul convenţional cu nămol activate
Filtre aerobe
Contractoare biologice rotative
Reactor discontinuu secvenţial
Lagune sau iazuri de aerare(necesită spaţiu mare)
- Sisteme anaerobe:
Lagune anaerobe
Reactoare cu agitare
Contactoare anaerobe
Filtre anaerobe
Reactoare în strat expandat sau fluidizat.
În cazul industriei cărnii, efluenţii de la abatoare sunt puternic încărcati cu: solide, materii
plutitoare(grăsimi), sange, dejecţii, compuşi organici derivaţi din proteine.
Compoziţia efluenţilor depinde mult de tipul producţiei sau de configuraţia abatorului.
În cazul consumurilor tipice de apă la abatorizare,exista un grafic legat de consumurile
de apă la abatorizarea porcinelor,enumerate astfel: igiena personala, apa de răcire, sterilizare
cuţite, spălare camere, spălare vehicule, spălare vase, spălare cu jet, curăţire.
Principalele zone de contaminare a apei sunt:
Adăposturile pentru animale
Asomarea şi sângerarea
Jupuirea/ îndepartarea părului
Manipularea intestinelor şi organelor interne
Spălarea carcaselor
Renderizarea
Tranşarea
Operaţiile de curăţire a spaţiilor.
Reducerea volumului de ape reziduale
Reducerea timpului de staţionare a animalelor vii in abator;
Îndepărtarea uscată a dejecţiilor;
Eficacitatea colectării sângelui(400000 mg/l CC0) – reducere cu 40% a volumului
apelor reziduale;
Eficacitatea curăţirii stomacelor de rumegatoare( evacuarea pneumatică “uscată” a
continutului stomacal + spălare cu cantităţi minime de apă);
Spălarea intestinelor în 2 trepte:
- Spălarea primară în baie cu filtre şi recirculare continuă a apei ;
- Clătirea finală cu apă potabilă curată.
Minimizarea cantităţilor de carne şi grăsime cazute pe podeaua sălilor de tăiere;
Minimizarea consumurilor de apă: => efluenţi de volum mic şi concentraţie mare,
care se pretează la prelucrarea prin digestie anaerobă.
Epurarea apelor
Epurarea apelor reprezintă totalitatea operaţiilor efectuate pentru diminuarea
conţinutului de poluanţi, astfel încât concentraţiile rămase să nu provoace poluarea apelor
receptoare. Epurarea se realizează într-o serie de utilaje, care alcătuiesc staţiile de
epurare. Amplasarea staţilor de epurare a apelor uzate (poluate, sau reziduale) se face în
aval de întreprinderea, sau întreprinderile poluante. Evacuarea apelor epurate înapoi în
albia râului are loc în aval, sau în amonte de zona de captare a apei (fig.1.5).In ultima
situaţie, întreprinderea este direct interesată în efectuarea corespunzătoare a epurării apei,
deoarece urmează să o utilizeze în procesul de producţie.
fFig.1.5. Scheme de evacuare a apelor epurate.Aa – în aval faţă de captare; b – în amonte faţă de captare.
Din staţiile de epurare rezultă ape tratate, sau epurate şi nămoluri. Nămolurile se
pot aplica în agricultură, ca fertilizanţi, dar numai după analiza lor, pentru a nu conţine metale
grele, substanţe toxice, germeni patogeni, etc. Utilizarea lor se face numai pe soluri adecvate, în
doze adecvate şi urmărind în timp factorii de mediu.
Procedeele de epurare a apelor reziduale măresc costul produsului, deci trebuie să
fi cât mai simple, într-un număr cât mai redus de faze, cu consumuri specifice reduse de energie
electrică, combustibili şi reactivi. Reactivii se aleg cu preţuri scăzute (aer, calcar, etc.) şi se
urmăreşte dozarea lor corectă, pentru a nu polua apa cu ei. Cheltuielile de epurare se pot reduce
prin recuperarea unor substanţe din apele reziduale şi valorificarea
lor, ca de exemplu: fibre celulozice, grăsimi organice şi uleiuri vegetale, metale (Cu, Ni, Cd, Cr,
Hg, etc.) fenoli, vitamina B12 ş.a. Cheltuielile scad şi dacă se valorifică nămolul, sau dacă se
recirculă apele uzate. Dacă apele epurate sunt eliminate cu conţinuturi mai mari decât limitele
admise de standarde, atunci întreprinderea vinovată de încălcarea legii
plăteşte penalităţi.
Epurarea se realizează printr-o serie de procedee, de natură fizică, chimică şi
biologică.
3. Indici de calitate ai apei epurate
Calitatea apelor este stabilită prin standarde, datorită importanţei pe care o prezintă
pentru siguranţa vieţii şi pentru desfăşurarea activităţilor economice. In România
sunt în vigoare: STAS 1342 - 91 pentru calitatea apei potabile, STAS 4706 - 88 pentru apele de
suprafaţă, STAS 9450 - 73 pentru apele necesare irigaţiilor, Norme de igienă pentru ştranduri
organizate şi o serie de decrete, pentru precizări.
Calitatea apelor se exprimă prin indicatori, stabilizaţi şi calculaţi în urma unor
analize efectuate atât la apele de suprafaţă, cât şi la cele subterane. La apele de suprafaţă
se determină: - indicatori organoleptici; - suspensii; - pH; - CCO; - oxigenul dizolvat; -
CBO; - azotul total; - analize biologice, toxicologice, bacteriologice, de radioactivitate,
eutrofizare, etc. La apele subterane se determină: - pH-ul; - reziduul fix; - CCO.
