Read Microsoft Word - capVIII-9 text version

VIII.9

EPURAREA APELOR UZATE PROVENITE DE LA FINISAREA MATERIALELOR TEXTILE

VIII.9.1. Finisarea chimic textil i protecia mediului

VIII.9.1.1. Impactul pe care finisarea chimic textil îl are asupra mediului

Protecia mediului trebuie luat cu necesitate în calcul atunci când se planific dezvoltarea industrial, dac se dorete prezervarea condiiilor de mediu ale planetei în forma lor actual. În ansamblul proceselor ce urmresc punerea de acord a tehnologiilor existente cu cerinele de protejare a mediului înconjurtor, industria textil are responsabiliti importante. Prelucrarea industrial a textilelor este un proces complex, în cadrul cruia finisarea chimic implic un consum mare de ap, i reprezint o surs important de poluare. Industria textil, i finisarea chimic textil în special, a resimit cu severitate rigorile noilor cerine ale pieei i legislaiei în ceea ce privete protecia mediului. Principalele probleme ce intervin sunt legate de poluarea apelor. Finisarea chimic textil depinde de ap ca de un mijloc indispensabil de producie. Apa servete ca mediu de transport a coloranilor, auxiliarilor i a energiei termice. Pe lâng consumul mare de ap, un factor agravant îl constituie modalitatea în care aceast ap este utilizat. Dac în industria chimic, de exemplu, doar 20 % din ap este folosit pentru prelucrare, iar restul pentru rcire, în industria textil în marea majoritate a cazurilor apa se folosete pentru prelucrare, deci gradul de impurificare este sporit (fig. VIII.9.1). Apele uzate rezultate în urma finisrii materialelor textile au o compoziie complex i divers, urmare a diversitii de materii prime i de procedee tehnologice utilizate. Chiar în cazul unei aceleai întreprinderi pot aprea modificri importante în ceea ce privete compoziia apelor uzate, ca urmare a schimbrilor intervenite în structura produciei sau a

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

1993

modificrii procesului tehnologic. Marea diversitate de poluani, precum i modificarea continu a coninutului apelor uzate, fac deosebit de dificil epurarea.

Fig. VIII.9.1. Distribuia consumului de ap în cazul diferitelor industrii.

Principalii parametri ce caracterizeaz apele uzate textile, precum i factorii de influen, sunt prezentai în tabelul VIII.9.1. Caracterizarea câtorva dintre substanele chimice i produsele utilizate în prelucrarea materialelor textile prin prisma efectului de poluare, cu încadrarea lor în cinci categorii de periculozitate, de la 1 ­ foarte puin duntor, la 5 ­ extrem de periculos, este prezentat în tabelul VIII.9.2.

Tabelul VIII.9.1 Poluani ai apelor uzate provenite de la finisarea chimic a materialelor textile Indicator de poluare Poluani Auxiliari de vopsire Detergeni Acizi organici Colorani Ageni încleiere Azot din colorani fosfai 2­9 Indicator de poluare Substane organice în suspensie Poluani Produse de descleiere Rini Colorani dispersie Substane fibroase Colorani Variabil

CBO5

Nutrieni Valoare pH

Culoare Temperatur

1994

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL Tabelul VIII.9.2

Caracteristici de epurare i de impact asupra mediului ale câtorva produse chimice utilizate în finisarea chimic textil Denumire Alcalii Acizi minerali Sruri naturale Ageni oxidani Încleieri pe baz de amidon Uleiuri vegetale, grsimi, ceruri Tenside biodegradabile Acizi organici Ageni reductori Colorani i ageni de albire optic Fibre i impuriti de natur polimer Rini polimere sintetice Siliconi Compui polivinilalcoolici Uleiuri minerale Tenside rezistente la biodegradare Emolieni anionici sau neionici Reactani formaldehidici sau N-metilolici Compui clorurai sau acceleratori Retarderi i emolieni cationici Complexani Sruri ale metalelor grele Caracteristici de epurare Poluani anorganici relativ inofensivi Categorie de poluare* 1

Uor biodegradabili. Prezint CBO5 moderat pân la ridicat

2

Dificil de degradat biologic Dificil de degradat biologic Dificil de moderat biodegradat. Prezint CBO5

3 3

4

Nu pot fi îndeprtai prin tratament biologic convenional. CBO5 neglijabil

5

*1 ­ foarte puin duntor, 2 ­ duntor, 3 ­ periculos, 4 ­ foarte periculos, 5 ­ extrem de periculos.

VIII.9.1.2. Legislaia României cu privire la deversarea apelor uzate

În ara noastr primele msuri de ocrotire a naturii dateaz de la sfâritul secolului XIX i au drept obiect protejarea unor specii de plante i animale. În anul 1930 se adopta Legea pentru protecia monumentelor naturii. Perioada de dup al doilea rzboi mondial va impune în întreaga lume ideea de a proteja mediul înconjurtor în ansamblul su. Prima lege de protecie a mediului înconjurtor aprut în România este Legea nr. 9 din 20 iunie 1973, prin care s-a creat cadrul legal i organizatoric adecvat unei bune protecii a mediului. Aceast lege cuprindea prevederi generale privind noiunile de mediu, protecie, poluare i echilibru ecologic i situeaz protecia mediului printre problemele de interes naional. În anul 1991, prin Hotrârea Guvernului nr. 264 din 12 aprilie, s-a înfiinat Ministerul Mediului ­ autoritatea central de stat care organizeaz activitatea de protecie a mediului la scar naional. La 29 decembrie 1995 s-a adoptat o nou Lege a proteciei mediului

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

1995

nr. 137, la baza creia, în scopul asigurrii unei dezvoltri durabile, stau urmtoarele principii i elemente strategice (stipulate în articolul 3): a) principiul precauiei în luarea deciziei; b) principiul prevenirii riscurilor ecologice i a producerii daunelor; c) principiul conservrii biodiversitii i a ecosistemelor; d) principiul "poluatorul pltete"; e) înlturarea cu prioritate a poluanilor care pericliteaz nemijlocit i grav sntatea oamenilor; f) crearea sistemului naional de monitorizare integrat a mediului; g) utilizarea durabil; h) meninerea, ameliorarea calitii mediului i reconstrucia zonelor deteriorate; i) crearea unui cadru de participare a organizaiilor neguvernamentale i a populaiei la elaborarea i aplicarea deciziilor; j) dezvoltarea colaborrii internaionale pentru asigurarea calitii mediului. În ceea ce privete principala cale de direcionare a substanelor poluante din industria textil ­ poluarea apelor ­ aceasta reprezint ,,modificarea direct sau indirect a compoziiei sau strii apelor unei surse oarecare, ca urmare a activitii omului, în aa msur încât ele s devin mai puin adecvate tuturor sau numai unora din utilizrile pe care le pot cpta în stare natural". În ara noastr este în vigoare Legea nr. 107/1996, Legea apelor, publicat în Monitorul Oficial nr. 244, din 8 octombrie 1996, care stabilete: a) definirea i interdicia polurii apelor i prevederea de a se stabili prin lege concentraii admisibile a substanelor poluante; b) interdicia de a evacua ape uzate cu coninut de substane poluante depind pe cel stabilit fr o epurare prealabil care s conduc la încadrarea în limite; c) obligativitatea de a adapta tehnologiile pentru a conduce la ape uzate în cantiti cât mai mici, cât mai puin nocive, de a recupera deeurile valorificabile i substanele utile din apele uzate; d) integrarea epurrii apelor în procesul de producie; e) interdicia drii în exploatare de uniti noi sau dezvoltarea celor existente fr darea în funciune concomitent a instalaiilor de epurare sau fr alte msuri de protecie a apelor; f) interdicia realizrii de lucrri noi sau dezvoltri a alimentrilor cu ap fr asigurarea concomitent a capacitii de epurare corespunztoare; g) oprirea funcionrii unitii sau a instalaiei care provoac poluarea apelor, ameninând sntatea populaiei sau provocând pagube economiei naionale, pân la înlturarea cauzelor; h) introducerea de penalizri în cazul unitilor care nu se încadreaz în indicii de calitate ai apelor uzate. Legea definete drept infraciune evacuarea, aruncarea sau injectarea în apele de suprafa sau subterane, în apele maritime interioare sau în apele mrii teritoriale de ape uzate, deeuri, reziduuri sau produse de orice fel, care conin substane în stare solid, lichid sau gazoas, bacterii sau microbi, în cantiti sau concentraii care pot schimba caracteristicile apei, fcând-o astfel duntoare pentru sntatea i integritatea corporal a persoanelor, pentru viaa animalelor i mediul înconjurtor, pentru producia agricol sau industrial ori pentru fondul piscicol. Pedeapsa este închisoare de la un an la 5 ani. Condiiile în care se poate accepta evacuarea apelor uzate în canalizrile publice ale localitilor, astfel încât s se asigure protecia i funcionarea normal a acestora, precum i protejarea mediului de efectele descrcrilor de ape uzate, sunt stabilite de Normativul

1996

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

publicat în Monitorul Oficial din 6.11.1997. Aici se precizeaz c evacuarea apelor uzate în reelele de canalizare ale localitilor este permis numai dac prin aceasta: i) nu se degradeaz construciile i instalaiile reelelor de canalizare i ale staiilor de epurare; j) nu se diminueaz capacitatea de transport a canalelor prin depuneri sau obturri; k) nu se aduc prejudicii igienei i sntii publice sau personalului de exploatare; l) nu se perturb procesele de epurare din staiile de epurare i nu se diminueaz capacitatea acestora; m) nu se creeaz pericol de explozie. Potrivit acestui normativ, apele uzate care se evacueaz în reelele de canalizare ale localitilor nu trebuie s conin în seciunea de control: 0. materii în suspensie, ale cror cantitate, mrime i natur constituie un factor de erodare a canalelor, provoac depuneri sau stânjenesc curgerea normal, cum sunt: n) materiale care la vitezele realizate în colectoarele de canalizare corespunztoare debitelor minime de calcul ale acestora pot genera depuneri în colectoare; o) diferite substane care se pot solidifica i pot obtura seciunea canalelor; p) corpuri/solide, plutitoare sau antrenate, care nu trec prin grtarul cu spaiu liber de 20 mm între bare, iar în cazul fibrelor sau firelor textile sau al materialelor similare, care nu trec prin sita cu latura ochiului de 2 mm; q) suspensii dure i abrazive, care prin antrenare pot provoca erodarea canalelor; r) pcur, uleiuri, grsimi sau alte materiale, care, prin form, cantitate sau aderen, pot duce la crearea de zone de acumulri sau de depuneri pe pereii canalului colector; s) substane care, singure sau în amestec cu alte substane coninute în apa din reelele de canalizare, coaguleaz, creând riscul depunerii lor pe pereii canalelor care duc la apariia de substane agresive noi. 1. substane cu agresivitate chimic asupra materialelor din care sunt realizate reelele de canalizare i staiile de epurare a apelor uzate din localiti. 2. substane de orice natur care, plutitoare sau dizolvate, în stare coloidal sau în suspensie, pot stânjeni exploatarea normal a canalelor i staiilor de epurare a apelor uzate, sau care împreun cu aerul pot forma amestecuri explozibile. 3. substane toxice sau nocive, care singure sau în amestec cu apa din canalizare pot pune în pericol personalul de exploatare a reelei de canalizare i a staiei de epurare. 4. substane cu grad ridicat de periculozitate (metale grele i compui ai lor, compui organici halogenai, compui organici cu fosfor i/sau staniu, pesticide, substane chimice toxice, carcinogene, mutagene sau teratogene). 5. substane care, singure sau în amestec cu apa din canalizare, pot degaja mirosuri care s contribuie la poluarea mediului înconjurtor. 6. substane colorante, ale cror cantitate i natur, în condiiile dilurii realizate în reeaua de canalizare i în staia de epurare, determin modificarea culorii apei din resursele de ap în care se evacueaz apele epurate. 7. substane inhibitoare ale procesului de epurare a apelor uzate sau de tratare a nmolului.

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

1997

8. substane organice greu biodegradabile în cantiti ce pot influena negativ procesul de epurare biologic. Indicatorii de calitate ai apelor uzate evacuate în reelele de canalizare ale localitilor sunt cuprini în tabelul VIII.9.3.

Tabelul VIII.9.3 Nr. Indicatorul de calitate crt. 1. Temperatura 2. Concentraia ionilor de hidrogen (pH) 3. Materii în suspensie Consum biochimic de oxigen la 5 zile 4. (CBO5) Consum chimic de oxigen ­ metoda cu 5. bicromat de potasiu (CCO­Cr)1 6. Azot amoniacal (NH4+) 7. Fosfor total (P) 8. Cianuri (CN­) 9. Sulfuri i hidrogen sulfurat (S2­) 10. Sulfii (SO32­) 11. Sulfai (SO42­) Fenoli antrenabili cu vapori de ap 12. (C6H5OH) 13. Substane extractibile cu eter de petrol Detergeni sintetici anion activi 14. biodegradabili 15. Plumb (Pb2+) 16. Cadmiu (Cd2+) 17. Crom trivalent (Cr3+) 18. Crom hexavalent (Cr6+) 19. Cupru (Cu2+) 20. Nichel (Ni2+) 21. Zinc (Zn2+)2 22. Mangan (Mn2+) 23. Clor liber (Cl2)

1

U.M. C unit pH mg/dm3 mg/dm3 mg/dm3 mg/dm mg/dm3 mg/dm3 mg/dm3 mg/dm3 mg/dm3 mg/dm3 mg/dm

3 3 o

Valorile limit admise 40 6,5­8,5 300 300 500 30 5,0 0,5 0,5 10 400 30 20 30 0,5 0,1 1 0,1 0,1 1 1 1 1

Metoda de analiz ­ STAS 8619/3­90 STAS 6953­81 STAS 6560­82 SR ISO 6060­82 STAS 8683­70 STAS 10064­75 STAS 7685­79 STAS 7510­66 STAS 7661­89 STAS 8601­70 STAS 7167­92 STAS 7587 ­ 96 SR ISO 7875/96 STAS 8637­79 SR ISO 5961/93 STAS 7884­91 STAS 7884­91 STAS 7795­80 STAS 7987­67 STAS 8314­87 STAS 8662­70 STAS 6364­78

mg/dm3 mg/dm mg/dm3 mg/dm3 mg/dm3 mg/dm3 mg/dm3 mg/dm3 mg/dm3 mg/dm3

3

Valoarea concentraiei CCO-Cr este condiionat de respectarea raportului CBO5/CCO mai mare sau egal cu 0,4. Pentru verificarea acestei condiii, vor putea fi utilizate i rezultatele determinrii consumului chimic de oxigen prin metoda cu permanganat de potasiu, urmrind cunoaterea raportului CCO-Mn/CCO-Cr caracteristic apei uzate. 2 Pentru localitile a cror ap de alimentare din reeaua de distribuie conine zinc în concetraie mai mare de 1 mg/dm3 se va accepta aceeai valoare i la evacuare.

Atunci când apele uzate sunt deversate direct în cursurile de ap* valorile limit admisibile ale principalelor substane poluante sunt cuprinse în tabelul VIII.9.4.

Valorile limit ale principalelor substane poluante nu se refer la evacuarea apelor uzate în subteran, lacuri naturale sau de acumulare ori în Marea Neagr.

*

1998

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL Tabelul VIII.9.4

Nr. Substana poluant sau indicatorul crt. de încrcare 1. Materii în suspensie 2. Consum biochimic de oxigen (CBO5) 3. Hidrogen sulfurat i sulfuri (H2S) 4. Cianuri (CN) 5. Fier total ionic 6. Mercur (Hg) 7. Cadmiu (Cd) 8. Plumb (Pb) 9. Zinc (Zn) 10. Detergeni anionici biodegradabili 11. Fenoli antrenabili cu vapori de ap 12. Concentraia ionilor de hidrogen (pH)

1

U.M. mg/dm3 mg/dm3 mg/dm3 mg/dm3 mg/dm3 mg/dm3 mg/dm3 mg/dm3 mg/dm3 mg/dm3 uniti pH

Valorile limit admisibile în funcie de gradul de diluie care se realizeaz Grad de diluie1 1 50 100 25 100 200 15 60 100 0,1 1 2 0,1 1 2 2 5 8 0,01 0,01 0,01 0,1 0,1 0,1 0,2 0,2 0,2 0,1 0,5 1 0,5 15 30 0,02 6,5 8,5

­

0,3 6,5 8,5

­

0,6 6,5­8,5

Gradul de diluie reprezint raportul dintre debitul menim anual, cu asigurarea de 95% al cursului de ap receptor, i debitul total de ape uzate evacuat. Debitul mediu lunar minim anual, cu asigurarea de 95% al cursului de ap receptor, se stabilete de organele de gospodrire a apei competente. Pentru unitile care descarc ape uzate prin mai multe guri de evacuare, gradul de diluie se determin corespunztor debitului total evacuat.

VIII.9.2 Metode de epurare a apelor uzate industriale

Procedeele de epurare a apelor uzate se pot grupa în diferite nivele, numite trepte de epurare. Reinerea poluanilor nedizolvai constituie operaia de epurare mecanic. Pentru separarea substanelor coloidale emulsionate sau pentru neutralizarea substanelor chimice nocive este necesar intervenia unui reactiv. Aceasta este operaia de epurare chimic, frecvent aplicat în cazul apelor uzate industriale. Fenomenul natural de mineralizare a substanelor organice sub aciunea microorganismelor, element determinant în procesele de autoepurare, este punctul de plecare pentru epurarea biologic. Fiecare dintre operaiile enunate acioneaz asupra unei anumite categorii de poluani. În cazul unui efluent cu compoziie complex epurarea va trebui s conjuge toate aceste metode. O astfel de instalaie va avea deci trei trepte de epurare: o treapt mecanic, una chimic i una biologic. În cazul când reactivii sunt utilizai numai pentru ameliorarea eficienei de separare a suspensiilor fine (auxiliar al epurrii mecanice), nu se poate spune c exist o treapt de epurare chimic distinct. Epurarea va fi mecano-chimic i se va intitula epurare primar, iar treapta biologic va fi denumit epurare secundar. Exigenele actuale nu mai consider suficient în toate cazurile epurarea biologic. Efluentul epurat biologic poate fi încrcat cu compui azotoi i fosfai ce favorizeaz eutrofizarea apelor, iar alte produse, cum ar fi detergeni, pesticide, colorani, sunt evacuate nemodificate. Într-o astfel de situaie se impune realizarea unei faze de epurare teriar, bazat pe procedee fizico-chimice intensive, extrem de eficace, dar i costisitoare. În aceast categorie intr procedeele de adsorbie, osmoz invers, electrodializ, .a.

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

1999

Eficiena procentual a epurrii în cazul diferitelor etape exprimat în scderea consumului biochimic de oxigen i a coninutului de suspensii este prezentat în tabelul VIII.9.5.

Tabelul VIII.9.5 Eficiena procentual a epurrii Faza de epurare Grtare Decantare Epurare chimic i decantare Filtru biologic cu încrcare mare, cu decantare preliminar i secundar Filtru biologic cu încrcare mic, cu decantare preliminar i secundar Epurare biologic cu nmol activ i decantare Decantare i filtrare prin nisip Decantare i filtrare prin pmânt Epurare biologic i filtrare prin nisip Decantare i clorinare Epurare biologic i clorinare Scdere procentual a: consumului biochimic coninutului de de oxigen suspensii 5 ­ 10 5 ­ 20 ­ 25 40 40 ­ 70 ­ 53 85 70 ­ 90 50 ­ 95 80 ­ 90 75 ­ 95 80 ­ 95 90 ­ 95 90 ­ 98 40 ­ 70 75 ­ 98 65 ­ 90 70 ­ 90 85 ­ 95 75 ­ 95 85 ­ 95 85 ­ 95 40 ­ 70 65 ­ 95

VIII.9.2.1. Uniformizarea debitelor i concentraiei apelor uzate industriale

În marea majoritate a situaiilor concrete din industrie apele uzate au debite ce fluctueaz în anumite limite, înregistrându-se de asemenea importante neuniformiti în ceea ce privete concentraia poluanilor. Aceste neuniformiti determin serioase neajunsuri în epurarea apei uzate, deoarece perturb regimul de curgere în staiile de epurare. Frecvent în instalaiile de uniformizare au loc transformri ce uureaz epurarea propriu-zis, i anume reacii de neutralizare între agenii poluani, reacii de oxido-reducere, procese de precipitare. Exist surse de ap uzat pentru care uniformizarea debitelor i a concentraiilor poate constitui singura msur necesar pentru protecia receptorului împotriva ocurilor de poluare, atunci când gradul de diluie pe termen lung este suficient de mare. Construcii pentru egalizarea apelor uzate. Aceste construcii constau din bazine, al cror volum se calculeaz pe baza msurtorilor de debit i concentraie, prevzute cu sisteme de amestecare i aerare pentru meninerea condiiilor aerobe i pentru a evita depunerea de sedimente. Amplasarea bazinelor de egalizare se realizeaz în amonte fa de staia de epurare, dup instalaiile de preepurare destinate îndeprtrii impuritilor grosiere sau grele (grtare, site, deznisipatoare). Amplasarea fa de colectorul de canalizare se poate face în serie sau în derivaie. În prima situaie, când întregul debit trece prin bazin, nivelarea concentraiilor este foarte bun, dar i nevoile de pompare sunt mai mari decât în a doua situaie, când numai surplusul de ap uzat care depete debitul mediu este deviat prin bazinul de egalizare.

2000

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

În cazul în care o singur surs este responsabil de neuniformitile de debit i concentraie, bazinul de egalizare se poate amplasa lâng sursa respectiv. În acest bazin, de dimensiuni mai mici decât cel necesar pentru egalizarea efluentului general, se stocheaz apele uzate ale sursei perturbatoare, care sunt evacuate cu debit constant în efluentul general.

VIII.9.2.2. Procedee mecanice de epurare a apelor uzate

Sunt acele procedee în care substanele poluante nu sufer transformri de natur chimic. Prin procese fizice este posibil îndeprtarea din apele uzate a suspensiilor solide. Din aceast categorie de procese fac parte separaia gravitaional, filtrarea i transferul de faz.

VIII.9.2.2.1. Separarea gravitaional

Se disting urmtoarele tipuri de procese de separare sub aciunea forei gravitaionale: - procese ce au loc sub aciunea gravitaiei terestre normale: · pentru particule nedizolvate în ap cu densitatea medie mai mare decât a apei are loc procesul de sedimentare; · pentru particule nedizolvate în ap cu densitatea medie mai mic decât a apei are loc procesul de flotaie; - procese ce au loc sub aciunea unui câmp gravitaional mrit prin punerea în rotaie a sistemului ­ centrifugarea. VIII.9.2.2.1.1. Sedimentarea Reprezint procesul de separare din apele uzate a particulelor solide cu densitate medie mai mare ca a apei prin depunere gravitaional. Prin sedimentare se pot îndeprta atât suspensii anorganice i organice, cât i coloizi, în cazul unei prealabile tratri cu un coagulant. În funcie de condiiile de sedimentare se pot distinge patru situaii: - sedimentarea particulelor discrete (sedimentarea de tip I), caracteristic suspensiilor diluate nefloculante; - sedimentarea cu floculare (sedimentare de tip II), caracteristic suspensiilor diluate floculante; - sedimentarea frânat (în mas sau în grup), care reprezint un proces de sedimentare colectiv a unei suspensii de concentraie medie lipsit de caracteristici de floculare; - tasarea nmolului, ce intervine atunci când concentraia flocoanelor crete pân la un punct când particulele ajung în contact fizic unele cu celelalte i sunt suportate parial de straturile inferioare de particule. Sedimentarea particulelor discrete. Se refer la acele particule ce nu îi modific forma, dimensiunile i masa i a cror deplasare nu este influenat de prezena altor particule sau a pereilor bazinului de sedimentare, deci la sedimentarea particulelor ce nu floculeaz aflate în dispersie diluat. În aceste condiii, sedimentarea poate fi considerat ca depinzând numai de proprietile lichidului i de caracteristicile particulelor. O astfel de particul, sub influena forei de gravitaie i a forei de frecare cu apa, va avea la început o micare descendent accelerat, pân la echilibrarea celor dou fore, când micarea va deveni uniform(cu condiia ca temperatura apei s nu varieze).

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2001

Sedimentarea particulelor într-un bazin ideal cu curgere continu orizontal este prezentat în fig. VIII.9.2.

Fig. VIII.9.2. Reprezentarea schematic a decantrii particulelor individuale.

Traiectoria particulelor discrete rezult din însumarea vectorial a vitezei de sedimentare, vs i a vitezei de curgere a apei, vc. Particulele caracterizate de o vitez de sedimentare limit, vo, egal cu raportul dintre adâncimea bazinului, ho i timpul de parcurgere a acestuia de ctre o particul de ap, to, se vor depune la extremitatea dinspre zona de evacuare a bazinului (dac s-au aflat iniial la suprafaa apei). Toate particulele caracterizate de o vitez de sedimentare superioar vitezei vo sunt reinute în interiorul bazinului de sedimentare. În practica proiectrii i construciei bazinelor de decantare se utilizeaz parametrul de încrcare hidraulic de suprafa, vo, ce reprezint viteza de sedimentare a particulelor ce se depun la limit, toate particulele cu viteze de sedimentare mai mici fiind eliminate cu efluentul. Aceast vitez este egal cu raportul dintre debitul de ap uzat ce trece prin bazin Q i aria suprafeei orizontale a zonei de sedimentare A:

Q (VIII.9.1) [ m s] A La încrcri hidraulice egale, eficiena de îndeprtare a suspensiilor prin sedimentare variaz în funcie de concentraia i caracteristicile acestora, aa cum se poate observa din tabelul VIII.9.6. Vo =

Tabelul VIII.9.6 Eficiena îndeprtrii suspensiilor prin sedimentare Natura suspensiilor Flocoane de hidroxizi de fier i de aluminiu Precipitat de carbonat de calciu Substane organice insolubile în ap Flocoane de nmol activ Greutate specific, kg/dm3 1,002 1,2 1,001 1,005 Încrcare Timpul de Viteza de sedimentare, hidraulic, retenie cm/s m3/m2zi hidraulic, h 8,310­2 4.210 4.210­2 210­1

­2

24 ­ 72 24 ­ 115 23 ­ 32 32 ­ 48

2­8 1­4 1­2 1­2

Sedimentarea cu floculare. Proprietile de sedimentare a unei suspensii diluate de particule ce prezint capacitate de floculare difer de cele ale unei suspensii de particule nefloculante. În acest caz particulele mai grele, cu viteze de sedimentare mai mari, ajung

2002

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

din urm i se unesc cu particulele mai mici, formând flocoane cu vitez de sedimentare crescut. Deoarece posibilitatea contactului între particule sporete o dat cu distana parcurs, în acest caz îndeprtarea materiilor în suspensie va depinde nu numai de încrcarea hidraulic de suprafa, ci i de adâncimea bazinului.

Fig. VIII.9.3. Reprezentarea schematic a sedimentrii în mas.

Sedimentarea frânat (în mas). Acest tip de sedimentare corespunde suspensiilor concentrate, unde distana dintre particule este mic, acestea stânjenindu-se în micarea lor descendent, în timp ce lichidul la rândul su frâneaz sedimentarea prin micarea sa ascensional printre particule (fig. VIII.9.3). Imediat dup începerea sedimentrii se formeaz un plan de separare cu micare descendent, care separ zona limpede de zona cu suspensie. Zona cu suspensie cuprinde la rândul ei trei subzone: zona concentraiei uniforme, aflat imediat sub planul de separare, zona de tranziie i zona de tasare. Cu timpul toate zonele, cu excepia celei de lichid limpezit i a celei de nmol, dispar dac nu se introduc noi particule solide în coloan. Pentru a realiza sedimentarea suspensiilor viteza de deplasare a planului de separare de sus în jos trebuie s fie egal cu viteza de deplasare a apei de jos în sus printre flocoane. Tasarea nmolului. Tasarea nmolului constituie un proces foarte lent, în care lichidul dislocat se scurge printr-un spaiu poros redus i în continu reducere. Viteza de tasare scade în timp din cauza creterii rezistenei la scurgerea lichidului. Porozitatea sedimentului depus la partea inferioar este cea mai redus, din cauza compresiunii cauzate de particulele aflate deasupra i a duratei mari de tasare. Construcii i instalaii pentru sedimentare. În funcie de viteza de sedimentare a particulelor se deosebesc dou categorii de instalaii pentru sedimentare: - deznisipatoarele, utilizate pentru eliminarea particulelor mai greu sedimentabile; - decantoarele, utilizate pentru eliminarea particulelor ce sedimenteaz mai greu.

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2003

Deznisipatoarele sunt bazinele ce au rolul de a reine suspensiile granulare (nisipul, praful, pietrele, cenua, i alte materiale minerale grele numite cu un termen generic ,,nisip"). Prin existena acestei trepte de tratare, numit deznisipare, înaintea decantrii se asigur: - împiedicarea aciunii abrazive asupra utilajului mecanic, în special a instalaiilor de pompare; - reducerea pericolului de înfundare a unor instalaii din staia de epurare prin micorarea acumulrilor de materiale consistente; - eliminarea selectiv a suspensiilor inerte, excluzându-se suspensiile putrescibile; - simplificarea evacurii i transportului nmolului primar. Principala deosebire dintre deznisipatoare i decantoare o constituie viteza de curgere a apei, respectiv timpul de staionare a apei în decantor. Deznisipatoarele constau din bazine înguste, prevzute uneori cu agitare (cu aer sau hidraulic) pentru a împiedica înglobarea în sedimente a suspensiilor organice. În general bazinele sunt compartimentate, pentru a face fa variaiilor de debit. Dup direcia principal a curentului de curgere, deznisipatoarele pot fi orizontale sau verticale. Deznisipatoarele orizontale (fig. VIII.9.4) const din dou sau mai multe canale înguste i relativ puin adânci. La intrare se afl un grtar pentru reinerea corpurilor plutitoare. Panta rigolei este de 0, 5­2%. Apa circul cu o vitez medie de 0, 3 m/s, timpul de staionare fiind de 0, 5­1 minute.

Fig. VIII.9.4. Deznisipator orizontal: 1 ­ grtar; 2 ­ camer de linitire i de distribuie a apei; 3 ­ camer de depunere; 4 ­ rigol.

2004

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

Deznisipatoarele verticale (fig. VIII.9.5) sunt cilindrice i ocup un spaiu mai redus decât cele orizontale. Apa intr în tubul central, coboar i apoi urc prin spaiul inelar cu o vitez de 0,02­0,05 m/s, depunerile colectându-se la partea inferioar, de form tronconic. Timpul de staionare a apei este de 0,5­1,5 min.

Fig. VIII.9.5. Deznisipator vertical: 1 ­ compartimentul central de intrare; 2 ­ conduct de evacuare nmol.

Evacuarea reziduului colectat în deznisipatoare se poate face manual, în cazul instalaiilor de capacitate redus, sau mecanic ori hidraulic în cazul debitelor mari. Evacuarea manual se realizeaz dup scoaterea din funciune a compartimentului respectiv. De regul intervalul între dou curiri este de 30 de zile. Evacuarea mecanic a nmolului colectat în deznisipatoare se poate realiza folosind urmtoarele tipuri de dispozitive: - cu raclei i nec; - cu raclei, grap de nisip i pomp fix sau hidroelevator; - cu pompe mobile. Decantoarele sunt instalaiile în care sedimenteaz cea mai mare parte a substanelor în suspensie din apele uzate (circa 70­80%). Decantoarele orizontale sunt bazine de beton dreptunghiulare, cu axa principal în direcia de curgere a apei, a cror lungime rareori depete 30 m, pentru a preveni astfel efectele prea pronunate ale vântului, iar adâncimea este de pân la 4,5 m. Fundul bazinelor are o pant uoar de circa 1%. Prin bazin apa circul cu o vitez de 5­20 mm/s, timpul de staionare variind între 0,5 i 2 ore. În fig. VIII.9.6 sunt prezentate câteva dintre cele mai întâlnite tipuri de decantoare.

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2005

Fig. VIII.9.6. Tipuri de decantoare orizontale.

Fig.VIII.9.7. Decantor vertical.

2006

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

Decantoarele verticale sunt bazine cu seciune circular, în care apa circul de jos în sus cu o vitez de 0,7 mm/s. Apa ptrunde în decantor printr-un tub central, prevzut la partea de jos cu un deflector pentru o repartiie cât mai uniform, i iese lateral la partea superioar printr-un deversor circular (fig. VIII.9.7). Timpul de staionare este de 1,5 ore. Decantoarele verticale, fiind mai adânci decât celelalte tipuri de decantoare, sunt dezavantajate din punct de vedere constructiv, dar au avantajul unei exploatri mai lesnicioase, fiind posibil îndeprtarea hidraulic a nmolului. Decantoarele radiale sunt cele mai folosite pentru instalaiile mari i se prezint sub forma unor bazine cilindrice, adânci de 3 ­ 4 m, în care apa circul radial de la centru spre periferie, având progresiv viteze din ce în ce mai mici, pe msur ce scad i dimensiunile particulelor ce urmeaz a se depune, fiind astfel favorizat depunerea suspensiilor fine. (fig. VIII.9.8). Aceste decantoare prezint urmtoarele avantaje: - construcia este economicoas, datorit înlimii relativ reduse, formei circulare i grosimii reduse a pereilor; - circulaia apei este uniform i se utilizeaz întreaga suprafa a bazinului; - este posibil montarea unui dispozitiv de colectare a spumei. Principalul inconvenient al acestui tip de decantor îl constituie forma circular a bazinului, de diametru mare, care conduce la folosirea neeconomic a terenului în staia de epurare.

Fig. VIII.9.8. Decantor orizontal radial.

Decantoarele cu etaj ce cuprind i staii de fermentare sunt reprezentate de decantoarele Imhoff, care sunt instalaii combinate de decantare i fermentaie anaerob a nmolului, adecvate epurrii apelor cu încrcare organic de natur biologic. La partea inferioar exist un spaiu de fermentare a nmolului, delimitat de un jgheab cu fant. Suspensiile alunec pe pereii jgheabului i trec în camera inferioar, unde are loc fermentarea anaerob. Spaiul nefiind înclzit, procesul de fermentare este lent i nu se menine permanent reacia alcalin. Dup fermentare, nmolul se evacueaz periodic prin sifonare.

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2007

Factori ce determin eficiena decantrii. Eficiena tuturor instalaiilor de decantare depinde de uniformitatea distribuiei curentului de ap în seciunea perpendicular pe direcia de curgere. În acest scop la intrarea în zona de decantare se instaleaz, în faa deschiderilor prin care este admis apa deflectoare, praguri, perei de dirijare i difuzie, prevzui cu guri sau fante. Uniformitatea trebuie asigurat i în faza de evacuare a apei. Pentru aceasta, evacuarea apei limpezite se face dup trecerea peste deversoare, aezate pe una sau pe ambele pri ale jgheaburilor de evacuare. În faa deversoarelor este prevzut un perete semiscufundat, care previne antrenarea particulelor solide plutitoare i a grsimilor. De asemenea, pentru o decantare eficient, mai sunt necesare asigurarea distribuiei egale a debitului între bazinele de decantare, colectarea i evacuarea continu a spumei de la suprafaa apei din decantor, colectarea i evacuarea, preferabil continu, a nmolului depus pe fundul decantorului. Eliminarea nmolului din decantoare. Se poate face: - manual, în cazul sedimentelor neputrescibile, când este necesar prezena de uniti paralele care s poat fi introduse în circuit pe durata operaiei; - mecanizat, în cazul cantitilor mari de nmol, mai ales atunci când acesta este putrescibil. Eliminarea mecanizat a nmolului se realizeaz la decantoarele orizontale, folosind poduri racloare cu micare de du-te vino sau racloare cu lame montate pe lanuri. Pentru decantoarele radiale se folosesc racloare cu lame fixate pe un pod raclor solidar cu un ax central de antrenare, care împing nmolul într-o zon central, prin care se face eliminarea din bazin. În cazul în care exist pericolul trecerii nmolului în suspensie (la nmolurile cu grad redus de îngroare), se pot folosi pentru evacuarea nmolului pâlnii de aspiraie. VIII.9.2.2.1.2. Flotaia Flotaia reprezint procesul de separare din ap, sub aciunea câmpului gravitaional, a particulelor cu densitate medie mai mic decât densitatea apei. Aceast metod se folosete pentru îndeprtarea solidelor în suspensie cât i pentru separarea i concentrarea nmolului. Flotaia se poate realiza în dou variante: - natural; - cu aer. Flotaia natural. Se poate utiliza în cazul materialelor mai uoare decât apa care tind s se ridice la suprafaa apei aflate în repaus sau în curgere linitit, fr a necesita insuflare de gaz. Acest gen de flotaia poate aprea în cazul grsimilor libere. Separatoarele de grsimi funcioneaz pe principiul micorrii vitezei de curgerea apei, ce face ca substanele cu mas specific mai mic decât cea a apei s pluteasc la suprafa, fiind preluate de un dispozitiv adecvat. Flotaia cu aer. Acest tip de flotaie presupune necesitatea insuflrii de aer pentru antrenarea la suprafa a particulelor de impuriti. Are loc asocierea dintre aceste particule i bulele de aer, fie ca urmare a înglobrii celor din urm de ctre particulele cu structur afânat, fie prin aderena particulelor insolubile la suprafaa bulei de aer. În acest al doilea caz un rol important îl poate avea prezena de ageni tensioactivi, cu rolul de a micora tensiunea superficial a apei, asigurând formarea unei spume suficient de stabile. Astfel de substane pot fi chiar constitueni ai apelor uzate, cum frecvent se întâmpl în industria textil. Prin flotaia cu aer este posibil îndeprtarea detergenilor în proporie de pân la 85%. Flotaia cu aer se poate realiza în dou variante:

2008

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

- cu aer dispersat; - cu aer dizolvat. Flotaia cu aer dispersat. Aerul este introdus în ap prin difuzoare poroase sau prin agitare mecanic, obinându-se bule de 1­2 mm, care asigur o vitez ascensional mare, existând pericolul forfecrii suspensiilor floculate. Un separator de grsimi cu aer dispersat este prezentat în fig. VIII.9.9. Aerul comprimat este insuflat prin radierul bazinului în zona central, separat de prile laterale prin doi perei verticali, pentru a limita agitarea apei. În compartimentul lateral, unde lichidul este linitit, se produce sedimentarea particulelor uoare. Grsimile care se acumuleaz la partea superioar sunt evacuate prin rigola de grsimi într-un rezervor de colectare, de unde sunt evacuate pentru fermentare sau ardere. Apa uzat este evacuat printr-o conduct de mare pant i debit mic, care pleac de la partea inferioar a bazinului. Datorit vitezei mari ce se realizeaz în aceast conduct sunt antrenate i materiile solide depuse pe radierul bazinului.

Fig. VIII.9.9. Instalaie de flotaie cu aer dispersat.

Flotaia cu aer dizolvat. Pentru a realiza flotaia cu aer dizolvat se folosete scderea brusc a presiunii gazului aflat în echilibru cu apa (detenta), situaie în care apa devine complet saturat cu gaz. Deoarece conform legii lui Henry, la echilibru, solubilitatea unui gaz într-un lichid este cu atât mai mare cu cât presiunea gazului aflat în contact cu lichidul este mai mare, cu cât detenta (intervalul de presiune pe care se face destinderea) va fi mai mare, cu atât cantitatea de aer eliberat va fi mai mare. Bulele de aer, care iau natere în acest mod, au dimensiuni mici, sub 0,1 mm în diametru, ne mai existând pericolul forfecrii suspensiilor. Condiia de suprasaturare a apei cu aer se poate obine: - prin contact cu aer la presiune de pân la 3×105 N/m2, urmat de destindere brusc la presiune egal cu cea atmosferic într-o camer de flotaie (fig. VIII.9.10); - introducând ap într-o camer închis în care se realizeaz o depresiune de circa 0,3×105 N/m2 . Procedeul flotaiei este de preferat decantrii pentru separarea suspensiilor, volumul de nmol rezultat în prima situaie reprezentând circa o ptrime din volumul de nmol format prin decantare. Bazinele de flotaie, cunoscute i sub denumirea de separatoare de grsimi, pot fi orizontale sau verticale. i în cazul lor este necesar reducerea la minimum a turbulenei în zona de separare, motiv pentru care sunt prezente deflectoare cu rol de eliminare a bulelor

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2009

mari. Spuma format este colectat de o lam care o conduce spre o gur de evacuare. Materialele decantabile se depun pe fund, de unde sunt raclate i evacuate. O instalaie de flotaie cu aer dizolvat sub presiune este prezentat în fig. VIII.9.10. Ea este caracterizat de timp de staionare de 5 ­ 10 min, cantitate de aer 0,2 ­ 0,8 m3/m3 ap, iar adâncimea apei este de 1,2 ­ 2,75 m.

Fig. VIII.9.10. Schema unei instalaii de flotaie cu aer sub presiune.

VIII.9.2.2.1.3. Centrifugarea Centrifugarea reprezint un proces de separare a suspensiilor din ap sub aciunea unei acceleraii superioare celei gravitaionale. Ca urmare a acceleraiei sporite se obin viteze de sedimentare mai mari i nmoluri mai compacte, cu coninut mai ridicat de solide. Decantoarele de centrifugare sunt constituite dintr-un corp cilindro-conic rotativ, în interiorul cruia se rotete cu vitez mai mic un ax melcat. Prin interiorul axului melcat se introduce apa brut. Sub aciunea forei centrifuge, substanele în suspensie sunt depuse pe peretele centrifugei, de unde sunt împinse de corpul melcat spre zona conic a centrifugei, pe unde nmolul este evacuat. Lichidul limpezit, numit lichid centrat, este evacuat pe la captul opus al centrifugei. Se pot obine prin centrifugare concentrate de suspensii de peste 50% substan uscat.

VIII.9.2.2.2. Filtrarea

Filtrarea reprezint un proces de separare a solidelor din lichide prin trecerea printr-un material poros. În acest mod se pot rein atât particule de diametru mare, de ordinul centimetrilor, cât i particule cu dimensiuni apropiate de cele ale atomilor. În procesul de prelucrare a apei prin filtrare se înelege procesul de trecere a apei încrcate cu suspensii printr-un mediu poros cu o granulozitate astfel aleas încât s poat reine aceste suspensii. În funcie de caracteristicile mediului de filtrare se disting mai multe variante de filtrare, alegerea uneia dintre acestea fiind dependent de mrimea i concentraia particulelor solide ce trebuiesc separate prin filtrare. Variantele de filtrare cel mai frecvent întâlnite în practica epurrii apelor uzate sunt:

2010

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

- filtrarea prin site, utilizat pentru separarea particulelor grosiere, aflate în cantiti mari; - filtrarea prin straturi granulare, a cror grosime este de ordinul metrilor, se utilizeaz pentru apele cu cantiti reduse de suspensii, la debite mari; - filtrarea cu prestrat (cu turte), care se aplic în special în cazul concentraiilor mari de suspensie (a nmolurilor); - filtrarea prin membrane, care se utilizeaz pentru obinerea unei limpezimi avansate a apei, în cazul apelor cu cantitate redus de suspensii. În funcionarea unui filtru se disting mai multe perioade, i anume: - perioada iniial, în care sunt reinute preponderent particulele de dimensiuni mai mici, mediul de filtrare fiind absolut curat, i ca urmare limpiditatea apei obinute este insuficient; - perioada de regim, când, ca urmare a acumulrii la suprafaa filtrului i în porii acestuia de impuriti, este posibil reinerea particulelor fine, i deci apa filtrat va avea o limpiditate avansat; - perioada de colmatare, când acumularea impuritilor obtureaz practic canalele de acces ale lichidului, coloana de ap de deasupra filtrului nemaireuind s înving rezistenele create. În aceast perioad debitul de ap filtrat se reduce simitor, iar apa filtrat este încrcat de suspensii antrenate din stratul de filtrare. VIII.9.2.2.2.1. Reinerea impuritilor pe grtare i site Aceste operaii fac parte din categoria operaiilor de îndeprtare a impuritilor grosiere din ap prin trecerea acesteia printr-un corp poros. Prezena acestor instalaii la intrarea apei brute într-o staie de epurare este absolut necesar, deoarece în acest mod se evit formarea de depuneri greu de evacuat i de straturi plutitoare, blocarea sistemelor de raclare, a pompelor i a vanelor, a deversoarelor i gurilor de evacuare, depunerea de sedimente pe utilajele de aerare. Totodat materialele reinute formeaz ele însele straturi filtrante.

Fig. VIII.9.11. Grtar fix.