In anumite situaţii se mai analizează din ape următoarele conţinuturi de substanţe:
detergenţi, pesticide, metale neferoase, fenoli, hidrocarburi, clor, azotat, fluor, iod, fier,
mangan, indicatori de eutrofizare, etc.
Indicatorii organoleptici sunt: culoarea apei, gustul şi mirosul.Suspensiile din apă se
determină după sedimentare şi se exprimă în ml/l. pH-ul reprezintă reacţia acidă, neutră, sau
bazică a apei, deoarece:
pH = - log / /
unde / / reprezintă concentraţia ionilor de hidrogen din soluţie. Mediul acid are pH < 7, mediul
neutru are pH = 7, iar cel bazic, pH > 7.
CCO reprezintă consumul chimic de oxigen, respectiv cantitatea de substanţe ce
se pot oxida la rece, sau la cald, sub acţiunea unor oxidanţi ca , sau
(mg/l).
Oxigenul dizolvat în apă se exprimă în mg/ l. Conţinutul de oxigen dizolvat în apă
scade cu creşterea temperaturii astfel: la C - 14,65 mg , la - 11, 27; la -9,02; la
- 7,44. Conform prevederilor STAS 4706 - 88, limita conţinutului de oxigen de la care o apă
se consideră degradată este de 6 .
- consumul biologic de oxigen, reprezintă cantitatea de oxigen consumată
de microorganisme pentru descompunerea biochimică a substanţelor organice din apă, în
timp de 5 zile, la C (condiţii standard). Se calculează astfel:
mg CBO / = A - B
unde: A - oxigenul din apa recoltată; B - oxigenul rămas în apă după 5 zile.
CBO este un indicator mult utilizat pentru caracterizarea apelor, deoarece arată
dacă apa poate fi epurată biologic, sau nu. Dacă este 0,6 , atunci apa se
poate epura biologic uşor; dacă este 0,2 - 0,4 epurarea biologică trebuie favorizată de
temperatură, iar dacă este sub 0,2 - apa nu este epurabilă biologic.
Analizele biologice determină fero - şi sulfobacteriile, protozoarele, plantele şi
animalele din apa analizată.
Analizele bacteriologice determină conţinutul apei în germeni patogeni specifici,
ca: bacili, cili din tubul digestiv, etc.
Analizele toxicologice stabilesc nocivitatea unor poluanţi, dozele limită de
supravieţuire şi cele letale, folosind testări la peşti şi la crustaceul Daphnia.
Eutrofizarea apelor de suprafaţă (de la trophe = hrană în limba greacă) reprezintă
fenomenul de îmbogăţire cu substanţe nutritive, conţinând azot şi fosfor, care produc
dezvoltarea plantelor de apă. Se spune că apele "înfloresc". După moarte, plantele se
descompun cu ajutorul microorganismelor, consumând oxigenul dizolvat în apă,
degajând gaze cu miros neplăcut (amoniac, hidrogensulfurat, gaz metan). Dispar unele
specii valoroase de peşti, cum este crapul, rămând carasul, care este mai rezistent.
Indicatorii care urmăresc eutrofizarea sunt: conţinutul de oxigen dizolvat în apă,
conţinutul de azot total şi de fosfor total, precum şi de biomasă planctonică, ca substanţă
umedă (mg/dm3).
Probele de apă trebuie corect recoltate, conservate, iar analizele efectuate după
metode standardizate. Aceste probe pun în evidenţă atât poluanţii, cât şi sursele posibile
de poluare. Analizele trebuie efectuate pentru a stabili fondul natural al apelor, depăşirea
valorilor limită admise de standard, atenţionând asupra necesităţii revenirii la fondul
natural.
Condiţii de calitate pentru apa potabilă (mg/dm3)
conform STAS 1342 - 91.
.
4. CONCLUZII
Monitorizarea calității igienice a apei potabile, precum și a calității apelor reziduale
evacuate de acestea sunt condiții necesare pentru toate unitățile alimentare care produc,
prelucrează, depozitează, păstrează, transportă și desfac produse alimentare
Prin utilizarea unor tehnologii moderne de epurare (aplicarea unor metode fizico-chimice
de tratare a apei, utilizarea de combinaţii de filtre biologice) se poate obţine reducerea
semnificativă a cantităţii de nămol rezultate în urma epurării, utilizarea eficientă a spaţiilor libere
existente, creşterea fiabilităţii şi simplificarea operaţiilor de întreţinere.
Niciun procedeu de tratare a apelor uzate nu asigură cu certitudine producerea unui
efluent complet epurat, lipsit de agenți patogeni, deși acesta poate atinge un grad înalt de
purificare.
5. Bibliografie
1. Bara, V., Aurelia Oneţ, 2009, “ Microbiologia deșeurilor”, Ed.Universităţii din Oradea;2. Negulescu M. ş.a.," Epurarea apelor uzate industriale", vol.2, Ed.Tehnică,
Bucureşti, 1989;
3. Vişan S.,Angelescu A.,Alpopi C., "Mediul înconjurător-poluare şi protecţie",Ed.Economică, Bucureşti, 2000;