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2011

Grtarele, ce se utilizeaz pentru reinerea impuritilor celor mai voluminoase, se pot clasifica dup mrimea interspaiilor în: - grtare rare, cu interspaii de 40 ­ 50 mm; - grtare dese, cu interspaii de 15 ­ 20 mm. Barele grtarelor pot avea diferite profile: triunghiulare, rectangulare, circulare, elipsoidale, i pot fi situate în planuri drepte sau curbe, cu înclinaie de 30 ­ 90o fa de orizontal. Înclinarea grtarelor fa de orizontal depinde de modul în care grtarele sunt curate. Cele curate manual au o înclinaie de 30­75o, iar cele curate mecanic au o înclinaie de 45 ­ 90o. Viteza de trecere a apei printre barele grtarului trebuie s fie de maximum 1 m/s, iar viteza de trecere a apei prin canalul de colectare de cel puin 0, 4 m/s, pentru ca, pe de-o parte, corpurile plutitoare s nu fie antrenate printre barele grtarului, iar pe de alt parte s se evite depunerile de material în canal. Un grtar fix este prezentat în fig. VIII.9.11. Sitele se utilizeaz pentru reinerea impuritilor nedizolvate de dimensiuni mai mici. Ele pot fi realizate din table metalice sau plci de mase plastice perforate, din esturi din fire de oel sau fibre sintetice, din bare cu seciune triunghiular. Sitele pot fi statice sau mobile. Un grad înalt de îndeprtare a solidelor se realizeaz utilizând site vibratoare. O astfel de sit este antrenat în micare de rotaie, vibraiile fiind produse de o greutate excentric. În acest mod solidele sunt antrenate spre periferia sitei de unde sunt colectate. O variant de sit cu larg aplicabilitate în epurarea apelor uzate este cea format din bare cu seciune triunghiular, cu baza triunghiurilor în exterior, ce poart denumirea de sit cu efect Coand (fig. VIII.9.12). Distana dintre bare este de 0,3­3 mm, iar panoul ce cuprinde sitele se gsete înclinat cu 30­60o fa de orizontal. Apa brut este distribuit uniform pe limea panoului sitei prin deversare dintr-o camer de alimentare, i trece prin fante, în timp ce impuritile alunec pe faa panoului, fiind colectate la partea inferioar.

Fig. VIII.9.12. Sit cu efect Coand.

VIII.9.2.2.2.2. Filtre pentru epurarea apelor uzate Cele mai utilizate filtre pentru epurarea apelor uzate sunt filtrele granulare i cele cu prestrat.

2012

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

Filtrele granulare se împart, în funcie de viteza de filtrare, în: - filtre lente, cu vitez de filtrare de 0,1 ­ 0,6 m/h; - filtre rapide, cu vitez de filtrare de 3 ­ 6 m/h. Materialul granular folosit poate fi de natur divers: nisip, antracit, granit. Dimensiunile granulelor difer în funcie de natura filtrului. Astfel, în cazul filtrelor lente, pe un suport de plci poroase se gsete un strat de pietri, cu dimensiunea granulelor de 7 ­ 15 mm, care are deasupra un strat de nisip, înalt de 1 ­ 1, 25 m, cu dimensiunea particulelor de 0, 5 ­ 1 mm. În cazul filtrelor rapide dimensiunile granulelor sunt mai mari, de 1 ­ 3 mm. O schem a unui filtru lent este prezentat în fig. VIII.9.13.

1 5

4

6

2 10

3

9

11

8

Fig. VIII.9.13. Schema unui filtru lent: 1 ­ ap brut; 2 ­ evacuare ap supernatant; 3 ­ ap filtrat pentru încrcare; 4 ­ orificiu pentru poziie; 5 ­ spre canalizare; 6 ­ aerisire; 7 ­ orificiu; 8 ­ ap filtrat din prim filtrat; 9 ­ ap filtrat spre rezervor; 10 ­ nisip; 11 ­ spre canalizare.

Difer i modalitatea de curare a celor dou tipuri de filtre granulare. Curarea filtrelor lente se face prin înlturarea unui strat de 2 ­ 3 cm de la suprafaa filtrului, operaie ce se poate repeta de câte ori este necesar, pân la o înlime a stratului de nisip de cel puin 40 cm, când se completeaz stratul filtrant cu nisip curat. Curarea filtrelor rapide se face prin splare în contracurent, de jos în sus, dup o prealabil afânare a nisipului prin insuflare de aer comprimat timp de 5 ­ 10 minute. În final se face limpezirea cu ap filtrat. În cursul acestor operaii se realizeaz desprinderea i antrenarea particulelor reinute de filtru. La epurarea apelor uzate, în timpul filtrrii prin filtre granulare au loc i procese de degradare a materialelor de natur organic dizolvate în ap. Câteva tipuri de filtre rapide sunt prezentate în fig. VIII.9.14.

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2013

Filtrele cu prestrat sunt formate din suporturi poroase aezate într-o carcas pe care se depune înainte de începerea filtrrii un strat subire de material filtrant granular cu dimensiunile granulelor de 5 ­ 100×10-6 µm. Pentru formarea prestratului se folosete cel mai frecvent pmânt de diatomee. Se mai pot folosi crbune activ, fibre celulozice, fibre de azbest. Regenerarea filtrului se face prin îndeprtarea turtei de prestrat colmatat cu materialul reinut.

Fig. VIII.9.14. Filtre rapide: a ­ filtru rapid cu crepine; b ­ filtru rapid cu plci poroase; c ­ filtru sistem A. K. H.; d ­ crepin (detaliu);1 ­ peretele filtrului; 2 ­ conduct pentru ap de splare i aer; 3 ­ crepine; 4 ­ golire de fund; 5 ­ nisip; 6 ­ ap pentru splare; 7 ­ aer pentru splare; 8 ­ drenaj cu plci poroase.

VIII.9.2.2.2.3. Epurarea apelor uzate prin membrane Cuprinde acele procedee de epurare a apei care presupun utilizarea unei faze care constituie o barier pentru unele dintre substanele prezente în ap, permiând trecerea apei purificate. Aceste procedee, ce corespund în general treptei teriare de epurare, sunt tot mai utilizate, ca urmare a posibilitilor de recuperare a apei (circa 90%), a unor produi chimici i a energiei, în condiiile unei perioade reduse de amortizare a investiiei. Dintre procesele de separare prin membrane de interes pentru epurarea apelor uzate rezultate de la finisarea

2014

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

materialelor textile sunt osmoza invers, nonafiltrarea, ultrafiltrarea i microfiltrarea. Fora ce controleaz toate aceste procese este diferena de presiune aplicat. Presiunile aplicate în fiecare caz, precum i dimensiunile minime ale particulelor ce se separ sunt prezentate în tabelul VIII.9.7. Este de notat c procesele sunt continue, se preteaz la automatizare i nu au nevoie de auxiliari chimici.

Tabelul VIII.9.7 Denumirea operaiei Osmoz invers Nonafiltrare Ultrafiltrare Microfiltrare Presiunea de lucru, N/m2×10-5 20 ­ 80 10 ­ 15 0, 5 ­ 5 0, 1 ­ 5 Dimensiunile Exemple de particule reinute particulelor, m×10-6 < 0,001 Ioni, sruri < 0, 002 Tensioactivi 0, 002 ­ 0, 1 Virui, tensioactivi Coloizi, bacterii, solide în 0, 1 ­ 10 suspensie

Osmoza invers. Fenomenul de osmoz are loc în cazul a dou soluii de concentraii diferite separate de o membran semipermeabil, care permite trecerea solventului pur, dar nu i a solutului. Se realizeaz trecerea solventului din soluia mai diluat în cea mai concentrat, pân la atingerea unui echilibru al concentraiilor, când se stabilete o presiune hidrostatic care se exercit asupra soluiei mai concentrate i care poart denumirea de presiune osmotic. Dac asupra soluiei mai concentrate se exercit o presiune superioar presiunii osmotice, procesul decurge în sens invers. Acest fenomen poart denumirea de osmoz invers sau suprafiltrare i poate fi utilizat pentru demineralizarea apei (fig. VIII.9.15).

Fig. VIII.9.15. Principiul osmozei inverse: a ­ osmoz normal în curs; b ­ echilibru osmotic; c ­ osmoz invers.

Primele membrane folosite în acest scop erau din triacetat de celuloz. În momentul de fa aria polimerilor ce pot fi utilizai în scopul obinerii de membrane semipermeabile s-a lrgit mult, utilizându-se poliamide, polisulfone, esteri micti acetat ­ butirat de celuloz, acetat ­ metacrilat de celuloz în amestec cu acid poliacrilic, amestecuri de acetat i nitrat de celuloz . a. Aceste membrane, cu grosime mic, de 0, 2×10-6 m, trebuie s reziste la presiuni ce pot atinge 100×105 N/m2. În acest scop, se realizeaz instalaii care trebuie s satisfac urmtoarele condiii:

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2015

- s asigure etaneitate ridicat, inclusiv evitarea amestecului dintre soluia concentrat i cea diluat; - s aib o structur cât mai compact; - s evite creterea excesiv a concentraiei în vecintatea suprafeei din amonte a membranei. Cele mai utilizate instalaii de osmoz invers sunt cele de tip tubular, în care membrana osmotic este fixat pe suprafaa exterioar sau interioar a unui tub perforat. Pentru funcionarea eficient a acestor instalaii o condiie esenial este ca apa de tratat s fi suferit în prealabil o operaie de îndeprtare a tuturor suspensiilor cu diametru mai mare de 25 µm. Calitatea membranelor osmotice pentru suprafiltrare se poate aprecia pe baza urmtoarelor caracteristici: - randamentul filtrrii, care este dat de volumul de permeat obinut pe unitatea de suprafa de lucru a membranei în timp de o or. Pentru a evidenia i influena presiunii se poate raporta suplimentar randamentul filtrrii la diferena de presiune. - gradul de demineralizare, care este dat de relaia:

c A = 1 - 2 c1 × 100

(VIII.9.2)

unde: A este gradul de demineralizare, %; c1 ­ concentraia iniial de sruri în ap, în echivaleni/l; c2 ­ concentraia de sruri în apa supus osmozei inverse, în echivaleni/l; - selectivitatea, care se exprim prin raportul dintre gradul de îndeprtare a unei anumite sri dintr-o soluie apoas i gradul de îndeprtare a clorurii de sodiu dintr-o soluie de aceeai concentraie. Ultrafiltrarea. Reprezint procesul de separare a substanelor dizolvate în ap cu mase moleculare cuprinse între 500 i 500 000, în urma reinerii mecanice a particulelor de poluant de ctre membrana ai crei pori au dimensiuni mai mici decât dimensiunile acestor particule. Polimerii utilizai pentru obinerea membranelor de ultrafiltrare sunt policarbonai, poliolefine substituite, polielectrolii. Diferena de presiune aplicat în cazul ultrafiltrrii este mai mic decât la osmoza invers, nedepind 5×105 N/m2. Prin ultrafiltrare se pot separa bacterii, virusuri, amidon, gume, proteine, colorani. Electrodializa. Reprezint un proces de separare prin membrane în care separarea nu se face pe baza diferenei de presiune aplicate, ci în urma aciunii curentului electric. Procesul este asemntor procesului de electroliz, cu diferena c membranele au permeabilitate selectiv. Prin electrodializ este posibil recuperarea unor substane utile din apele uzate: cromai, lignin, acizi carbonici (acetic, lactic, citric). Aceast metod de eliminare a srurilor din ap este puin utilizat pentru o purificare avansat a apei, deoarece consumurile energetice sunt foarte ridicate. De aceea ea se folosete în special pentru o demineralizare parial, pentru obinerea unei ape complet demineralizate folosindu-se în continuare metoda cu schimbtori de ioni. Membranele utilizate sunt de dou tipuri: - cationactive, ce permit doar accesul cationilor, i care se afl de partea catodului în cazul unui dializor cu trei camere; - anionactive, ce permit doar accesul anionilor. Aceste membrane selective sunt realizate din rini schimbtoare de ioni prin turnare în plci. Membranele cationactive sunt formate din rini ce conin grupe anionice, sulfat

2016

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

cel mai frecvent, iar cele anionice din rini ce conin grupe cationice, de N cuaternar cel mai frecvent. O singur celul funcioneaz neeconomicos din cauza consumurilor mari de energie din compartimentul electrozilor pentru deshidratarea ionilor. Dac numrul de compartimente dintre electrozi crete, crete i raportul dintre energia consumat pentru transportul ionilor i energia consumat pentru deshidratarea acestora. În practic se folosesc baterii de 50 ­ 400 de compartimente (fig. VIII.9.16). Succesiunea membranelor în câmp electric face ca între membrane s se produc adevrate "capcane de ioni", în care concentraia electrolitului crete mult în comparaie cu camerele alturate.

Fig. VIII.9.16. Schema unei instalaii de electrodializ.

Datele tehnice principale pentru un electrodializator în trei trepte sunt prezentate în tabelul VIII.9.8.

Tabelul VIII.9.8 Caracteristicile unui electrodializor în trei trepte Caracteristic Numrul de pachete de membrane Numrul de membrane de un fel în pachet Suprafaa camerei, cm2 Grosimea camerei între membrane, mm Numrul de camere de concentrare Capacitatea camerelor de concentrare, dm3 Numrul de camere de diluare Capacitatea camerelor de diluare, dm3 Rezistena pachetelor la umplerea cu ap, Intensitate maxim de curent, la o tensiune de alimentare de 220 V, A Treapta I 2 25 1750 2 50 17,5 48 16,8 1­55 24 Treapta II 2 25 1750 2 50 17,5 48 16,8 3­55 8 Treapta III 1 25 1750 2 50 17,5 48 16,8 5­105 8

VIII.9.2.2.3. Transferul între faze

Acest grup de procese de epurare a apelor uzate cuprinde procesele de separare în care impuritile se gsesc în final într-o faz nemiscibil cu apa. Dintre aceste procese pot fi amintite: extracia lichid ­ lichid, striparea, distilarea, spumarea, adsorbia, înghearea.

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2017

VIII.9.2.2.3.1. Epurarea prin extracie a apelor uzate Apa uzat este pus în contact cu un solvent nemiscibil cu apa i în care poluantul care trebuie îndeprtat este mult mai solubil decât în ap. Dup agitare, pentru realizarea unei suprafee de contact cât mai mari între cele dou lichide, se realizeaz separarea celor dou straturi, urmat de recuperarea solventului. Epurarea prin extracie este utilizat pentru recuperarea anumitor produi valoroi din apele uzate, de exemplu a anumitor metale, trecute în prealabil în compui organici solubili în solventul nemiscibil cu apa. Folosind drept solveni amine alifatice cu 5­6 atomi de carbon este posibil extragerea apei, mult mai solubil în solvent decât impuritile, urmat de separarea prin înclzire, deoarece solubilitatea apei în dizolvant scade odat cu creterea temperaturii. Solvenii utilizai pentru epurarea prin extracie a apelor uzate trebuie s îndeplineasc urmtoarele condiii: s posede fa de impuriti o afinitate cât mai mare, comparativ cu cea a apei, s aib o solubilitate cât mai mic în ap, s dizolve cât mai puin ap, s nu formeze emulsii cu apa, s aib o densitate cât mai diferit de a apei, s nu sufere transformri chimice în timpul utilizrii, s aib un punct de fierbere cât mai îndeprtat de cel al apei, s fie ieftini. Aceste caliti se regsesc la hidrocarburile alifatice, cel mai frecvent utilizate fiind hexanul, izobutilena, izobutanul, folosite pentru îndeprtarea unor poluani organici rezisteni la epurarea biologic. Variante de epurare prin extracie a apelor uzate Extracia simpl cu un singur contact. Aceast variant de epurare prin extracie a apelor uzate const în agitarea intens a apei cu solventul, dup care lichidul este lsat s decanteze, apa i extractul separându-se în straturi diferite. Solventul din extract este recuperat prin distilare (fig. VIII.9.17, a). Dei la o agitare energic i de durat suficient eficacitatea tratamentului extraciei se apropie de cea teoretic, pentru o separare avansat a impuritilor sunt necesare rapoarte foarte mari între volumul de solvent i cel de ap. Extracia simpl cu contact multiplu. Const în repetarea de mai multe ori a operaiilor descrise la varianta de epurare cu un singur contact. Extracia este mai eficace dac se repet de mai multe ori cu cantiti mici de solvent decât aceeai extracie realizat o singur dat cu întreaga cantitate de solvent, deoarece la fiecare adugare de solvent proaspt se stabilete un nou echilibru între cantitatea de substan din ap i cantitatea de substan (de poluant) ce a trecut în solvent. (fig. VIII.9.17, b). Extracia cu contact multiplu în contracurent. Aceast variant de epurare prin extracie are avantajul de a permite reducerea consumului de solvent. Apa uzat este introdus în prima unitate de extracie, iar solventul proaspt este introdus în ultima. Apa parial epurat i extractele pariale circul în contracurent (fig.VIII.9.17, c). Extracia diferenial în contracurent. Se realizeaz într-un sistem în care apa i solventul circul în contracurent pe baza diferenei de densitate într-o coloan cu icane. În coloana de extracie diferenial echilibrul fazelor nu se realizeaz în nici un punct al coloanei. Transferul impuritilor din ap în solvent se bazeaz tocmai pe lipsa de echilibru, care reprezint fora motrice ce determin difuzia impuritilor din ap în solvent (fig. VIII.9.17, d).

2018

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

Fig. VIII.9.17. Variante de extracie.

VIII.9.2.2.3.2. Striparea Striparea reprezint procesul de îndeprtare a substanelor volatile din ap prin antrenare cu gaze sau vapori de ap. La contactul apei cu gazul are loc un transfer al componentului volatil din faza lichid în faza de gaz, pân la stabilirea unui echilibru, când se atinge un raport stabil între concentraia compusului volatil în cele dou faze. Acest

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2019

raport depinde în principal de pH, temperatur i de natura compusului volatil, procesul fiind avantajat de scderea solubilitii în ap a substanei poluante, care se poate realiza prin ridicarea temperaturii i frecvent prin modificarea pH-ului. Striparea se poate realiza utilizând aer sau vapori de ap. În epurarea apelor uzate striparea cu aer este utilizat în special pentru îndeprtarea compuilor organici greu biodegradabili volatili, a amoniacului i, într-o msur mai mic, a hidrogenului sulfurat. Apele uzate supuse striprii reclam o preepurare, ce urmrete în special îndeprtarea substanelor solide prin sedimentare sau filtrare, evitându-se astfel înfundarea duzelor sau depunerea de sedimente pe talere. Câteva variante de realizare a striprii sunt prezentate în fig. VIII.9.18.

Fig. VIII.9.18. Variante de realizare a epurrii prin stripare.

2020

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

În cazul striprii cu abur este posibil îndeprtarea de compui organici volatili practic nemiscibili cu apa, cum ar fi compuii organici halogenai. Principala caracteristic pe care trebuie s aib un compus organic pentru a putea fi îndeprtat prin stripare cu abur o constituie temperatura de fierbere, care trebuie s fie mai mic de 150oC. Schema unui proces clasic de stripare cu abur este prezentat în fig. VIII.9.19.

Fig. VIII.9.19. Schema unui proces clasic de stripare cu abur.

VIII.9.2.2.3.3. Distilarea Distilarea reprezint procesul de separare prin vaporizare a unui lichid, urmat de condensarea vaporilor i de recuperarea condensatului i a reziduului (dac este necesar). Prelucrarea prin distilare a apei uzate permite îndeprtarea total a materiilor în suspensie cât i a celor dizolvate, distrugerea microorganismelor, dar în condiiile unui foarte mare consum de energie. Un alt dezavantaj important al acestui procedeu îl constituie cantitatea mare de ap de rcire pe care o reclam. Folosirea acestei metode este justificat doar în cazul în care devine astfel posibil concentrarea unor eflueni foarte toxici, care urmeaz a fi distrui prin incinerare, în special în condiiile în care exist surse ieftine de energie disponibile, cel mai frecvent prin recuperarea cldurii. VIII.9.2.2.3.4. Înghearea Înghearea reprezint un proces de epurare cu aplicabilitate limitat, fiind condiionat de existena factorilor naturali care s permit înghearea apei, deoarece crearea artificial a temperaturilor sczute presupune un consum energetic foarte ridicat. În urma trecerii apei în stare solid impuritile rmân într-o soluie rezidual concentrat. VIII.9.2.2.3.5. Adsorbia Adsorbia reprezint fenomenul de atragere i reinere la suprafaa unei substane solide a unei substane dizolvate sau a unui gaz. Substana la suprafaa creia se produce sorbia poart denumirea de adsorbant, iar substana care se adsoarbe se numete adsorbat.

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2021

Pentru ca procesul s fie economic, viteza de adsorbie trebuie s permit atingerea condiiilor apropiate celor de echilibru în cel mult o or. Cel mai frecvent utilizat adsorbant este crbunele activ, obinut din materiale vegetale prin înclzire la temperaturi ridicate în spaiu închis, cu sau fr adaos de substane anorganice (ZnCl2, MgCl2, CaCl2, H3PO4 etc.) urmat de activare prin tratare cu vapori de ap, oxizi de carbon, cu aer sau clor. Se obin astfel granule strbtute de un numr mare de canale i pori. Crbunele activ se utilizeaz fie sub form de granule (diametru 1 ­ 6 mm), fie sub form de pulbere (diametru 0,1 ­ 0,5 mm). Ali adsorbani folosii sunt silicagelul, care este bioxid de siliciu amorf obinut prin deshidratarea blând a acidului silicic, cocsul, cenuile fine de la arderea combustibililor solizi, zgurile metalurgice, rumeguul, turba. În prelucrarea apelor uzate adsorbia se folosete în cazul în care se urmrete reinerea unor poluani prezeni în cantitate foarte mic, dar a cror toxicitate face absolut necesar îndeprtarea lor (pesticide, colorani, fenoli etc.) i este precedat de o preepurare, care const în: - egalizarea debitelor i concentraiilor; - filtrarea în vederea eliminrii solidelor în suspensie (concentraia acestora trebuie s fie mai mic de 50 mg/l); - ajustarea pH-ului ­ adsorbia compuilor organici în form neionizat este mai mare; - ajustarea temperaturii ­ temperaturile mai sczute sunt preferabile. Realizarea practic a epurrii prin adsorbie se poate face în dou variante: - static, când adsorbantul fin divizat este agitat cu apa i dup un anumit timp este separat prin decantare sau filtrare i apoi trecut la regenerare; - dinamic, când apa brut strbate în flux continuu un strat fix, mobil sau fluidizat de adsorbant. Aceast a doua variant este cea mai folosit. Ea utilizeaz straturi de crbune activ de 1 ­ 3 m, granulaia fiind de 0,5 ­ 2 mm, iar viteza de trecere a apei este de 5 ­ 30 m/h. Dup adsorbia unei mase de impuriti reprezentând circa 5% din masa sa, adsorbantul este epuizat i el este fie înlocuit, în cazul adsorbanilor ieftini, fie regenerat prin tratare la 900o în atmosfer controlat de aer i vapori de ap (fig. VIII.9.20). Adsorbia pe crbune activ poate fi combinat cu epurarea biologic cu nmol activ, în special în cazul apelor uzate cu concentraii i compoziii variabile de compui organici refractari la epurarea biologic. Crbunele activ este în acest caz adugat direct în bazinul de aerare în doze de 20 ­ 200 mg/l, adsorbia i oxidarea biologic având loc simultan. Schema acestui proces este prezentat în fig. VIII.9.21. Condiiile de tratare care asigur obinerea de rezultate optime sunt prezentate în tabelul VIII.9.9.

Tabelul VIII.9.9 Parametri ce asigur efecte optime de epurare prin adsorbie Bazinul 1 2 Doza de crbune activ (mg/l) 70 23 Vârsta nmol activ (zile) 29 16 Timpul de staionare (h) 8 2,6 Debitul de aer (l/min) 5 1,7 Temperatura (oC) 20 20

2022

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

Fig. VIII.9.20. Schema unei instalaii de adsorbie.

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2023

Fig. VIII.9.21. Schema procesului combinat de epurare biologic cu nmol activ i crbune activ pulbere.

Utilizarea acestui sistem combinat de epurare permite eliminarea de compui organici greu biodegradabili, cum ar fi: benzen, tetraclorur de carbon, cloroform, fenoli, pesticide, hidrocarburi organice clorurate. Similar cu sistemul de epurare prin adsorbie cu crbune activ este cel în care se utilizeaz drept substane adsorbante, rini sintetice. Schema unei instalaii ce utilizeaz drept adsorbant polistiren pentru îndeprtarea fenolului este prezentat în fig. VIII.9.22. În tabelul VIII.9.10 sunt prezentate caracteristicile proceselor de îndeprtare prin adsorbie utilizând crbune activ i rini sintetice ale unora dintre produsele organice greu biodegradabile.

Tabelul VIII.9.10 Caracteristici ale proceselor de epurare prin adsorbie cu crbune activ i rini sintetice Concentraia în influent, mg/l Compus organic Domeniu de Medie adsorbit variaie 1 2 3 Tetraclorur de 20450 1700­150000 carbon Hexaclor etan 104 12­730 2-cloro-nafta18 3­210 lin Cloroform 1430 46­7100 Hexacloro-bu266 23­3500 taien Hexacloroci1127 70­7500 clopentadien Concentraia în efluent, mg/l VS=2000 VS=3000 VS1=1000 R2 CA3 R CA R CA 4 5 6 7 8 9 900 0,7 <3 35 0,3 2,2 1200 0,2 <3 27 0,7 3,7 490 0,1 <3 670 0,6 1,5 1500 0,3 <3 1200 0,1 0,8 55000 33 <3 1100 <0,1 2,3 560 1,7 <3 790 0,5 4,2

2024

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL Tabelul VIII.9.10 (continuare) 6 7 8 9 17 <3 <3 <3 2,2 45 1,7 0,2 0,2 1,2 0,8 <0,1 22 0,11 0,2 0,1 0,9 0,8 5,5 1200 0,3 4,1 2,3 2,5 1,4 0,4 170 0,3 2,2 2,7 5,1 3,8

1 Naftalin Tetracloretilen Toluen Aldrin Dieldrin Clordan Edrin Heptaclor

1 2

2 529 34 2360 84 28 217 123 40

3 3­1600 0,9­290 50­8900 21­320 1­130 1­1300 7­810 55­190

4 <3 0,3 10 1 0,6 <0,1 1,9 1,7

5 760 <0,1 <3 2,4 1,6 13 7,6 3,5

VS = volumul stratului în m3 ap/ m3 adsorbant R = rin sintetic 3 C = crbune activ

Fig. VIII.9.22. Schema unei instalaii de adsorbie cu rini sintetice.

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2025

VIII.9.2.3. Procese chimice de epurare a apelor uzate

Reprezint acea categorie de procese de epurare a apelor uzate în cursul crora poluanii sufer transformri chimice în scopul facilitrii separrii sau a reducerii caracterului lor nociv. În aceast categorie intr procesele de neutralizare, oxidare i reducere, coagulare i floculare, precum i cele de schimb ionic.

VIII.9.2.3.1. Neutralizarea

Neutralizarea are drept scop corectarea pH-ului apei uzate, aducându-l la o valoare cât mai apropiat de zona neutr, pentru a preveni astfel distrugerea florei i faunei acvatice, cât i corodarea materialelor cu care apa uzat vine în contact. Pentru neutralizarea apelor uzate se poate aciona în urmtoarele modaliti: - neutralizarea reciproc a apelor uzate acide i alcaline, atunci când ele rezult de la aceeai întreprindere sau de la întreprinderi apropiate. Presupune colectarea apelor acide i alcaline în bazine separate, din care se face amestecul în vederea neutralizrii în proporia ce depinde de concentraia fiecreia i de debitul mediu. - folosirea pentru neutralizare a unor deeuri industriale: nmolurile de la fabricile de sod sau de la producerea acetilenei din carbid, gaze de ardere bogate în dioxid de carbon, acizi reziduali de la sulfonare etc. - folosirea de substane cu caracter bazic, respectiv acid. Atât în cazul neutralizrii apelor acide, cât i în cazul neutralizrii celor alcaline, caracterul variabil al concentraiei de acizi sau alcalii face absolut necesar dozarea automat a reactivilor care se adaug. O schem de principiu a unei instalaii de neutralizare este prezentat în fig. VIII.9.23.

Fig. VIII.9.23. Instalaie de neutralizare.

VIII.9.2.3.1.1. Neutralizarea apelor acide Neutralizarea apelor acide se poate realiza folosind urmtoarele substane: 1. Piatra de var (calcarul), a crei reactivitate difer în funcie de tipul carbonatului de calciu natural, se folosete sub form de granule cu diametrul de pân la 0,5 mm, care se

2026

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

adaug în apa acid în cantitate stoechiometric, asigurând neutralizarea complet în 10 ­ 15 min. Folosirea pietrei de var se recomand pentru neutralizarea apelor a cror coninut în acizi nu depete 0,5%. Nu se poate folosi carbonat de calciu, pentru neutralizare, în urmtoarele situaii: - la apele uzate ce conin acid sulfuric, deoarece se formeaz sulfat de calciu, greu solubil, care împiedic contactul ulterior dintre apa acid i carbonat:

CaCO 3 + H 2 SO 4 CaSO 4 + CO 2 + H 2 O

- la apele uzate ce conin acizi clorhidric sau azotic, în concentraie mai mare de 1,2%, din cauza degajrii masive de CO2 care incomodeaz contactul carbonat-ap uzat; - la apele ce conin ioni ai metalelor grele, deoarece se formeaz pelicule de hidroxizi pe suprafaa granulelor. 2. Hidroxidul de calciu poate fi utilizat în dou forme: - ca var stins, deci sub form de praf, când manipularea, transportul i dozarea sunt comode, iar durata de decantare i volumul de sedimente sunt reduse; - ca lapte de var, deci suspensie de hidroxid de calciu în ap, folosit în concentraie de 5 ­ 10%. Hidroxidul de calciu se adaug cu circa 5% mai mult decât rezult din calculul stoechiometric. Timpul de reacie este de 5 min, în cazul prezenei metalelor grele durata trebuind prelungit pân la 30 de min. O instalaie de neutralizare a apelor uzate acide cu lapte de var cuprinde: o instalaie pentru pregtirea neutralizantului (pentru stingerea varului), rezervoarele de neutralizant(de lapte de var), dispozitive de dozare, bazine de amestecare, camere de reacie i decantoare. 3. Hidroxidul i carbonatul de sodiu prezint avantajul formrii unor sedimente mai puin voluminoase decât în cazul compuilor similari de calciu, dar au dezavantajul costului mai ridicat în comparaie cu acetia. VIII.9.2.3.1.2. Neutralizarea apelor alcaline Primele procese de neutralizare au fost realizate cu acid sulfuric sau acid clorhidric. La folosirea acidului sulfuric cheltuielile sunt mai reduse, dar exist dezavantajul încrcrii apelor uzate cu ioni sulfat, mult peste limita de 1000 mg/l, fixat pentru a preveni corodarea utilajelor i a echipamentelor auxiliare. Utilizarea dioxidului de carbon pentru neutralizarea apelor uzate permite evitarea acestor riscuri, în condiiile unor cheltuieli comparabile cu cele necesare în cazul utilizrii acidului sulfuric. În urma reaciei dioxidului de carbon cu hidroxizii alcalini, pH-ul poate scdea la 8,5 sau mai mult:

CO 2 + 2NaOH Na 2 CO 3 + H 2 O

Reacia teoretic indic un necesar de 1,1 kg dioxid de carbon pentru a neutraliza 1 kg de hidroxid de sodiu, în practic folosindu-se un exces de 10 ­ 20%. Neutralizarea apelor alcaline se poate realiza cu cheltuieli reduse, folosind gazele de ardere provenite de la arderea petrolului, a gazelor naturale sau a combustibililor solizi. Aceste gaze, disponibile gratuit în cantitate mare, conin între 7 i 14% în volum dioxid de carbon i permit neutralizarea eficient a apelor uzate acide. Dei de regul calde, aceste gaze nu ridic decât în foarte mic msur temperatura apei tratate (sub 0,2oC).

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2027

VIII.9.2.3.2. Tratarea cu ageni oxidani sau reductori a apelor uzate

VIII.9.2.3.2.1. Epurarea prin reacii de oxidare În cazul prezenei în apa uzat a unor substane organice rezistente la degradarea biologic sau a unor substane anorganice nedorite se poate realiza prin oxidarea chimic trecerea lor în produi finali de oxidare sau în specii intermediare neduntoare. Dintre substanele anorganice ce se pot îndeprta prin oxidare chimic se pot enumera manganul, fierul, sulfurile, sulfaii, cianurile, iar dintre substanele organice detergenii, coloranii, aldehidele, fenolii. Cele mai importante sisteme de oxidare utilizate în epurarea apelor uzate sunt: Apa oxigenat este folosit în asociaie cu un catalizator pentru accelerarea reaciei de descompunere, când se formeaz radicali OH, care reprezint factorul activ în oxidare. Drept catalizator se folosesc cel mai frecvent sruri de fier divalent (reactivul Fenton). Produii de descompunere final a sistemelor catalitice cu ap oxigenat sunt ap, oxigen i hidroxid feric, acesta din urm acionând ca un coagulant, deci facilitând îndeprtarea particulelor în suspensie. Aciunea radicalilor hidroxil asupra compuilor organici se manifest prin formarea intermediar de hidroperoxizi, care se scindeaz cu rezultatul formrii de radicali i accelerarea procesului de autooxidare. Pentru accelerarea reaciei de descompunere se poate utiliza i iradierea cu radiaii UV. Schema unei astfel de instalaii este prezentat în fig. VIII.9.24.

Fig. VIII.9.24. Schema oxidrii cu ap oxigenat în prezen de catalizatori metalici: 1 ­ vas depozitare substane cu caracter bazic; 2 ­ vas depozitare ap oxigenat; 3 ­ vas depozitare ap uzat; 4 ­ pomp centrifug; 5 ­ reactor de oxidare. 6 ­ pomp centrifug; 7 ­ vas pentru îndeprtarea ionilor metalici; 8 ­ pomp centrifug; 9 ­ filtrare.

Domeniul optim de pH pentru utilizarea apei oxigenate în amestec cu sruri feroase este 3 ­ 4, iar temperatura de 80...100oC, când circa 30% dintre substanele organice biorezistente sunt trecute în dioxid de carbon i ap. Pe aceast cale s-a realizat îndeprtarea tensidelor alchil-fenol-etoxilate în proporie de peste 98%. Ozonul este un foarte eficient oxidant al substanelor organice biorezistente din ap, având totodat avantajul unor costuri mai reduse decât în cazul folosirii apei oxigenate. Prin ozonizare, se realizeaz importante efecte bactericide i virucide, ca urmare a proprietilor ozonului de a distruge direct proteinele i aminoacizii. În practica epurrii apelor uzate, ozonul este utilizat sub form de aer îmbogit cu ozon, obinut prin trecerea unui curent de aer perfect uscat (uscare realizat prin rcire sau folosind adsorbani poroi) printr-un condensator coaxial sau plan cu ajutorul curentului

2028

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

electric alternativ de joas frecven i tensiune înalt (pân la 30000 de V). Aerul ozonizat este introdus în ap, când are loc transferul ozonului din faza gazoas în cea lichid. Se poate realiza simultan i iradierea cu radiaii UV, ca în cazul procedeului Ultrox (fig. VIII.9.25).

Fig. VIII.9.25. Schema procedeului Ultrox: 1 ­ pomp pentru admisia apei uzate; 2 ­ distribuitor de lichid; 3 ­ reactor; 4 ­ lmpi UV; 5 ­ separator gaz - lichid.

Descrcrile Corona genereaz în vapori de ap, la frecvene i tensiuni foarte mari, radicali hidroxil, care acioneaz ca i în cazul apei oxigenate asupra substanelor organice. Acest procedeu este recomandabil doar în cazul efluenilor ce necesit numai 10 ­ 20 mg/l oxigen pentru oxidare. Clorul i compuii cu clor au o aciune mai puin energic decât oxidanii cu oxigen activ. Transformarea substanelor organice din ap nu are loc în acest caz pân la compui simpli (dioxid de carbon i ap), frecvent rezultând molecule organice cu gust i miros particular. Deoarece gradul de distrugere prin oxidare cu clor a substanelor organice este mai mic decât cel realizat cu compuii cu oxigen activ i pentru c produii de oxidare cu clor pot fi toxici, acest procedeu nu este recomandabil pentru îndeprtarea substanelor organice biorezistente din ap. Poate fi în schimb utilizat pentru îndeprtarea hidrogenului sulfurat, a nitriilor, amoniacului, cianurilor. Oxidarea cianurilor cu clor are loc în dou etape, la limit formându-se clor molecular: - CN + OCl - OCN - + Cl - 2 2 - OCN + 4OCl - N 2 + 2CO 3 - + 4Cl - VIII.9.2.3.2.2. Epurarea prin reacii de reducere Au o utilizare mai restrâns decât cele de oxidare. Pot fi folosite în cazul apelor ce conin combinaii ale cromului (cromai i bicromai), pentru transformarea nitroderivailor în amine, pentru decolorarea apelor uzate, pentru insolubilizarea unor ioni metalici (cupru, argint). Cei mai folosii ageni reductori sunt srurile feroase, sulfiii, tiosulfiii,

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2029

hidrosulfitul de sodiu. Un caz tipic este reducerea cromului hexavalent la crom trivalent, care este în continuare precipitat sub form de hidroxid folosind sulfat feros: 2 Cr2 O 7 - + 6FeSO 4 + 7H 2 SO 4 Cr2 (SO 4 )3 + 3Fe 2 (SO 4 )3 + 7H 2 O + SO 2- 4

VIII.9.2.3.3. Epurarea apelor uzate prin coagulare i floculare

Prin tratarea chimic prin coagulare i floculare are loc o reducere important a turbiditii, precum i a culorii apei. Totodat sunt îndeprtate o parte din substanele organice i bacteriile prezente, antrenate de flocoanele care se depun. Procedeul de coagulare ­ floculare este întrebuinat în cazul în care este necesar un grad de epurare intermediar între cel realizabil prin simpla decantare i cel ce se poate obine prin epurare biologic. Prin coagulare se pot obine reduceri cu 90% ale suspensiilor din ap i cu 50% ale consumului biochimic de oxigen. VIII.9.2.3.3.1. Ageni de coagulare Pentru realizarea coagulrii, deci a destabilizrii sistemelor coloidale prin neutralizarea încrcrii electrice din stratul de adsorbie, se utilizeaz ageni de coagulare, care sunt sruri ale acizilor tari i ale bazelor slabe (frecvent, sruri de aluminiu sau fier). Eficiena agentului de coagulare crete o dat cu valena ionului metalic. Marea majoritate a coloizilor prezeni în apele uzate au încrcare negativ. Prezena ionilor de semn opus semnului particulei coloidale va micora valoarea potenialului electrocinetic sub valoarea critic, permiând coagularea. Acest efect va fi cu atât mai pronunat cu cât sarcina ionului metalic va fi mai mare. Astfel, eficiena unei sri a unui metal trivalent va fi de 500 de ori mai mare decât cea a srii unui metal monovalent. Dintre srurile de aluminiu, cele mai folosite drept coagulant sunt: Al2(SO4)3.18H2O, AlCl3.6H2O, alaunul de aluminiu i sodiu (potasiu), aluminatul de sodiu. Srurile de aluminiu acioneaz prin produii de hidroliz, care constituie elementul activ al coagulrii i care se formeaz în domeniul de pH 6,5 ­ 8,1. Solubilitatea în ap i densitatea soluiilor pentru Al2(SO4)3 sunt prezentate în tabelele VIII.9.11 i VIII.9.12.

Tabelul VIII.9.11 Temperatur o C 0 20 25 Solubilitate g/100 g ap 31,2 36,3 38,3 Coninut % 23,8 26,5 27,7

3

Temperatur o C 40 60

Solubilitate g/100 g ap 45,6 58,1

Coninut % 31,3 36,7

Tabelul VIII.9.12 Concentraie, % 1 2 3 4 5 6 8 10 12 Densitate, kg/m 1009 1019 1029 1041 1051 1061 1083 1105 1129 Concentraie, % 14 16 18 20 22 24 26 28 Densitate, kg/m3 1152 1176 1201 1226 1252 1278 1306 1333

2030

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

La scderea temperaturii sub 10oC procesul de coagulare se înrutete ca urmare a scderii vitezei de hidroliz a srurilor de aluminiu, precum i a stabilitii soluiilor coloidale ale produilor de hidroliz ale srurilor de aluminiu. Pentru a evita aceste neajunsuri se recomand: - alcalinizarea suplimentar a apei, evitându-se formarea aluminailor; - agitarea mai intens; - adugarea de substane auxiliare cum ar fi: argile bentonice, acizi silicici; - mrirea dozei de coagulant. Prin adaos de crbune activ în proporie de 1 ­ 3%, crete eficacitatea coagulrii prin creterea capacitii de adsorbie a impuritilor din ap de ctre flocoane, înregistrându-se totodat o ameliorare a proprietilor organoleptice ale apei.

Tabelul VIII.9.13 Solubilitatea sulfatului feros i a clorurii ferice în funcie de temperatur Temperatur o C 0 10 20 30 40 50 60 Sulfat feros Solubilitate Coninut g/100 g ap % 15,65 13,5 20,50 17,0 26,58 21,0 33,00 24,8 40,30 28,8 48,60 32,7 ­ ­ Clorur feric Solubilitate Coninut g/100 g ap % 74,5 42,7 ­ ­ 91,9 47,9 101,4 58,0 106,6 73,8 ­ ­ 373,0 78,9

Tabelul VIII.9.14 Densitatea soluiilor de sulfat feros i clorur feric Concentraie, % 1 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Densitate, kg/m3 Sulfat feros 1008,5 1018 1037,5 1057,5 1078,5 1100 1122 1144,5 1167,5 1190,5 1243,5 Clorur feric 1007 1015 1032 1049 1069 1085 1104 1123 1142 1162 1182

Srurile de fier cel mai frecvent utilizate drept coagulani sunt FeSO4.7H2O, Fe2(SO4)3.nH2O, FeCl3.nH2O. Srurile de fier divalent trec în fier trivalent, aceast oxidare putând avea loc, în cazul apelor bogate în oxigen, pe baza oxigenului dizolvat, sau, în cazul unei insuficiente prezene a oxigenului în ap, prin adugarea unui agent de oxidare (pe baz de clor cel mai frecvent). Utilizarea srurilor de fier ca ageni de coagulare asigur unele avantaje, cum ar fi:

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2031

- vitez de depunere mai mare a flocoanelor, deci reducerea duratei de sedimentare i a volumului bazinelor de decantare, ca urmare a greutii specifice mai mari a produilor de hidroliz ferici; - domeniul de pH de coagulare mult mai larg al srurilor de fier(3 ­ 10) în comparaie cu cele de aluminiu; - viteza de hidroliz a srurilor ferice mult mai puin influenat de temperatur; - favorizarea de ctre hidroxidul feric a oxidrii unor substane organice (fenol, de exemplu), de ctre oxigenul din ap. Solubilitatea în funcie de temperatur i densitatea soluiilor pentru sulfatul feros i clorura feric sunt prezentate în tabelele VIII.9.13 i VIII.9.14. VIII.9.2.3.3.2. Ageni de floculare Pentru accelerarea procesului de coagulare se pot introduce în apa uzat adjuvani de coagulare, ce mai poart denumirea de floculani sau ageni de floculare. Acetia particip la accelerarea fenomenelor de transport care concur la realizarea coagulrii. Rolul adjuvanilor de coagulare se manifest în prevenirea formrii flocoanelor fine, ce sedimenteaz greu, ca urmare a existenei unei încrcri reziduale pozitive pe suprafaa complexelor de coagulant. Cei mai utilizai adjuvani de floculare sunt: Argilele minerale (bentonitele) ­ silicai de aluminiu hidratai, se folosesc de obicei ca ageni de coagulare. Acizii silicici constituie unii dintre cei mai utilizai adjuvani de coagulare. Prin eliminarea de ap dintre mai multe molecule de acid silicic pe seama grupelor hidroxil din interiorul lanului de siliciu i oxigen, se ajunge la o macromolecul tridimensional, numit frecvent silice activ. Silicea activ este un coloid liofil încrcat negativ, format prin neutralizarea silicatului de sodiu cu soluii diluate de clor, acid sulfuric sau sulfat de amoniu. Iniial soluia de silicat se dilueaz la 1,5% oxid de siliciu (verificarea se face densimetric, conform datelor din tabelul VIII.9.15), dup care se adaug agentul de neutralizare. Solul format se dilueaz, mai departe pentru a permite o stabilitate mai îndelungat. Adugat imediat dup dozarea agentului de coagulare, pe micelele de acizi polisilicici se adsorb particulele produilor de hidroliz ale coagulantului, încrcate cu particulele coloidale din ap. Se formeaz astfel flocoane grele, uor decantabile. Influena pH-ului în desfurarea acestor fenomene este redus. Principalul dezavantaj al folosirii acizilor polisilicici îl constituie pericolul gelifierii. În general, acizii polisilicici dau bune rezultate la tratarea apelor cu turbiditate ridicat.

Tabelul VIII.9.15 Densitatea soluiilor de silicat de sodiu Concentraie în silicat, % 1 2 4 6 10 12 14 16 Densitate la 18oC kg/m3×10-3 1,0094 1,0203 1,0425 1,0652 1,1220 1,1365 1,1613 1,1866 Concentraie în silicat, % 18 20 22 24 26 30 32 Densitate la 18oC kg/m3×10-3 1,2123 1,2385 1,2653 1,2926 1,3204 1,3775 1,4068

2032

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

Ageni de floculare organici naturali sunt extrai din plante sau din organisme animale. Din prima categorie fac parte polizaharidele, frecvent utilizai fiind amidonul (asociat cu srurile de Al, doza optim fiind de 1 ­ 10 g/m3) i dextranul. Alginaii de sodiu se utilizeaz în special asociai cu sruri ferice, concentraia optim fiind de 0,5 ­ 2 g/m3. Bune caracteristici de adjuvant de coagulare prezint i carboximetil celuloza. Un polielectrolit natural de provenien animal este colagenul, care formeaz flocoane cu vitez mare de sedimentare. Ageni de floculare sintetici sunt polielectrolii obinui prin reacii de polimerizare. Cei anionici, sunt caracterizai prin existena unor grupri chimice care adsorb grupe ionizate pozitiv, ceea ce conduce la extinderea polimerului. Cei mai frecveni sunt copolimerii acrilat ­ acrilamid, poliacrilamide, acizi polivinilsulfonici, acizi polistirensulfonici. Agenii de floculare sintetici cationici acioneaz în principal drept coagulani. Au mase moleculare mai mici, de pân la 1000000, iar gruprile cu caracter pozitiv sunt cel mai frecvent grupri de amoniu cuaternar. Sunt activi în mediu acid. Cei mai utilizai sunt polietilendiaminele i clorhidraii de polivinilamoniu. Floculanii sintetici neionici nu prezint grupe funcionale ionizabile. Din aceast categorie fac parte poliacrilamide cu masa molecular de pân la 15000000. VIII.9.2.3.3.3. Factori care influeneaz coagularea Doza de coagulant. Este determinant pentru eficacitatea epurrii. Pentru determinarea preliminar a dozei optime se pot folosi formulele (VIII.9.3) ­ (VIII.9.5) sau datele cuprinse în tabelul VIII.9.16.

Tabelul VIII.9.16 Doza de sulfat de aluminiu în funcie de coninutul de suspensii Coninut în materii în suspensie, mg/l Sub 100 101 ­ 200 201 ­ 400 401 ­ 600 601 ­ 800 801 ­ 1000 1001 ­ 1400 1401 ­ 1800 1801 ­ 2200 2201 ­ 2500 Al2(SO4)3, mg/l 25 ­ 35 30 ­ 45 40 ­ 60 45 ­ 70 55 ­ 80 60 ­ 90 65 ­ 105 75 ­ 115 80 ­ 125 90 ­ 135

D = k1 T D = k2 C D = k 3 SO

(VIII.9.3) (VIII.9.4) (VIII.9.5)

în care: D este doza optim de coagulant, în mg/l; T ­ turbiditatea apei, în grame SiO2; C ­ culoarea apei, în grade Pt-Co;

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2033

SO ­ coninutul de substane organice, în mg O2/l. Valoarea constantelor poate fi: k1 = 4 ­ 12, atunci când factorul determinant este turbiditatea; k2 = 4, atunci când factorul determinant este culoarea; k3 = 8, atunci când factorul determinant este concentraia de substane organice.Dac se folosete drept coagulant clorura feric sau sulfatul feric, doza se micoreaz cu 15 ­ 20% fa de cea indicat în tabelul VIII.9.16. În etapa a doua, doza optim de coagulant se determin experimental în laborator, prin adugarea de cantiti cresctoare de coagulant (reprezentând 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2 din doza preliminar) în pahare ce conin aceeai cantitate de ap, urmat de agitare rapid (160 ture/min) timp de 3 min, apoi lent (40 ture/min) timp de 5 min i 15 min de decantare. În final se determin valoarea turbiditii pentru supernatantul din fiecare pahar. Doza de coagulant pentru care reducerea turbiditii este brusc i a crei valoare nu depete 20 gr SiO2 indic doza optim. Valoarea pH-ului. Fiecare coagulant are un interval optim de pH pentru hidroliz. pH-ul poate influena nu numai procesul de coagulare propriu-zis, ci i caracteristicile fazei dispersate în ap, creia îi poate modifica gradul de dispersie (de exemplu acizii humici, ce formeaz la pH acid soluii coloidale, iar la pH alcalin trec în humai alcalini solubili). Alcalinitatea apei. Rezerva alcalin a unei ape determin capacitatea hidrolitic a coagulanilor folosii. Bicarbonaii de calciu i magneziu care dau alcalinitatea apei (i duritatea temporar) reacioneaz cu coagulantul. În cazul sulfatului de aluminiu ecuaiile reaciilor ce au loc sunt urmtoarele:

Al 2 (SO 4 )3 + 3Mg(HCO 3 )2 3MgSO 4 + 2Al(OH )3 + 6H 2 O Al 2 (SO 4 )3 + 3Ca (HCO 3 )2 3CaSO 4 + 2Al(OH )3 + 6CO 2

Cunoscând duritatea temporar a apei i doza de coagulant se poate calcula doza de var necesar pentru alcalinizare suplimentar. Se ine seama de faptul c pentru mersul corect al reaciei trebuie s se asigure 2 grade de duritate în plus. Formula de determinare a necesarului de var pentru alcalinizare este:

G = (0,5a - 10 x + 20 )

(VIII.9.6)

unde: G este doza de var, în mg/l; a ­ doza de sulfat de aluminiu, în mg/l; x ­ alcalinitatea, în grade. Solubilitatea oxidului de calciu, în funcie de temperatur, este prezentat în tabelul VIII.9.17. Tabelul VIII.9.18 indic densitatea i concentraia laptelui de var, la temperatura de 20oC.

Tabelul VIII.9.17 Solubilitatea oxidului de calciu în funcie de temperatur Temperatura, C 0 10 20 30 40

o

CaO dizolvat, mg/l 1430 1330 1230 1130 1040

Temperatura, oC 50 60 70 80 100

CaO dizolvat, mg/l 950 860 760 670 490

2034

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL Tabelul VIII.9.18 Densitatea i concentraia laptelui de var, la temperatura de 20 C. Coninut CaO în g/l 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 150 în % 0,99 1,96 2,93 3,88 4,81 5,74 6,65 7,54 8,43 9,30 11,01 13,5 Densitatea laptelui de var, g/ml 1,009 1,017 1,025 1,032 1,039 1,046 1,054 1,061 1,068 1,075 1,09 1,19 Coninut Ca(OH)2, % 1,31 2,59 3,87 5,13 6,36 7,58 8,79 9,96 11,14 12,29 14,55 17,84

o

Coninutul mineral al apei. Se manifest prin raportul (Na+K)/(Ca+Mg). Când sunt utilizai sulfatul feros sau sulfatul de aluminiu drept coagulani, o parte din cantitatea de calciu i magneziu poate precipita sub form de sulfai greu solubili. Evaluarea exact a gradului de mineralizare a apei se poate face prin msurarea conductibilitii. Temperatura. Se manifest asupra capacitii de adsorbie a impuritilor de ctre flocoanele formate prin hidroliza coagulantului, cât i asupra vitezei de hidroliz. În cazul conducerii procesului de coagulare la temperaturi sczute este necesar compensarea scderii vitezei de hidroliz fie prin alcalinizare mai accentuat, fie prin mrirea dozei de coagulant. VIII.9.2.3.3.4. Instalaii pentru coagulare-floculare Procesul de coagulare ­ floculare se realizeaz în instalaii care cuprind: separatoare cu grtare; bazin de egalizare a debitului; bazin de preparare a soluiei de tratare; pompe dozatoare; camer de amestecare; bazin de reacie; decantor; instalaii de deshidratare a nmolului. Bazinele de amestec trebuie s asigure un gradient de vitez mare, care s permit dispersarea cvasi-instantanee a reactivului. Principalele tipuri de camere de reacie sunt cu agitatoare mecanice i turbionare. Camerele de amestec cu agitatoare mecanice sunt bazine închise sau deschise din beton, cilindrice sau cubice, echipate cu dispozitive mecanice de amestec. (fig. VIII.9.26). Viteza de rotaie a agitatorului (ce poate fi cu palete, cu discuri sau cu elice) trebuie s creeze un gradient de vitez de 250 ­ 1000 s-1. Camerele de amestec turbionare sunt reactoare cilindrice închise din material plastic sau oel protejat la coroziune, care pot funciona sub presiune (fig. VIII.9.27). Amestecul se realizeaz numai pe cale hidraulic, gradientul de vitez fiind de 600 s-1, iar timpul de staionare de 2 minute. Dac reactorul este echipat cu un regulator de pH, poate fi folosit i pentru alte tratamente chimice. În unele cazuri pentru a elimina aceast construcie care introduce pierderi mari de sarcin se poate recurge la injectarea soluiei de coagulant în conducta de transport.

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2035

Injectarea direct a reactivului necesit o lungime de amestec de minim de 10 ori diametrul conductei. Viteza de injecie trebuie s fie mai mare de 0,8 m/s i cel puin jumtate din viteza apei în conduct. Exist riscul de corodare local, soluiile de coagulant fiind corozive.

3

1

2

4

Fig. VIII.9.26. Camer de amestec cu agitator cu elice: 1 ­ ap brut; 2 ­ ap epurat; 3 ­ reactiv; 4 ­ golire.

Bazinele de reacie sunt construciile în care flocoanele de coagulant neutralizeaz sarcina electric a particulelor aflate în suspensie, formându-se flocoane mari, care se separ uor în procesul de decantare. Bazinele de reacie pot fi separate de decantor sau coninute de acesta. Ele trebuie s asigure, pe de o parte, vitez de circulaie suficient de mare ca flocoanele s se poat ciocni i suspensiile s nu se poat depune, dar nu prea mare, pentru ca flocoanele formate s nu se sparg. Cele mai cunoscute forme constructive sunt: - camere de reacie de tip bazin cu icane; - camere de reacie turbionare; - camere de reacie prismatice; - camere de reacie cu zbaturi (palete). În fig. VIII.9.28 sunt prezentate dou tipuri de camere de reacie cu perei în ican. Amplasarea pereilor în ican pentru a crea un flux orizontal sau vertical asigur dezvoltarea corespunztoare a flocoanelor numai în cazul tratrii unor debite mici de ap. Viteza de trecere este cuprins între 0,2 i 0,4 m/s, iar timpul de staionare este de 15 ­ 30 min. Se recomand ca limea unui compartiment s fie de 0,4 ­ 0,6 m, pentru a nu se forma cureni transversali i turbioane. În fig. VIII.9.29 este prezentat o camer de reacie turbionar. Forma acestei camere determin reducerea treptat a gradientului de vitez. La intrare, viteza apei este de 0,8 ­ 1 m/s, pentru ca în zona de trecere în decantor viteza s scad la 0,005 ­ 0,01 m/s.

2036

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

6

pH

4 2

5 7 3

1

Fig. VIII.9.27. Camer de amestec turbionar: 1 ­ ap brut; 2 ­ coagulant; 3 ­ adjuvant; 4 ­ eantionare; 5 ­ recirculare pentru corectare pH; 6 ­ aer; 7 ­ ap epurat.

1 1 2

2 3

a

b

Fig. VIII.9.28. Camere de reacie cu perei în ican; a. cu circulaie orizontal; b. cu circulaie vertical: 1 ­ de la camera de amestec; 2 ­ spre decantor; 3 ­ golire.

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2037

2 2

1

Fig. VIII.9.29. Camer de reacie turbionar: 1 ­ intrare ap; 2 ­ trecerea apei în decantor.

VIII.9.2.3.3.5. Instalaii de decantare ­ coagulare Pentru reducerea timpului de staionare a reactivului în ap brut de la primul contact cu coloizii pân la decantare, coagularea i decantarea se pot realiza în cadrul aceleiai instalaii. Reinerea particulelor coloidale are loc în timpul micrii ascendente a apei, tratate în prealabil cu coagulant, printr-un strat de nmol, format din flocoane depuse într-o etap anterioar i meninute în suspensie. Decantoarele de acest tip poart denumirea de decantoare suspensionale. Caracteristicile de funcionare ale decantoarelor suspensionale în funcie de calitatea apei brute i de natura reactivilor utilizai sunt prezentate în tabelul VIII.9.19.

Tabelul VIII.9.19 Caracteristici de funcionare ale decantoarelor suspensionale Materii în suspensie, mg/l 100 100 ­ 400 400 ­ 1000 1000 ­ 2000 Reactivi Sulfat de aluminiu Coagulant feric Sulfat de aluminiu Coagulant feric Sulfat de aluminiu Coagulant feric Sulfat de aluminiu Coagulant feric Viteza ascensional, m/or 2,15 ­ 2,85 2,5 ­ 3,25 2,85 ­ 3,25 3,25 ­ 3,6 3,25 ­ 3,6 3,6 ­ 4,0 3,6 ­ 4,0 4 ­ 4,3 Concentraia stratului de nmol, mg/l 260 ­ 600 300 ­ 600 600 ­ 1200 600 ­ 1400 900 ­ 2000 1100 ­ 2200 1900 ­ 6000 2200 ­ 7500 Înlimea stratului de nmol, m 2 2 2 2

2038

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

Din aceast categorie face parte decantorul Spaulding (fig. VIII.9.30). Acesta prezint seciune dublu tronconic, pentru asigurarea unei variaii gradate a vitezei apei. Partea central constituie zona de coagulare i floculare pericinetic. Amestecul este asigurat de un agitator axial cu palete, amplasat în zona central. Apa brut i reactivul sunt introduse în partea superioar a zonei centrale, unde gradientul de vitez este foarte mare. Apoi apa trece în zona tronconic periferic. Timpul de contact în zona central este de 1800 secunde. Nmolul ce se formeaz se acumuleaz la partea inferioar i deverseaz în concentratorul periferic, de unde este eliminat periodic. Apa se limpezete în micarea sa ascendent prin ptura de nmol, care este dens la partea inferioar i se rarefiaz în sus. Apa limpezit este colectat la partea superioar printr-un jgheab periferic sau prin evi perforate dispuse radial. Timpul de staionare în camera de sedimentare este de 3600 s.

1 2 6 5 7 3 4

Fig. VIII.9.30. Decantor Spaulding: 1 ­ reactiv; 2 ­ ap brut; 3 ­ icane batante; 4 ­ concentrarea nmolului; 5 ­ zon de limpezire; 6 ­ ap decantat; 7 ­ evacuarea nmolului

VIII.9.2.4. Procese biologice de epurare a apelor uzate

Prin epurare biologic se înelege procesul de prelucrare a apelor uzate în urma cruia are loc transformarea impuritilor organice, ca rezultat al metabolismului bacterian, în produi de degradare inofensivi i biomas (mas celular nou). Acea caracteristic esenial a unei substane organice care face posibil atât procesul de epurare natural, cât i epurarea biologic, poart denumirea de biodegradabilitate i se refer la capacitatea unei substane organice de a se modifica din punct de vedere chimic sub aciunea microorganismelor. Biodegradarea cuprinde ansamblul proceselor fizico-chimice i biochimice prin care o substan organic este transformat de ctre microorganisme, în mediu i condiii naturale (autoepurare) sau în mediu i condiii artificiale (epurarea biologic), în aa fel încât îi pierde identitatea.

VIII.9.2.4.1. Mecanismul proceselor de epurare biologic

În esen, procesul de epurare biologic a apelor uzate se rezum la un transfer de materiale dinspre ap spre celulele vii i dinspre acestea spre ap. În prima faz are loc trecerea impuritilor din apa uzat spre masa de microorganisme, în urma contactului interfacial sau a proceselor de adsorbie ­ desorbie. Procesul de adsorbie este favorizat de un contact cât mai intim între biomas i apa uzat, deci de o suprafa de contact cât mai mare, precum i de o cât mai ridicat concentraie a impuritilor, în condiiile absenei substanelor inhibitoare. Compuii adsorbii sunt antrenai în reacii enzimatice, care se desfoar în mai multe etape: în prima etap între moleculele de enzim i cele de

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2039

substrat(substan utilizat ca hran) se formeaz compleci, care într-o faz ulterioar se descompun, eliberând produsul sau produii de reacie i enzima regenerat, care poate relua reaciile. În procesele de epurare biologic pot fi implicate microorganisme care necesit oxigen dizolvat pentru desfurarea proceselor metabolice, caz în care se poate vorbi de o epurare biologic aerob, sau microorganisme care folosesc oxigenul din materia organic sau din compuii minerali (de exemplu din nitrai sau sulfai, cu formare de amoniac, respectiv hidrogen sulfurat), când epurarea este anaerob. Ambele tipuri de procese se aplic pentru epurarea apelor uzate în mai multe variante.

VIII.9.2.4.2. Epurarea biologic aerob

Aceast variant de epurare reprezint cea mai folosit cale de prelucrare a apelor uzate i const în oxidarea substanelor organice ca rezultat al activitii microorganismelor aerobe, în urma acestei transformri formându-se în principal dioxid de carbon i ap, precum i importante cantiti de energie. (fig. VIII.9.31). Pentru ca impuritile coninute în apele uzate s poat fi îndeprtate prin epurare biologic, ele trebuie s fie biodegradabile. Procesele de epurare biologic aerob pot fi clasificate dup modul de depunere a biomasei în dou mari categorii de procese: - procese în care microorganismele sunt suspendate în ap sub form de flocoane i care poart denumirea de procese cu nmol activ; - procese în care microorganismele sunt fixate pe un suport solid, formând aa-numitele biofiltre.

Fig. VIII.9.31. Reprezentarea schematic a degradrii aerobe a substanelor organice.

VIII.9.2.4.2.1. Epurarea biologic cu nmol activ Etapele epurrii biologice cu nmol activ. Epurarea biologic cu nmol activ presupune desfurarea urmtoarelor etape (fig. VIII.9.32):

2040

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

1. Apa uzat este preepurat mecanic, prin sedimentarea suspensiilor în decantorul primar (1) sau prin procese fizico-chimice, dup care este amestecat cu nmolul recirculat i este aerat împreun cu nmolul activ(biomasa) în bazinul de aerare (reactor) (2), în aa fel încât oxigenul dizolvat s satisfac necesitile de mediu ale microorganismelor aerobe, aglomerate în flocoane, iar acestea s se menin în suspensie; 2. Apa epurat, lipsit în procent de peste 95% de substane organice biodegradabile, este separat de nmol prin sedimentarea acestuia în decantorul secundar (3) i condus spre receptor; 3. Nmolul activ depus în decantorul secundar este recirculat în bazinul de aerare i amestecat cu apa de tratat; 4. Nmolul activ excedentar, rezultat din procesele care au loc în reactor în timpul epurrii, este scos din circuit, pentru ca în bazinul de aerare s rmân concentraia de biomas stabilit ca optim. Variante ale procesului de epurare biologic cu nmol activ. Principalii parametri care deosebesc variantele procesului de epurare cu nmol activ sunt: modul de realizare a curgerii apei prin bazinul de aerare, recircularea nmolului activ, aportul de oxigen.

Fig. VIII.9.32. Schema unei instalaii de epurare biologic cu nmol activ.

Varianta clasic de epurare biologic cu nmol activ. Aceast variant presupune parcurgerea de ctre apa uzat, amestecat cu nmolul recirculat, a unui bazin rectangular, modificându-se treptat coninutul de poluani de la intrarea apei în bazin spre ieire (fig. VIII.9.33, a). Varianta distribuiei în trepte a încrcrii organice din apa uzat. Se caracterizeaz prin alimentarea apei uzate în mai multe puncte de-a lungul bazinului de aerare,

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2041

diminuându-se astfel efectul variaiei concentraiei impuritilor din apa uzat asupra nmolului activ (fig. VIII.9.33, b). Varianta cu distribuie uniform a încrcrii organice i a nmolului activ recirculat. Se realizeaz o distribuie aproape egal a impuritilor din ap i a nmolului în întregul volum al bazinului de aerare. Accesul influentului i al nmolului activ se poate face la suprafaa apei, ceea ce conduce la o aerare suplimentar. Acest mod de a introduce apa uzat i nmolul activ în bazinul de aerare contribuie i la combaterea fenomenului de spumare produs de detergeni sau alte substane tensioactive (fig. VIII.9.33, c). Varianta epurrii biologice cu nmol activ în dou trepte. Aceast variant corespunde la trecerea apei uzate printr-o pereche de bazine de aerare i decantoare secundare (fig. VIII.9.33, d).

I NR NE I

BA NR + NE a BA NE NR NR + NE b I

DS

E

BR DS E

I BA NE c NR + NE

E DS

I NR I NE

E BA I DS I NR II BA II DS II

d E I NE BA NR DS NR + NE e BR

Fig. VIII.9.33. Scheme ale variantelor de epurare cu nmol activ: I ­ influent; E ­ efluent; BA ­ bazin de aerare; DS ­ decantor secundar; NR ­ nmol recirculat; NE ­ nmol în exces; BR ­ bazin de reacie.

2042

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

Varianta de epurare biologic cu nmol activ cu stabilizare de contact. Aceast variant presupune oxigenarea nmolului evacuat din decantorul secundar într-un bazin separat, numit bazin de regenerare, înainte de a fi amestecat cu apa uzat, respectiv evacuat (fig. VIII.9.33, e).În acest mod se urmrete micorarea volumului nmolului i facilitarea pomprii acestuia. Aceast schem constructiv are avantajul unor volume constructive mai mici decât varianta clasic, evitându-se totodat umflarea nmolului i mrind decantabilitatea acestuia. Varianta aerrii prelungite (a aerrii totale). Aceast variant de epurare este caracterizat de o aerare de durat (pân la 72 de ore), cu realizarea fermentrii aerobe a nmolului. Gradul de epurare astfel realizat este ridicat, iar cantitile de nmol obinute sunt reduse, astfel c în unele cazuri numai este necesar prezena decantorului secundar. Substanele organice sunt nitrificate în cea mai mare msur, iar nmolul rezultat în cantiti mici este stabil. Parametrii procesului de epurare cu nmol activ Raportul de recirculare a nmolului activ, notat r, este raportul dintre debitul de nmol recirculat q i debitul influent Q: q (VIII.9.7) r= Q Raportul de evacuare a nmolului în exces, notat w, este dat de raportul dintre debitul de evacuare a nmolului activ excedentar Qw i debitul influent al instalaiei Q:

w=

Qm Q

(VIII.9.8)

Concentraia impuritilor în influentul treptei de epurare biologic, notat Co, respectiv în efluentul treptei de epurare biologic, notat C, reprezint cantitatea de CCO 3 sau CBO existent într-un volum de ap uzat, respectiv epurat, exprimat în kg/m . Concentraia nmolului activ în bazinul de aerare, notat Cs, reprezint cantitatea de nmol activ exprimat ca substan uscat sau volatil existent într-un volum dat de 3 bazin de aerare, exprimat în kg/m . Concentraia nmolului activ în bazinul de recirculare, respectiv evacuare, notat Cnr, respectiv Cne, reprezint cantitatea de nmol activ, exprimat ca substan uscat sau volatil, existent într-un volum dat de suspensie recirculat sau evacuat i exprimat în 3 kg/m . Încrcarea organic a nmolului activ, notat Ion, sau raportul hran/ microorganisme, este raportul între cantitatea total de impuriti organice, exprimat sub form de CCO sau CBO influent zilnic treptei de epurare i cantitatea total de nmol activ din bazinul de aerare. Ion se calculeaz cu relaia: Q × Co (VIII.9.9) I on = V × Cn în care, V este volumul total al bazinului, m3. Încrcarea organic a bazinului de aerare, notat Iob, este raportul dintre cantitatea de impuriti organice, exprimat sub form de CCO sau CBO, influent zilnic treptei de epurare, i volumul total al bazinului de aerare. Iob se calculeaz cu relaia:

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2043

Q × Co (VIII.9.10) V Acest parametru se exprim în kg CCO sau CBO raportat la numrul de m3 de aer utilizai pe zi pentru aerare. Indicele de nmol, notat In, i cunoscut i ca indicele Mohlman, reprezint raportul dintre volumul de nmol (Vn) depus dup o decantare de 30 min dintr-o prob prelevat din o bazinul de aerare i masa suspensiilor exprimat ca substan uscat la 105 C (Cn) existente în acea prob. Relaia de calcul este: I ob =

In = Vn Cn

(VIII.9.11)

Vârsta nmolului, notat n, reprezint timpul mediu în care o particul de nmol activ rmâne sub aerare. Se determin împrind la cantitatea de nmol evacuat ca excedentar zilnic cantitatea de nmol care se regsete în bazinul de aerare, conform relaiei:

n = V Cn Q w C nr

(VIII.9.12)

Nmolul în exces reprezint nmolul care trebuie eliminat din proces pentru a pstra în bazinele de aerare o concentraie a acestuia cât mai constant, corespunzând deci materialului biologic care apare ca urmare a convertirii impuritilor în biomas. Necesarul de oxigen reprezint cantitatea de oxigen cerut pentru ca procesul s se desfoare în condiii optime. Timpul de retenie hidraulic, notat t, reprezint raportul dintre volumul bazinului de aerare V i debitul influent Q: V t= (VIII.9.13) Q Construcii i instalaii pentru epurarea cu nmol activ. Decantoarele ce fac parte din instalaia de epurare biologic se încadreaz în tipurile constructive prezentate anterior. Bazinele de aerare, ce mai poart denumirea de aerotancuri, sunt construcii dreptunghiulare, ptratice sau mai rar radiale din beton, prevzute cu sisteme de aerare pneumatic sau mecanic. Sistemele de aerare trebuie s îndeplineasc urmtoarele funcii principale: - s asigure un transfer cât mai intens al oxigenului din aer în apa uzat i s contribuie astfel la realizarea în jurul flocoanelor i în interiorul acestora a condiiilor aerobe; - s realizeze un amestec cât mai bun între apa uzat i nmolul activ; - s împiedice depunerea flocoanelor nmolului activ pe radierul bazinului de aerare unde, în absena oxigenului, ar intra în fermentare anaerob. Aerarea pneumatic, care const în introducerea de bule de aer în ap, se poate realiza distribuind aerul prin difuzori poroi sau conducte perforate. Difuzorii poroi, pentru a cror construcie se folosesc betoane speciale, materiale plastice, materiale ceramice, toate rezistente la coroziune, au avantajul unei capaciti de transfer bune i a unei agitri corespunztoare, dar i dezavantajul de a se colmata uor, motiv pentru care se practic frecvent filtrarea aerului introdus în astfel de difuzori poroi.

2044

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

Aerarea mecanic realizeaz punerea în contact a apei uzate, nmolului activ i aerului atmosferic în urma unei amestecri mecanice intense. Se folosesc urmtoarele tipuri de aeratoare: - cu perii sau palete (ax orizontal); - cu aspiraie; - cu rotor (ax vertical), care sunt cele mai rspândite utilaje de aerare. Pentru asigurarea oxigenului necesar proceselor biologice, se poate folosi i oxigenul pur. În acest caz, pentru o bun utilizare a oxigenului, bazinele sunt închise. Oxigenul furnizat în acest mod este mai ieftin decât cel furnizat prin metode clasice, i în plus performanele înregistrate sunt superioare celorlalte sisteme de aerare. VIII.9.2.4.2.2. Epurarea biologic în biofiltre În acest caz, biomasa este depus pe un suport solid, format din materiale filtrante cu suprafa specific cât mai mare (pietri, zgur, cocs, material ceramic, material plastic, etc.). Apa cu coninut de impuriti este introdus pe la partea superioar a filtrului biologic, fiind alimentat de un bra rotitor care o distribuie uniform, strbate materialul granular de umplutur pe care s-a dezvoltat o pelicul biologic i prsete instalaia pe la partea inferioar. Pentru o epurare eficient, efluentul se recircul. Excesul de pelicul biologic care se desprinde de pe umplutur la anumite intervale de timp(fenomen ce poart denumirea de npârlire) se înltur din efluentul epurat prin decantare într-un decantor secundar. Schema unei astfel de instalaii este prezentat în fig. VIII.9.34.

Fig. VIII.9.34. Schema epurrii apelor uzate într-un filtru biologic.

Parametrii filtrelor biologice sunt: - raportul de recirculare care reprezint raportul dintre debitul efluentului recirculat i debitul influent;

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2045

- factorul hidraulic al recirculrii este dat de raportul sumei dintre debitul influent i a debitului de recirculare la debitul influent; - factorul biologic al recirculrii este dat de relaia:

F = 1+ f Q Qr

(VIII.9.14)

unde: f reprezint proporia de materie organic îndeprtate la fiecare trecere a apei prin filtru, Q ­ debitul influent; Qr ­ debitul recirculat. - încrcarea organic este dat de raportul dintre cantitatea de poluant organic introdus în filtru într-un anumit interval de timp (uzual într-o zi) i volumul filtrului. - încrcarea hidraulic reprezint raportul dintre cantitatea de poluant organic introdus în filtru într-un anumit interval de timp i suprafaa ariei transversale a filtrului.

Fig. VIII.9.35. Filtru biologic (biofiltru).

Tipuri de filtre biologice. Dup numrul de trepte de epurare, filtrele biologice pot

- cu o treapt de epurare; - cu dou trepte de epurare. Dup modul de alimentare i de realizare a contactului între apa uzat i pelicula biologic, filtrele biologice pot fi: - uzuale, cu alimentare continu; - de contact, cu introducere intermitent a efluentului; - scufundate, cu material granular meninut în permanen sub ap i aerare artificial. Dup modul de realizare a aerrii, biofiltrele se pot grupa în dou categorii: - filtre cu ventilaie natural; - filtre cu ventilaie artificial (aerofiltre). Dup încrcarea hidraulic i organic aplicat, biofiltrele pot fi:

fi:

2046

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

- de mic încrcare - de încrcare medie; - de mare încrcare. Un filtru biologic este prezentat în fig. VIII.9.35. Performanele diferitelor tipuri de biofiltre sunt prezentate în tabelul VIII.9.20.

Tabelul VIII.9.20 Performanele biofiltrelor Tip de filtru Mic încrcare Mare încrcare Intermediar Încrcarea hidraulic m /m zi 0,04 ­ 0,16 0,3 ­ 1,6 0,08

3 2

Încrcarea organic kg/m zi 0,8 ­ 4,0 4,0 ­ 48 48

3

Îndeprtarea CBO5, % 80 ­ 85 65 ­ 80 25 ­ 65

VIII.9.2.4.3. Procese anaerobe de epurare biologic

Aceste procese se desfoar în absena oxigenului, în bazine de fermentaie etane (care nu permit accesul aerului), la temperaturi ce variaz între 20 i 60oC. Aceast variant de epurare, care nu permite realizarea unui grad de îndeprtare a impuritilor organice din apa uzat egal cu cel obinut în cazul folosirii metodei aerobe, este folosit din cauza marilor sale avantaje: - nu necesit aerarea amestecului ap uzat-nmol, deci permite importante economii de energie; - prin fermentare rezult un amestec gazos combustibil cu coninut ridicat de metan, care poate servi pentru acoperirea unor nevoi energetice locale; - nmolul excedentar este în cantitate foarte redus, evitându-se astfel problemele deosebite pe care le presupune îndeprtarea, deshidratarea i stocarea acestuia în cazul metodei aerobe. Realizarea practic a procedeului se face, ca i în cazul metodei aerobe, în dou variante principale: - cu masa biologic în suspensie; - cu masa biologic sub form de pelicul pe un suport solid. Din prima categorie fac parte procedeul de contact i cel cu recircularea apei uzate prin stratul de nmol. Procedeul de contact presupune agitarea apei uzate cu nmolul în bazine de fermentare, urmat de decantarea amestecului într-un aparat închis, de unde apa epurat este evacuat, iar nmolul este recirculat în bazinul de aerare. În cazul procedeului cu recircularea apei uzate prin stratul de nmol, masa de microorganisme anaerobe se dezvolt pe un suport granular poros (crbune activ sau argil calcinat) i este meninut în stare de expansiune, la partea inferioar a bazinului de fermentare, sub aciunea bulelor de gaz formate i a vitezei ascensionale a apei. Varianta cu filtru anaerob este asemntoare celei aerobe, cu particularitatea c bazinul este complet închis, iar materialul filtrant complet înnecat.

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2047

VIII.9.3. Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile din bumbac i tip bumbac

VIII.9.3.1. Caracteristici fizico-chimice ale apelor reziduale

Procesele tehnologice de finisare a articolelor din bumbac i tip bumbac determin în foarte mic msur poluarea aerului ­ este vorba de efectele minore produse la pârlire, vopsire, imprimare i neifonabilizare, în timp ce gradul de poluare al apelor uzate este substanial mai ridicat. Schematic, problemele ce pot aprea în diversele faze de prelucrare i riscul de poluare a apei i aerului sunt prezentate în tabelul VIII.9.21.

Tabelul VIII.9.21 Caracteristici de poluare a apei i aerului de ctre principalele etape tehnologice de finisare chimic a produselor textile Etapa de finisare Pârlirea Descleierea Fierbere, albire, mercerizare Vopsire Imprimare Finisare superioar Poluarea apei Nu creeaz probleme Circa 50% din poluarea efluentului Circa 20% din poluarea efluentului Poluare cu colorani i/sau chimicale Poluare cu colorani i/sau chimicale Poluare cu ageni chimici Poluarea aerului Poluare minor Nu creeaz probleme Posibil poluare redus Nu sunt probleme Posibil poluare redus Poluare uoar

În ceea ce privete poluarea apei, ponderea principalelor faze tehnologice, atât în privina consumul de ap cât i a gradului de poluare organic, este prezentat în tabelul VIII.9.22.

Tabelul VIII.9.22 Caracterul poluant al operaiilor tehnologice de pregtire a materialelor textile din bumbac Proces tehnologic Descleiere Degresare Albire Mercerizare Vopsire Imprimare Splare Finisare superioar Consum de ap, % din total 5 1 46 2 8 7 30 1 CBO5, % din total 22 54 5 ­ 5 6 1 7 Încrcare cu poluani, % din total >50 10­25 3 <4 10­20 <1 5 15

Ponderea cea mai mare în poluarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor din bumbac sau tip bumbac o au procesele de pregtire, unde se înregistreaz cel mai mare consum de ap, precum i o încrcare notabil cu CBO (peste 80% din încrcarea total). Problemele ce pot s apar în aceast faz de prelucrare, precum i modalitile de a le preveni, sunt prezentate în tabelul VIII.9.23. Este vorba în principal de reducerea încrcrii organice, ce intervine în special în faza de descleiere, prin utilizarea de produse chimice biodegradabile, care s permit recircularea din apelor uzate. De asemenea, agenii complexani utilizai frecvent în flotele de fierbere alcalin ridic

2048

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

probleme prin coninutul lor mare în fosfor, ce poate duce la fenomene de eutrofizare a apelor în care se deverseaz apele uzate ce-i conin. În procesul de albire, principalele dificulti sunt legate de utilizarea hipocloritului de sodiu, responsabil de creterea nivelului compuilor organici ce conin clor, caracterizai de aciune toxicologic puternic, motiv pentru care prezena lor în apele uzate este foarte strict limitat de legislaia actual.

Tabelul VIII.9.23 Factori de poluare în pregtirea materialelor textile i msuri de reducere a efectului acestora Parametri ai apelor uzate Ageni de încleiere ­ compui greu biodegradabili Contramsuri Pretratarea apelor uzate prin precipitare. Utilizarea de ageni de CCO, CBO5 ridicat încleiere biodegradabili. Ultrafiltrarea. Arderea i vaporizarea efluenilor. Tratamente alcaline la cald i de albire Compui greu Folosirea de complexani cu produi biodegradabili de degradare biologic nepericuloi Nefolosirea compuilor organici cu Eutrofizarea apei fosfor Bioacumulare, toxicitate, Reducerea folosirii hipocloritului de CCO ridicat sodiu ca agent de albire Inconveniente

Complexani Fosfai Compui halogenai puin volatili

VIII.9.3.2. Instalaii de preepurare prevzute în cazul deversrii în reeaua de canalizare

Obiectivele acestei tratri sunt, de regul: - aducerea pH-ului în zona 6,5 ­ 9; - reducerea concentraiei de clor liber la sub 1 mg/l; - reducerea concentraiei de detergeni biodegradabili la sub 50 mg/l; - reducerea concentraiei de hidrogen sulfurat la sub 1 mg/l. Pentru aceasta, este obligatorie realizarea egalizrii debitelor i concentraiilor, realizat în condiiile aerrii apelor uzate, ceea ce favorizeaz îndeprtarea hidrogenului sulfurat i reducerea concentraiei de clor activ. La intrarea în bazinele de egalizare este obligatorie prezen sitelor pentru a reine resturile de fibre. În funcie de gradul de impurificare poate fi necesar a tratare cu hipoclorit de sodiu (pentru apele ce conin cantiti mari de hidrogen sulfurat). Variaia caracteristicilor apelor uzate i a celor epurate în funcie de concentraia de hipoclorit utilizat la tratare este prezentat în tabelul VIII.9.24.

Tabelul VIII.9.24 Concentraia de hipoclorit utilizat la epurarea pentru îndeprtarea hidrogenului sulfurat Concentraie clor activ, mg/l 60 80 100 pH influent 9,5­10 9 9 efluent 9 9 9 Coninut de: hidrogen sulfurat, mg/l clor rezidual, mg/l influent efluent influent efluent 204 125,8 ­ absent 130 1 ­ absent 136 absent ­ 17,7

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2049

Preepurarea se poate realiza i prin coagulare, utilizând sulfat feros (300 ­ 800 mg/l) i var (200 ­ 400 mg/l). Schemele de principiu a dou variante de instalaii de preepurare a apelor uzate rezultate de la finisarea materialelor textile din bumbac i tip bumbac sunt prezentate în fig. VIII.9.36.

Fig. VIII.9.36. Schemele de principiu unor instalaii de preepurare a apelor uzate rezultate de la finisarea materialelor textile din bumbac i tip bumbac.

VIII.9.3.3. Instalaii de epurare prevzute în cazul deversrii în cursuri de ap naturale

În condiiile în care deversarea apelor uzate se face direct în emisar, gradul de epurare trebuie s fie superior, urmrindu-se în plus, fa de cazul preepurrii: - reducerea gradului de încrcare organic; - îndeprtarea culorii; - îndeprtarea substanelor toxice (fenol, detergeni). Este obligatorie epurarea biologic, ce poate fi realizat în variant bioaerrii prelungite, când reducerea gradului de încrcare cu poluani este semnificativ (tabelul VIII.9.25). Schema de principiu a unei astfel de instalaii de epurare este prezentat în fig. VIII.9.37.

2050

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL Tabelul VIII.9.25 Reducerea gradului de poluare în urma epurrii prin bioaerare prelungit Parametru Valoare Influent 9 1660 144 67 22 0,3 2 14 120 Efluent 7 3980 25 6 13 15 9,2 2,5 18 Grad de epurare, % ­ 76 82 92 59 ­ ­ 82 85

pH CCO, mg/l CBO, mg/l Iod, mg/l Amoniac, mg/l Azotii, mg/l Azotai, mg/l Detergeni, mg/l Suspensii, mg/l

Fig. VIII.9.37. Schema unei instalaii de epurare a apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile din bumbac sau tip bumbac care se deverseaz în efluent: 1 ­ camer cu grtare i site; 2 ­ bazin de bioaerare; 3 ­ decantor; 4 ­ transportor pentru nmol.

VIII.9.4. Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile din lân i tip lân

VIII.9.4.1. Caracteristici fizico-chimice ale apelor reziduale

Exist diferene importante între apele uzate ce rezult în urm splrii lânii brute i apele uzate produse în urma tuturor celorlalte procese de finisare a lânii. Apele uzate provenite de la splarea lânii brute sunt tulburi, coninutul de suspensii poate ajunge pân la 50000 mg/l, sunt uor putrescibile, au miros puternic fetid i sunt alcaline (pH cuprins între 9,5 i 11,5). Consumul biochimic de oxigen atinge de asemenea valori ridicate (tabelul VIII.9.26). Deversarea acestor ape uzate fr o epurare prealabil are efecte deosebit de grave. Scade brusc coninutul de oxigen dizolvat în ap, ceea ce conduce la distrugerea florei i faunei acvatice. Datorit încrcrii mari cu bacterii, apele uzate de la splarea lânii brute contribuie la creterea potenialului bacterian al receptorului. Un pericol important îl constituie prezena sporilor de antrax, deosebit de rezisteni la ageni chimici.

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2051

Tabelul VIII.9.26

Principalele caracteristici ale apelor uzate provenite de la splarea lânii brute Parametru pH Culoare Miros Diluia la care dispare culoarea Transparen, cm Cloruri, mg/l CBO5, mg/l CCO, mg/l Amoniac, mg/l Valoare 8,5 ­ 10 brun închis specific 1:450 0,1 500 ­ 600 1200­1500 3700­4100 35 ­ 70 Parametru Hidrogen sulfurat, mg/l Azotai, mg/l Azotii, mg/l Reziduu total, mg/l Reziduu total anorganic, mg/l Reziduu total organic, mg/l Suspensii totale, mg/l Detergeni, mg/l Crom Valoare 55 0 ­ 50 abseni 7600­15800 3500 ­ 9200 4100 ­ 6500 1500 ­ 10700 15 absent

O surs de poluare relativ recent luat în discuie o reprezint prezena pesticidelor pe lâna brut, deci i în apele uzate de la splarea acesteia. Pesticidele se aplic pentru a preveni infestarea oilor cu parazii. Într-o perioad anterioar în acest scop s-au folosit intens pesticidele pe baz de compui organoclorurai, eficiente i ieftine. În ultimii ani o serie de ri mari productoare de lân au interzis folosirea acestor produse (prin omiterea lor de pe lista de produse permise), dar în destule ri produse precum Lindan ( hexaclorciclohexan) sunt înc utilizate. Principalele clase de pesticide acum în uz sunt de tip organo-fosforic i din clasa piretroizilor. Ambele clase au toxicitate redus asupra mamiferelor i persisten mai mic decât compuii organo-clorurai. Pesticidele se regsesc în apele uzate de la splarea lânii brute sau, în cazul unei recuperri eficiente a grsimii, doar în grsime i ulterior în lanolin. Prezena pesticidelor în grsimea din care se separ lanolina complic mult procesul de rafinare. Ca urmare a limitelor impuse în toate rile membre ale I.W.S., coninutul de pesticide organo-clorurate în cazul lânurilor provenite din aceste surse este redus la o limit considerat lipsit de orice pericol. Pentru apele uzate provenite de la finisarea esturilor de lân sau tip lân, problemele legate de poluarea acestor ape sunt, în general, similare cu cele prezentate anterior în cazul apelor provenite de la finisarea materialelor textile din bumbac. Principalele aspecte caracteristice sunt legate de prezen cromului i a agenilor antimolii. Circa 70% din lâna prelucrat la nivel mondial este vopsit cu colorani ce implic prezena cromului în apele uzate rezultate. În special în cazul utilizrii coloranilor cromatabili, încrcarea cu crom a apelor uzate este important atunci când se aplic tehnologia tradiional, ceea ce afecteaz sever eficiena epurrii biologice, deoarece cromul, asemenea altor metale grele, inhib activitatea microorganismelor. Deoarece legislaia impune limite severe pentru prezena cromului în efluent în ultimele dou decenii s-au luat msuri de optimizare a tehnologiei de vopsire, propunându-se procedee ce asigur un coninut redus de crom în efluent (procedee ,,low chrome effluent"), în urma crora coninutul de crom scade de la 20­150 mg/l cât se întâlnete în cazul procedeelor clasice la 1­7 mg/l, în funcie de intensitatea vopsirii. Principalele modificri cuprinse în tehnologiile optimizate de vopsire cu colorani cromatabili au în vedere: folosirea de nivele minime de bicromat, cromarea la un pH optim de 3,5­3,8 realizat cu acid formic, folosirea de bi proaspete pentru cromare, vopsirea la temperaturi inferioare temperaturii de fierbere, folosirea de tiosulfat de sodiu sau a altor ageni reductori în etapele finale ale cromrii, recircularea bilor de vopsire.

2052

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

În apele uzate prevenite de la finisarea materialelor textile de lân se pot gsi produi chimici utilizai pentru tratamentul antimolii, tratament ce reprezint o component esenial a tratamentului de finisare al covoarelor. Unii dintre cei mai utilizai ageni antimolii, Eulan WA i Mitin LP, ambii pe baz de clorofenil, au trebuit s fie retrai de pe pia, ca urmare a caracteristicilor lor toxicologice inacceptabile. În momentul de fa majoritatea agenilor antimolii sunt pe baz de permethrin, dar i pentru acetia valorile limit pentru prezena lor în apele uzate sunt foarte reduse, ceea ce implic crearea de tehnologii de aplicare care s asigure absena agentului antimolii din efluent (în acest sens s-au propus procedee de pulverizare a soluiei fierbini ce conine agentul antimolii i sisteme automate de dozare a soluiei de tratare, când se înregistreaz o important reducere a cantitii de soluie rezidual sau sintetizarea de noi ageni antimolii care s posede un profil ecotoxicologic îmbuntit.

VIII.9.4.2. Instalaii de preepurare prevzute în cazul deversrii în reeaua de canalizare

Ca urmare a gradului mare de impurificare, epurarea apelor uzate provenite de la întreprinderi textile ce au i sectoare de splare a lânii brute presupune o obligatorie trecere prin instalaiile pentru reinerea suspensiilor, fibrelor i scamelor, urmat de extragerea grsimilor, lanolina astfel obinut reprezentând o materie prim de baz pentru industria cosmeticelor i a medicamentelor. În final se recomand tratarea biologic pentru reducerea încrcrii organice. Schema unei instalaii de recuperare a lanolinei este prezentat în fig. VIII.9.38.

Fig. VIII.9.38. Schema unei instalaii pentru recuperarea lanolinei: 1 ­ bazin colector; 2 ­ decantor; 3 ­ filtru pentru scame; 4 ­ schimbtor de cldur cu plci; 5 ­ separator centrifugal în trei trepte.

În cazul întreprinderilor ce nu posed sectoare de splare a lânii brute, instalaii le preepurare sunt similare celor prezentate în cazul apelor reziduale de la finisarea materialelor textile din bumbac. O problem de care trebuie s se in seama este prezen cromului. O reducere a coninutului de crom cu circa 60% se poate obine chiar în faza de decantare primar, probabil ca urmare a reaciilor srurilor solubile de crom cu sulfurile produse în urma reducerii compuilor de crom insolubili. Procedeul cel mai eficient de îndeprtare a ionilor de crom îl constituie tratarea cu ageni de coagulare. Într-o prim faz se reduce cromul hexavalent la crom trivalent, urmat de ajustarea pH-ului pentru aducerea în zona neutr i de precipitarea cromului. Ca ageni de reducere se pot folosi: - sulfat feros sau soluii uzate de la decaparea materialelor feroase; - bisulfit de sulf, folosit în special la instalaiile cu debit mic;

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2053

- bioxid de sulf, mai puin utilizat deoarece necesit instalaii de injectare cu capacitate mare i un control relativ complex. Dup tratare, coninutul rezidual de Cr este mai mic de 0,02 mg/l, iar costul tratamentului, precum i durata de tratare sunt reduse.

VIII.9.4.3. Instalaii de epurare prevzute în cazul deversrii în cursuri de ap naturale

În acest caz este absolut obligatorie o faz de epurare biologic, în vederea reducerii masivei încrcri organice, etap în care se realizeaz i egalizarea pH-ului. Pentru fabricile ce au spltorii de lân apele uzate trebuie preepurate mecanic înaintea epurrii biologice. În cazul în care acest sector lipsete, pentru desfurarea în bune condiii a procesului de epurare biologic este necesar amestecarea apelor uzate cu ape menajere (raport 9:1), sau adugarea de nutrieni bogai în azot i fosfor. Schema bloc a unei instalaii de epurare caracteristic unei întreprinderi ce prezint atât sector de splare a lânii brute cât i finisaj este prezentat în fig. VIII.9.39.

Fig. VIII.9.39. Instalaii de epurare a apelor uzate provenite de la o întreprindere ce posed atât sector de splare a lânii brute cât i finisaj.

VIII.9.5. Epurarea apelor uzate provenite de la topirea inului i cânepii

VIII.9.5.1. Caracteristici fizico-chimice ale apelor reziduale

Apele uzate rezultate în urma topirii inului i cânepii au caracter acid, miros specific, încrcare organic mare i cantiti importante de substane în suspensie (tabelul VIII.9.27).

2054

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL Tabelul VIII.9.27 Caracteristici ale apelor uzate provenite de la topirea inului

Parametru pH Cloruri, mg/l CCO, mg/l CBO5, mg/l CaO, mg/l

Valori 4,5 ­ 5,5 70 ­ 300 1400 ­ 2500 600 ­ 1500 80 ­ 140

Parametru Azot amoniacal, mg/l Sulfai, mg/l Fosfor, mg/l Reziduu fix, mg/l Suspensii totale, mg/l

Valori 20 ­ 100 60 ­ 300 4­8 1600 ­ 3500 40 ­ 300

VIII.9.5.2. Instalaii de epurare prevzute în cazul deversrii în cursuri de ap naturale

Deoarece topitoriile de in i cânep sunt amplasate în afara centrelor populate, evacuarea apelor uzate are loc direct în efluent. Pentru aceasta se practic uzual o tratare cu sulfat feros i var, ce duce la scderea cu 50% a încrcrii organice. Atunci când se urmrete obinerea unui grad de epurare avansat, se practic epurarea biologic, dup o prealabil neutralizare i adugarea de nutrieni bogai în fosfor. Schema unei astfel de instalaii este prezentat în fig. VIII.9.40. O soluie de disponibilizare a apelor uzate provenite de la topirea inului i cânepii o reprezint utilizarea lor în irigaii, avându-se în vedere coninutul important în substane fertilizante. În prealabil este necesar neutralizarea aciditii lor cu lapte de var în doz de 500 ­ 700 mg/l (fig. VIII.9.41).

Fig. VIII.9.40. Schema unei instalaii de epurare a apelor uzate provenite de la topirea inului.

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2055

Fig. VIII.9.41. Schema unei instalaii de epurare a apelor uzate provenite de la o întreprindere de topire a inului.

VIII.9.6. Caracteristici ecologice i toxicologice ale coloranilor

Ca urmare a gradului de fixare limitat, cantiti relativ importante de colorani sfâresc în apele uzate textile i, de aici, în cazul unei epurri necorespunztoare, în cursurile de ap. Nivelurile medii ale gradelor de fixare ale câtorva dintre cele mai utilizate clase de colorani utilizate pentru vopsirea materialelor textile din fibre celulozice i fibre proteice sunt prezentate în tabelul VIII.9.28.

Tabelul VIII.9.28 Randamente de fixare ale diferitelor clase de colorani Clasa de colorani Acizi Direci Metal-compleci Reactivi (convenionali) Reactivi (Bireactivi) Sulf Cad Randament de fixare, % 80­93 70­95 95­98 50­80 85­95 60­70 80­95

Coloranii au o mare diversitate de structuri chimice (peste 3000 de structuri individuale), bazate în principal pe grupe aromatice i heterocicli substituii. Mai mult de jumtate din totalul coloranilor îl reprezint coloranii azoici, dar aceasta nu presupune tratarea lor nedifereniat, deoarece ei pot diferi foarte mult prin caracteristicile lor structurale, fizico-chimice, tehnologice i prin efectele biologice.

VIII.9.6.1. Caracteristici ecologice ale coloranilor

Evaluarea impactului coloranilor asupra mediului are în vedere comportarea coloranilor în procesele de epurare naturale i în instalaiile de epurare biologic, precum i efectul asupra organismelor acvatice. Un astfel de aspect este obligatoriu de luat în considerare, avându-se în vedere c se aproximeaz c din totalul coloranilor textili, pentru piele i a cernelurilor tipografice pierderile de colorant reprezint 11%.

2056

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

VIII.9.6.1.1. Degradarea biologic a coloranilor în staiile de epurare

Studiile efectuate au evideniat biodegradabilitatea foarte redus a coloranilor în condiii aerobe. Tabelul VIII.9.29 prezint caracteristicile de biodegradare ale unora dintre cele mai utilizate clase de colorani.

Tabelul VIII.9.30 Caracteristici de biodegradabilitate ale principalelor clase de colorani textili Colorani ­ Biodegradabilitate Nivel biodegradabilitate Colorani Acizi Direci Mordani Pigmeni textili Reactivi Total, numr Total, % 50­100% Numr ­ ­ ­ ­ 1 1 0,6 % 25­50% 10­25% sub 25% Total 67 50 22 12 18 169 100

6

Numr % Numr % Numr % 4 6 9 13,4 54 80,6 1 2 5 10 44 88 1 4,5 ­ 21 25,5 ­ ­ ­ 12 100 4 24 1 6 12 64 10 15 143 6 8,9 84,5

În contrast cu procesele aerobe de degradare biologic, coloranii dovedesc o capacitate bun de biodegradare anaerob (în special coloranii azoici).

VIII.9.6.1.2. Degradarea biologic pe termen lung a coloranilor

O dat cu ajungerea coloranilor în apele de suprafa se pune problema unei eventuale afectri a condiiilor de mediu. Din cauza afinitii lor avansate coloranii sunt adsorbii de ctre substanele în suspensie i de ctre sedimente, doar o mic parte fiind descompus pe cale fotochimic. În aceste sedimente, unde condiiile sunt preponderent anaerobe, degradarea majoritii coloranilor se realizeaz într-o perioad de timp de câteva sptmâni (este vorba de degradarea primar, deci de transformarea minim necesar pentru pierderea culorii). În cursul proceselor de degradare biologic ce au loc în mediu exist posibilitatea formrii, în urma reducerii grupei azoice, de amine toxice cum ar fi benzidina, anilina, toluidina (fig. VIII.9.42).

Fig. VIII.9.42. Posibiliti de degradare în mediu a coloranilor azoici.

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2057

Deoarece coeficientul vitezei de reducere a coloranilor k1 este mult mai mic decât coeficientul vitezei de biodegradare ulterioar k2, în mediu concentraia aminelor va fi sczut, mai sczut decât concentraia coloranilor în sedimente, care este de asemenea redus. Practic s-au depistat concentraii de 0,03 ­ 3 ppm colorant în sedimentele prezente în unele râuri poluare.

VIII.9.6.1.3. Acumularea biologic a coloranilor

Avându-se în vedere viteza mic de degradare biologic pe care o prezint coloranii, capacitatea lor de bioacumulare este de prim importan. Pentru evaluarea acestei caracteristici se poate folosi un test nebiologic simplu, care coreleaz capacitatea de acumulare a unei substane cu coeficientul de repartiie al acestei substane între ap i n-octanol. Chiar dac aceast corelaie nu este foarte exact, testul de repartiie în ap/n-octanol are un foarte important rol orientativ, valori inferioare lui 1000 pentru acest test putând duce la presupunerea c factorul de bioacumulare (BAF) este mai mic de 100, deci un test biologic de bioacumulare nu este necesar. Cercetrile efectuate nu au evideniat existena nici unui colorant ale crui caracteristici de bioacumulare s fie inacceptabile.

VIII.9.6.1.4. Toxicitatea coloranilor asupra organismelor acvatice

Circa 2% din totalul coloranilor analizai de ETAD (Asociaia Ecologic i Toxicologic a Productorilor de Colorani) au efecte toxice asupra petilor la concentraii relativ mici (prezint valori ale LC50 mai mici de 1 mg/l). Un studiu efectuat asupra a 189 colorani româneti acizi, direci, pigmeni i reactivi a evideniat o pondere de 16% a coloranilor cu LC50 inferioar valorii de 10 mg/l (tabelul VIII.9.30).

Tabelul VIII.9.30 Caracteristici de toxicitate ale principalelor clase de colorani textili CL50, mg/l Colorani Acizi Direci Mordani Pigmeni textili Reactivi Total, numr Total, % Colorani ­ Toxicitate pentru peti sub 10 10­100 100­500 Numr % Numr % Numr % 28 37 22 28 18 23 1 2 7 12 15 24 1 4 6 24 7 28 ­ ­ 7 50 5 36 1 9 2 18 2 18 31 44 47 16,4 23 25 peste 500 Numr % 9 12 39 62 11 25 2 14 6 11 67 35,6 Total 77 62 25 14 11 189 100

Printre coloranii cu cea mai pronunat toxicitate fa de peti se numr coloranii bazici, dar pericolul aciunii acestora este limitat, avându-se în vedere caracteristicile foarte bune de epuizare pe care le prezint aceti colorani, ceea ce face ca nivelele la care ei sunt prezeni în apele uzate s fie inferioare celor ce ar putea pune în pericol viaa acvatic. Inhibarea activitii microorganismelor se evalueaz prin intermediul factorului IC50. Într-un studiu efectuat asupra a 202 colorani de diverse tipuri s-au constatat efecte de inhibare a activitii bacteriene în cazul unor colorani bazici, ce prezint valori ale indicelui IC50 mai mici de 100 mg/l.

2058

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

Cercetri efectuate de un colectiv de la Centrul de Cercetri pentru Materii Prime, Auxiliare i Ape Reziduale din Bucureti asupra a 193 de colorani au evideniat situaia prezentat în tabelul VIII.9.31.

Tabelul VIII.9.31 Caracteristici de toxicitate ale coloranilor asupra microorganismelor C.I. Colorani Acizi Direci Mordani Pigmeni Reactivi Total, nr Total, % 10000 nr % 34 44 21 34 4 17 1 8 10 56 70 36,2 5000 nr % 14 18 8 13 9 38 3 23 4 22 38 19,7 Fr efect la CI50 1000 500 nr % nr % 9 12 5 6 9 15 1 2 6 25 2 8 1 8 1 8 4 22 ­ ­ 29 9 15 4,7 100 nr % 9 12 7 11 3 12 4 30 ­ ­ 23 11,9 50 nr 3 3 ­ 3 ­ 9 4,7 % 4 5 ­ 23 ­ C.I.50 >100 nr % 3 4 12 20 ­ ­ ­ ­ ­ ­ 15 7,8

Influena coloranilor asupra algelor verzi este similar cu cea asupra petilor, cu excepia unor colorani acizi care s-au dovedit foarte toxici pentru peti, dar complet inofensivi pentru alge. Studiul efectelor a 46 de colorani din diferite clase: cationici, reactivi, direci, acizi asupra algelor Selenastrum capricornutum a evideniat c dintre colorani cationici testai s-au dovedit toxici doi, pentru care s-a calculat o valoare EC50 de 0,028 mg/l. Nici unul dintre cei 19 colorani metal-compleci nu a prezentat toxicitate pentru alge la o concentraie de 1 mg/l, concentraie ce depete cu mult valorile concentraiilor ce este de ateptat a fi întâlnite în apele naturale. Constatri similare s-au putut face în legtur cu coloranii reactivi studiai. Chiar în aceste condiii de toxicitate relativ sczut asupra algelor verzi, s-a demonstrat c de multe ori efectele observate nu sunt datorate toxicitii directe, ci inhibrii absorbiei luminii de ctre soluiile de testare colorate. Studierea caracteristicilor ecologice de ansamblu ale unor colorani textili, efectuat la CCMPAR Bucureti este prezentat în tabelul VIII.9.32.

Tabelul VIII.9.32 Caracteristici ecologice de ansamblu ale coloranilor Efect ecologic Colorant i concentraie Portocaliu direct RN 175% Bordo direct AN 200% Rou direct strl. 4A 125% Verde direct A 250% Negru direct a 300% Brun de sulf D 250% Negru de sulf LA Verde de sulf str. 10 GL Albastru de cad BC 200 Galben de dispersie G 200% Rubiniu de dispersie GFL Albastru marin de disp.2 GL Brun închis de dispersie 2 BL 200%

*

Peti CL50 3000 3200 4800 195 1550 730 615 320 30 700 50 300 200

Alge CI <5 <5 <5 <5 <5 40 >0 >0 40 >0 >0 >0 6

Nmol activ Neaclimatizat Aclimatizat CI Bio* CI Bio >250 >500 >250 >250 >250 >250 >100 >300 >10 >10 >10 >12 >10 >10 25 50 >25 >50 >25 >50 >25 >50 >25 >50 -

Bio - biodegradabilitate

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2059

Pentru a putea aprecia efectele coloranilor asupra mediului, este necesar s se evalueze concentraiile la care ei se regsesc în mediu, respectiv în efluenii ce intr în staiile de epurare. Admiând un randament de fixare mediu de 85%, un consum de ap de 2 ­ 6 m3/ton de material textil i un consum mediu de colorant de 3% raportat la masa materialului textil, valorile concentraiilor de colorant în flotele reziduale, exprimate în mg/l, sunt prezentate în tabelul VIII.9.33.

Tabelul VIII.9.33 Concentraiile de colorant în flotele reziduale, exprimate în mg/l Iniial 4000 Vopsire Final 800 1 400 2 200 Splare 3 4 100 50 5 25

În concluzie, marea majoritate a coloranilor utilizai în perioada actual nu prezint nici un pericol pentru mediu, la concentraiile în care sunt prezeni în apele de suprafa, dar colorarea apelor uzate reprezint un efect suficient de important pentru a face necesar epurarea.

VIII.9.6.2. Caracteristici toxicologice ale coloranilor ­ efecte toxice, cancerigene i alergice i posibiliti de reducere ale acestora

O premis indispensabil pentru eliminarea sau reducerea riscului de îmbolnvire o reprezint cunoaterea tuturor factorilor ce determin acest risc, respectiv a proprietilor toxicologice intrinsece ale unui produs, amploarea biodisponibilitii produsului în organism, durata de expunere, probabilitatea ca aceast expunere s intervin, ecuaia de definire a riscului de îmbolnvire fiind: RISC = PERICOL × EXPUNERE

VIII.9.6.2.1. Evaluarea pericolului pe care îl reprezint utilizarea coloranilor

Evaluarea pericolului trebuie s cuprind determinarea tuturor proprietilor toxicologice, fizice i chimice cunoscute ale produsului, în toate modalitile sale de utilizare; cu cât ansamblul datelor este mai mare, precizia evalurii crete. Factorii ce definesc periculozitatea unei substane chimice pot fi grupai în trei categorii: - caracteristici fizico - chimice; - caracteristici toxicologice; - factori de mediu i destin metabolic al respectivei substane (caracteristici ecologice) VIII.9.6.2.1.1. Caracteristici fizico - chimice Principalele caracteristici fizico-chimice ce trebuie luate în considerare sunt: starea fizic, capacitatea de vaporizare, solubilitatea în ap i în substane grase, stabilitatea la agenii atmosferici, temperatur, acizi, baze.

2060

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

Toi aceti factori contribuie la stabilirea gradului de periculozitate a unui anumit compus chimic. Starea fizic este un factor de risc deosebit de important, fiind posibil reducerea important a periculozitii unei substane doar prin transformarea ei din form pulverulent într-o past incapabil de a se dispersa în aer. În cazul substanelor capabile de a forma aerosoli din pulberi, nocivitatea este rezultatul inhalrii acelei substane, pe lâng efectele rezultate în urma contactului cu pielea i mucoasele. VIII.9.6.2.1.2. Caracteristici toxicologice Prin toxicitate se înelege proprietatea unui produs chimic de a aduce vtmri odat ajuns în sau pe un corp i ea reprezint un considerent esenial în evaluarea impactului pe care un anumit produs îl are asupra mediului. În funcie de durata contactului cu respectivul produs chimic distingem: · toxicitatea acut, care are în vedere un contact de scurt durat, de regul la o singur expunere, msurat în durate nu mai mari de câteva ore i se refer la o singur doz; · toxicitatea subcronic, care ia în considerare administrarea de doze repetate în intervale de timp de pân la 90 de zile; · toxicitatea cronic sau efectul cancerigen, care se refer la durate de expunere mai mari de 3 luni. Tot în categoria acestor caracteristici pot fi încadrate i efectele alergice, iritante i sensibilizante, cu rspuns la nivelul pielii i al traiectului respiratoriu i cu consecine de natur bronho-asmatic. Toxicitatea acut a coloranilor. Aceast form de toxicitate se poate evalua prin intermediul studierii efectelor toxice asupra petilor. Metodele de analiz au fost standardizate, precizându-se specia utilizat, temperatura apei, duritatea, pH-ul. Principalul indicator utilizat este LC50 sau LD50 (lethal concentration sau lethal dosege), care reprezint cantitatea de produs, în mg/kg corp, care cu o singur hrnire oral, provoac moartea a 50% din animalele folosite pentru experiment într-un interval de 14 zile. Dup valoarea lui LC50 se disting urmtoarele categorii de compui chimici (tabelul VIII.9.34):

Tabelul VIII.9.34 Clasificare a coloranilor dup LC50 Foarte otrvitori Otrvitori Uor otrvitori Neotrvitori <25 mg/kg 25 ­ 200 mg/kg 200­20000 mg/kg >2000 mg/kg.

Datele statistice indic faptul c din circa 4500 de produi comerciali studiai 82,3% au LD50 mai mare de 5000 mg/kg, iar pentru 9,7% indicele LD50 este cuprins între 2000 i 5000 mg/kg, ceea ce indic toxicitatea acut sczut a coloranilor. Doar 7% au valori ale LC50 cuprinse între 200 i 2000 i doar 1% au valori ale LC50 mai mici de 250 mg/kg. Clasele structurale ale coloranilor cu valori ale LC50 mai mici de 50 sunt prezentate în tabelele VIII.9.35 i VIII.9.36.

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2061

Tabelul VIII.9.35

Analiza valorilor LC50 mai mici de 200 mg/kg în funcie de structura chimic a coloranilor Clasa chimic Monoazoici Monoazoici (sruri cuaternare) Disazoici Trisazoici Ftalocianinici Difenilmetanici Trifenilmetanici Xantenici Oxazinici Metinici Antrachinonici Indigoizi Azo-stilbenici Diveri Nr. total de colorani examinai 14 16 20 1 2 1 13 6 4 20 3 1 2 11 Numr de colorani cu LC50 (mg/kg) >250 1(125) 0 4 (199, 200, 240, 200) 0 0 0 1 (100) 2 (220, 250) 1 (210) 4 (133, 213, 222, 224) 0 0 1 (150) 1 (221) 251­2000 13 16 16 1 2 1 12 4 3 16 3 1 1 10 Tabelul VIII.9.36 Analiza valorilor LD50 mai mici de 200 mg/kg pe baza clasificrii CI Clasa de colorani Acizi Bazici Direci Dispersie Mordani Reactivi Cad Pigmeni Numrul de colorani examinai 9 64 12 10 1 2 1 1 Numrul de colorani cu LD50 (mg/kg) <250 251­2000 1 8 8 56 2 10 2 8 0 1 0 2 0 1 0 1

Dei nu rezult o corelaie clar între structur i efectul toxicologic, se observ din tabelul VIII.9.36 c între coloranii ce au valori ale LC50 mai mici de 250 mg/l o parte important o constituie coloranii bazici, fapt explicabil având în vedere activitatea biologic pe care o prezint majoritatea compuilor de sodiu cuaternar. Toxicitatea subcronic. Toxicitatea subcronic se determin prin administrarea de doze repetate, durata observrii variind între 28 de zile i 3 luni. În acest caz, în afar de urmrirea frecvenei mortalitii, se execut i examenele histologice ale organelor mai importante, pentru a stabili care este posibilitatea de acumulare a substanelor în cauz i care patologie poate fi atribuit pentru acestea. Se urmrete de asemenea stabilirea dozelor ce trebuie folosite în studiul toxicitii cronice. ETAD a efectuat un studiu asupra celor apte colorani care sunt caracterizai LD50>2000. Aceti colorani au fost alimentai prin sond gastric într-o doz zilnic de 1000 mg/kg timp de patru sptmâni, evideniindu-se o bun tolerare a acestora, fr manifestri ireversibile de toxicitate, chiar în condiiile dozei extrem de ridicate.

2062

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

Toxicitate cronic (efectul cancerigen). Testele de determinare a toxicitii cronice urmresc efectele unei expuneri continue la concentraii mici de colorani i se refer la aa numitul efect CMT, adic efect cancerigen, mutagen (ce provoac modificri ereditare) i teratogenetic (cu efecte asupra ftului provocatoare de malformaii). Periclitarea sntii la manipularea coloranilor prin adsorbie prin piele sau inhalare poate interveni în urmtoarele situaii: - colorantul însui este cancerigen sau poate produce un metabolit cancerigen dup adsorbia în corp; - colorantul conine un intermediar nereacionat ca impuritate; - colorantul poate trece, în urma unei reacii ireversibile, într-un produs cancerigen. Studiile efectuate pe animale asupra caracterului cancerigen al coloranilor s-au realizat în special asupra coloranilor azoici i în primul rând pentru cei cu destinaie alimentar. În urma studierii a 97 de colorani s-au obinut rezultate concluzive doar în 29 de cazuri, 12 colorani fiind identificai drept cancerigeni, iar 17 necancerigeni. Coloranii cu aciune cancerigen dovedit în urma testelor efectuate pe animale sunt prezentai în tabelul VIII.9.37.

Tabelul VIII.9.37 Colorani cu aciune cancerigen dovedit (teste pe animale) Denumire Acid Dye Acid Red 26 Acid Red 114 Acid Violet 49 Basic Yellow Basic Red 9 Direct Blue 6 Direct Blue 14 Direct Blue 15 Direct Blue 53 Direct Brown 95 Direct Black 38 Disperse Blue 1 Numr C.I. 16155 1615) 23635 42640 41000 42500 22610 23850 24400 23860 30145 30235 Clasa chimic Azo Azo Azo Trifenilmetanic Cetoniminic Trifenilmetanic Azo Azo Azo Azo Azo Azo Antrachinonic Utilizare actual nu da da da nu nu da da nu da da da da

Dintre acetia, nou sunt înc în uz, chiar dac, conform datelor prezentate de Colour Index, importana lor este limitat. Din datele oferite de Comisia Naional Consultativ pentru Toxicologie din Italia, în urma studiului asupra unui numr de 32 de colorani aparinând unor diverse clase (direci, acizi, bazici, azobaze) se poate observa c doar 3 colorani sunt încadrai în categoria celor cu cert capacitate cancerigen, dar i în acest caz datele se bazeaz pe studii epidemiologice, fr confirmare experimental, în timp ce alii patru prezint capacitate limitat de inducere a cancerului (tabelul VIII.9.38). Procesul de descompunere a gruprii azo cu formarea de amine potenial cancerigene, prezentat în fig. VIII.9.43, poate fi iniiat atât de ageni reductori, cât i de sistemele enzimatice proprii organismului uman.

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2063

nR

N N

Rm

reducere/ biodegradare

nR

NH2 + H N 2

Rm

Fig. VIII.9.43. Descompunerea gruprii azo cu formarea de amine potenial cancerigene. Tabelul VIII.9.38 Încadrarea coloranilor în categorii de pericol Nr.crt. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. Denumire colorant CI 11160 Solvent Yellow 3 CI 11020 Solvent Yellow 2 CI 23850 Direct Blue 2 CI 16150 Acid Red 26 CI 42640 Acid Violet 49 CI 11000 Solvent Yellow 1 CI 13270 Solvent Orange 3 CI 26105 CI 42085 Acid Green 3 CI 45170 Basic Violet 10 CI 45160 Basic Red 1 CI 42045 Acid Blue 1 CI 42053 Food Green 3 CI 42095 Food Green 5 CI 14600 Acid Orange 20 CI 11390 Solvent Yellow 6 ­ CI 16185 Acid Red 37 CI 76545 Oxidation Base 7 CI 76001 Oxidation Base 1 CI 41008 Basic Yellow 2 CI 37040 Azoic diazo Component 9 CI 37010 Azoic diazo Component 3 CI 37240 Azoic diazo Component 22 CI 76061 Oxidation Base 10 CI 37025 Azoic diazo Component 6 CI 37035 Azoic diazo Component 7 CI 50240 Basic Red CI 76520 Azoic diazo Component 12 CI 37105 Azoic diazo Component 5 CI 37125 Azoic diazo Component 13 CI 37130 Caracterizare 1b 1b 1b 11 11 11 11 111 a 111 a 111 a 111 b 111 b 111 b 111 b 111 c 111 c 1b 111 b 111 b 111 a 1b 111 a 111 a IV IV 111 a 111 a neevaluabil 111 a 11 111 a 11

Observaii: 1 ­ cu capacitate cancerigen dovedit; 1a ­ epidemiologic, fr evideniere experimental; 1b ­ experimental, fr date epidemiologice sau cu date epidemiologice neevaluabile; 11 ­ cu capacitate cancerigen limitat, evaluat epidemiologic i/sau experimental; 111 a ­ cu probabilitate redus ca substan s nu prezinte caracter cancerigen; 111 b ­ cu probabilitate medie ca substan s nu prezinte caracter cancerigen; 111 c ­ cu probabilitate mare ca substan s nu prezinte caracter cancerigen; IV ­ studii pe animale, cu specificarea duratei de administrare, a speciei utilizate i a numrului de exemplare testate.

2064

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

Fig. VIII.9.44. Descompunerea reductiv a colorantului Direct Black 38 cu punere în libertate de benzidin.

Cercetrile efectuate au artat c numrul coloranilor azoici a cror utilizare poate reprezenta un risc în urma unei astfel de descompuneri în amine cancerigene este limitat, fiind vorba în special de colorani ce provin din benzidin. În cazul acestora descompunerea reductiv are loc cu punerea în libertate a benzidinei cu caracteristici dovedit cancerigene, ca de exemplu în cazul colorantului Direct Black 38 (fig. VIII.9.44). În cazul acelor colorani ce pot elibera benzidin în organism adsorbia de cantiti mari comport un risc important, putând rezulta cantiti de benzidin suficiente pentru a determina apariia de tumori. Chiar dac o serie de studii au dovedit c, în condiiile unei manipulri corespunztoare, probele prelevate de la subieci nu conin urme de benzidin sau de metabolii ai acestei substane, riscurile poteniale au determinat pe principalii productori de colorani s întrerup producia coloranilor derivai de benzidin. Reacii alergice produse de colorani. Având în vedere c nici un colorant nu a putut fi cu certitudine identificat drept cancerigen în urma unor indicii directe (nu prin teste pe animale), se poate considera c cea mai important problem pe care poate fi asociat cu folosirea coloranilor, din punctul de vedere al celor ce îi utilizeaz, o reprezint patologia lor iritativ i alergic pentru piele i cile respiratorii. Sensibilizarea pielii, cunoscut i ca sensibilizare de contact sau dermatit alergic de contact, este a sensibilizare întârziat mediat de T-limfocite. În cazul anumitor colorani, ca urmare a contactului cu pielea în întreprinderile productoare de colorani sau în vopsitorii, s-a observat producerea de manifestri de natur alergic, dar aceste fenomene intervin în special în cazul persoanelor sensibile, sensibilizate anterior. Procesul de sensibilizare este un proces de durat, între momentul primului contact i apariia simptomelor putând trece luni sau chiar ani, în funcie de concentraia introdus în organism, caracteristicile colorantului, calea de introducere în organism i, nu în ultimul rând, susceptivitatea individual. Un studiu efectuat asupra unui mare numr de colorani, grupai dup structura chimic, a putut evidenia principalii alergeni, precum i tipurile de patologie alergic întâlnite. Rezultatele acestui studiu sunt prezentate în tabelele VIII.9.39 ­ VIII.9.43. Exist situaii în care sensibilizarea, produs aparent de colorani, se datoreaz unor impuriti pe care acetia le conin. În cazurile de sensibilizri provocate de îmbrcminte strâns mulat pe corp, coloranii cel mai frecvent implicai sunt colorani de dispersie, frecvent azoici sau antrachinonici. În cele mai multe cazuri în care astfel de situaii au intervenit era vorba de vopsiri intense, în special pe poliamid (i mai puin pe poliester). Zonele afectate sunt cele

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2065

aflate în contact cu pielea i care pot fi umezite de transpiraie. Msurile profilactice cele mai simple ce pot evita astfel de situaii sunt etichetarea corespunztoare, ceea ce implic bineîneles investigarea tuturor coloranilor utilizai sub aspectul aciunii alergice.

Tabelul VIII.9.39 Efecte alergice la producerea i utilizarea coloranilor azoici Patologie alergic întâlnit: DAC, rinite, astm Substane alergogene: Acid naftalin sulfonic Clorobenzen Anhidrid ftalic Crisoidin Anilin 4 ­ Diazodietilanilin Antrachinon Dinitrobenzen Clorur de benzil Fenol Galben rezistent HR Benzidin 21108) Cloranilin Naftalin Naftilamin

Naftol ( i ) Nitroanilin Nitrobenzen Sudan 111 (C.I. 26100) Sudan IV (C.I.26105) (C.I. Sudan B (C.I. 26110) Tartrazin Tabelul VIII.9.40

Efecte alergice la producerea i utilizarea coloranilor benzochinonici i naftachinonici Patologie alergic întâlnit: DAC, Rinite oculare Substane alergogene: Pentru ciclul negru de anilin Clorhidrat de anilin Oxid de fier Negru de anilin Cromat de potasiu Oxid de cupru

Pentru ciclul chinon - oxim Fenol Naftol Cromat de potasiu Verde naftol Tabelul VIII.9.41

Efecte alergice la producia i utilizarea coloranilor antrachinonici Patologie alergic întâlnit: astm ( în cazul anhidridei ftalice), dermatite egzemice, urticarie, fotodermii Substane alergogene: Acid antrachinon sulfonic Anhidrid ftalic Clorat de potasiu Nitrat de sodiu Acid boric Chinizarin Cromat de potasiu Dioxiantrachinon Hidrosulfit de sodiu Acid carminic m clor benzen Alizarin Tabelul VIII.9.42 Efecte alergice la producia i utilizarea coloranilor trifenilmetanici Patologie alergic întâlnit: DAC, rinite oculare, astm i simptome asmatiforme Substane alergogene: Anilin Fenolftalein p Toluidin Benzaldehid Fucsin Trifenilmetan Nitrobenzen Violet de genian Cromat de potasiu Clorur de zinc Dietilanilin Sulfat de cupru

2066

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL Tabelul VIII.9.43 Efecte alergice la producerea i utilizarea coloranilor de tip Indaco

Patologia alergic întâlnit: dermatite alergice de contact, astm Substane alergogene: Acid antranilic Antrachinon Acid monocloracetic Fenilglicin Anhidrid ftalic Ftalimid Anilin Hidrat de hidrazin

Sulfat de nichel Nitrobenzen Cromat de potasiu

Sensibilizarea respiratorie este rezultatul prezenei anticorpilor specifici de imunoglobulin E (IgE), care reprezint majoritatea anticorpilor anafilactici la om. Efecte alergice respiratorii au fost raportate în special în legtur cu unii colorani reactivi. Simptomele pot interveni imediat sau dup câteva ore, rspunsul fiind în general de tip asmatic: tuse, dificulti de respiraie, mergând pân la oc anafilactic i pierderi de cunotin. Urmare a unui studiu iniiat de Health and Safety Executive (HSE) pe 440 de lucrtori din 51 de vopsitorii ce folosesc colorani reactivi s-a evideniat c 15% dintre ei prezint simptome respiratorii sau nazale ce pot fi corelate cu contactul cu coloranii reactivi. Alte studii un constatat c aproximativ 10% dintre coloritii ce lucreaz cu colorani reactivi prezint simptome respiratorii i nazale.

Caracteristici toxicologice ale pigmenilor organici. Caracteristicile de solubilitate sczut în ap i solveni organici ale acestora, care sunt eseniale pentru satisfacerea necesitilor tehnologice în cazul lor, fac ca biodisponibilitatea lor s fie extrem de redus. Acesta este cu certitudine principalul motiv pentru care pigmenii organici sunt caracterizai de o toxicitate remarcabil de sczut. În multe cazuri, solubilitatea în n-octanol i ap este atât de redus, încât este extrem de dificil efectuarea testului de repartiie între n-octanol i ap. Pigmenii diarilidici, care sunt produi din 3,3'­ diclorbenzidin, produs cu aciune cancerigen dovedit în teste pe animale, au fost intens studiai, fr a se putea evidenia existena unor efecte adverse. Unele studii au raportat metabolizarea 3,3'­diclorbenzidinei (în cantitate de aproximativ 0,05% din colorantul C.I. Pigment Yellow 13 care s-a utilizat), dar aceste date nu au fost confirmate de cercetri ulterioare. Recent s-au identificat aduci ai 3,3'-diclorbenzidinei cu hemoglobina în sângele oarecilor tratai, ceea ce indic formarea în intestin a substanei. Cantitile formate sunt extrem de mici, la limita detectabilitii. Posibilitatea formrii de amine cancerigene în cazul pigmenilor organici nu se rezum la scindarea metabolic, ea putând interveni i la înclzire. S-a observat c la peste 200oC se formeaz coloranii monoazoici corespondeni, la continuarea înclzirii peste 240oC având loc descompunerea în continuare la 3,3'-diclorbenzidin. Aceste descoperiri au dus la restrângerea condiiilor de aplicare pentru a preveni apariia de posibile riscuri.

VIII.9.6.2.2. Evaluarea expunerii

Pentru evaluarea expunerii trebuie s se in seama de faptul c expunerea este în strâns corelaie cu concentraia substanei în mediu i, legat de aceasta, cu durata i frecvena contactelor cu respectiva substan, precum i cu posibilitile de a penetra în organism i de a fi reinut de acesta. În cazul coloranilor, expunerea presupune urmtoarele patru ci de acces: · inhalarea, care constituie calea principal; · expunerea dermal; în general, introducerea pe aceast cale în organism a substanelor chimice este infirmat de studiile efectuate pân în prezent;

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2067

· ingerarea, cale nespecific; · contact la nivelul ochilor, ce poate interveni doar accidental. Efectele înregistrate pot fi: · locale, ce intervin în zona de contact i cuprind, în cazul expunerii prin inhalare, tuse, iritarea laringelui etc.; · sistemice, ce intervin la absorbia colorantului în circuitul sangvin, ceea ce duce la distribuirea acestuia în întreg corpul. Utilizarea extrem de larg a coloranilor determin existena unei mari varieti de condiii de expunere. În tabelul VIII.9.44 sunt prezentate cele mai importante sectoare în care se utilizeaz coloranii i nivelul de expunere caracteristic fiecruia. Nivelul de expunere cel mai ridicat se întâlnete în faza de producere a coloranilor, dar numrul persoanelor direct implicate în acest proces este redus i aceste persoane sunt în general corespunztor instruite în ceea ce privete manipularea produselor chimice, iar dotarea lor pentru protejare este corespunztoare.

Tabelul VIII.9.44 Posibiliti de expunere la colorani în cazul productorilor i utilizatorilor Tip de expunere Producere colorani Lucrtori Public ­ colorani din mediu Utilizatori Vopsitori, imprimeuri Public

*

Potenial de expunere* +++ + ++ +

+ + + = expunere major; + + = expunere semnificativ; + - expunere accidental

În tabelul VIII.9.45 sunt prezentate potenialele de expunere pentru consumatori, în cazul principalelor tipuri de produse în a cror fabricaie s-au utilizat colorani. În cazul coloranilor utilizai pentru aplicaii tehnice, cum este cazul vopsirii materialelor textile, de exemplu, expunerea, exprimat în cantitate de colorant absorbit de corp, nu este legat de aplicarea acestora, ci de factori involuntari. O astfel de expunere depinde, în mare msur, de condiiile de manipulare în timpul aplicrii coloranilor.

Tabelul VIII.9.45 Posibilitate de expunere a consumatorilor Tip de expunere Textile Piele Hârtie Materiale plastice Vopsele (cerneluri) Vopsele pentru artiti Materiale pentru ambalaje alimentare Jucrii Vopsire casnic Alimente Produse farmaceutice Cosmetice

*

Potenial de expunere pentru consumatori* 0 0 + 0 + + 0 0 ++ +++ ++ ++

+ + + = expunere major; + + = expunere semnificativ; + - expunere accidental; 0 - expunere practic nul.

2068

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

Momentele mai critice în ceea ce privete expunerea le constituie fazele de manipulare direct a coloranilor, respectiv cântrirea i adugarea coloranilor. De importan deosebit sunt condiiile de expunere, datorate unor dotri inadecvate, a personalului cu instruire sumar sau lipsit de mijloace de protecie adecvate. Problemele cele mai dificile sunt legate de capacitatea de prfuire a coloranilor. Msurarea pulberilor în întreprinderile de producere i de aplicare a coloranilor a indicat c nivelul pulberilor în atmosfer, în condiii optime de lucru, nu depete 1 mg/m3 pulbere total, în timp ce în condiii de lucru necorespunztoare s-au observat concentraii uneori superioare valorii de 15 mg/m. S-a demonstrat c, în cazul pulberilor de colorani derivai din benzidin, la persoanele expuse s-a constatat prezena de benzidin i metabolii ai acesteia în probele de urin prelevate. Teste similare efectuate în cadrul unor întreprinderi în care condiiile de lucru erau optime au demonstrat c prezena benzidinei nu mai poate fi pus în eviden (limit de sensibilitate de 1 ppb). Admiând c un risc major apare la o concentraie de benzidin în secreia urinar de peste 100 ppb, se poate considera c valori inferioare concentraiei de 1 ppb sunt complet inofensive. Chiar în aceste condiii, riscul potenial pe care îl reprezint coloranii derivai din benzidin a fcut ca aceti colorani s fie eliminai din producie înc din anii 1970 ­ 1980, cel puin în cazul rilor dezvoltate. În ceea ce privete expunerea consumatorilor, cea mai larg rspândit form de expunere o reprezint contactul cu materialele textile vopsite. În cazul materialele vopsite corect, expunerea ca urmare a migrrii coloranilor de pe material pe piele este practic nul. Studii ale ETAD au aproximat c maxima cantitate la care se expune o persoan ce poart un material textil vopsit poate fi de 1 mg pe persoan i pe zi, din care cel mult 1 % poate fi absorbit prin piele. În concluzie cantitatea ce poate ajunge în organism pe aceast cale este infim sau chiar nul.

VIII.9.6.2.3. Msuri pentru reducerea riscului de îmbolnvire la folosirea coloranilor

Având în vedere dependena direct a riscului de gradul de expunere, rezult ca cea mai simpl metod de micorare a riscului de îmbolnvire pentru utilizatorii de colorani este reducerea duratei de expunere. Principalele ci de reducere a duratei de expunere sunt: · îmbuntirea tehnicilor de producere a coloranilor; · condiii bune de lucru i manipulare a produselor ­ o condiie fundamental ce trebuie avut în vedere în cazul tuturor coloranilor i în special a celor cu toxicitate ridicat este de a nu depi o cantitate de 7­10 mg colorant ajuns în organism într-o zi, ceea ce înseamn în cazul coloranilor ce produc pulberi recomandarea de a folosi mti; · igien personal i dotri adecvate pentru splarea instrumentelor; · informare i instruire corespunztoare a personalului; · reducerea coninutului de colorani în eflueni; · ameliorarea procedeelor i tehnologiilor aplicative; · folosirea de produi cu rezistene optime. Se produce o concentraie de pulbere în aer cu atât mai sczut cu cât containerul este mai plin. De aici rezult o modalitate simpl de a reduce expunerea ­ micorarea capacitii recipienilor în care sunt livrai coloranii (s-a estimat o reducere a expunerii pe aceast cale de circa 66%).

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2069

O alt cale de reducere a expunerii la pulberile ce iau natere la manipularea coloranilor o reprezint echiparea corespunztoare a locului de munc. Aceasta include: · separarea buctriei de colorani de restul seciei; · plasarea spaiului de manipulare a coloranilor sub o hot; · instalarea de hote care s absoarb aerul local, în imediata proximitate a zonei de cântrire; · trimiterea unui curent de aer de vitez redus deasupra spaiului de lucru; · automatizarea cântririi i preparaiei; · folosirea de unelte corespunztoare; · folosirea îmbrcmintei de protecie. În urma unor astfel de amenajri, se estimeaz c nivelul concentraiei de praf scade cu 70%. O a treia cale de reducere a expunerii celor ce manipuleaz colorani la praful pe care aceti colorani îl produc o reprezint utilizarea formelor lichide sau granule. O condiie esenial pentru minimizarea efectelor nocive ale coloranilor prin adaptarea unor msuri adecvate de igien a muncii o reprezint informarea precis privind încadrarea fiecrui produs într-o categorie de risc i evidenierea acestei încadrri printr-o etichetare corespunztoare. Prin evaluarea corect a expunerii, i prin minimizarea acesteia, ca urmare a unor msuri de tipul celor prezentate anterior, este posibil realizarea dezideratului de expunere zero, sau cel puin reducerea expunerii pân la cote la care riscul s fie neglijabil.

VIII.9.7. Decolorarea apelor uzate provenite de la întreprinderi textile

Dei coloranii reprezint doar o mic parte din încrcarea organic a apelor uzate, culoarea lor îi face uor detectabili, chiar la concentraii foarte mici (sub o parte pe milion pentru unii colorani), ceea ce duce la scderea valorii estetice a apelor curgtoare i a lacurilor. Din punct de vedere al opiniei publice, îndeprtarea culorii din apele uzate este frecvent mai important decât îndeprtarea substanelor organice insolubile necolorate, care au cea mai mare contribuie la valoarea consumului chimic de oxigen al unei ape. Pân în prezent nu s-a elaborat nici o metod de decolorare a apelor uzate a crei aplicabilitate s fie general. Fiecare situaie concret trebuie analizat, luându-se în consideraie condiiile locale: colorani i chimicale prezente, concentraia acestora, debitul mediu al apei uzate, valorile maxime i minime ale debitului, condiiile locale de drenaj, caracteristicile instalaiei de epurare existente. În funcie de acest ansamblu de factori se alege procesul de prelucrare cel mai convenabil, care s asigure decolorarea eficient a apelor uzate . Aceste procedee sunt de natur fizico-chimic, rolul proceselor biologice propriu-zise fiind limitat, ca urmare a degradabilitii biologice foarte reduse a majoritii coloranilor uzuali. În condiii uzuale, la epurarea biologic cu nmol activ are loc frecvent i decolorarea, deoarece muli colorani sunt adsorbii de flocoanele de nmol activ. Probleme apar în special în cazul coloranilor reactivi i a unor colorani acizi care sunt în mai mic msur adsorbii i trec în efluent. În acest mod coninutul în colorant al apelor evacuate de instalaia de epurare poate ajunge la 800 mg/l, cauzând o vizibil colorare a efluentului.

2070

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

VIII.9.7.1. Decolorarea prin coagulare-floculare a apelor uzate provenite de la întreprinderi textile

Ca urmare a caracterului coloidal al soluiilor de colorant utilizarea tratamentelor chimice de coagulare ­ floculare reprezint o cale eficient de îndeprtare a coloranilor din apele uzate, caracterizat de cost redus al tratrii, de posibilitatea îndeprtrii unei game largi de clase de colorani, precum i de reducerile importante ale consumului chimic de oxigen i ale consumului biochimic de oxigen ale apei uzate. Pentru îndeprtarea coloranilor substantivi se poate utiliza, în special, sulfatul de aluminiu. Consumul mediu de coagulant utilizat în acest scop este de 400 ­ 500 g pentru 1 m3 de ap uzat. Având în vedere dependena puternic a eficienei floculrii de valoarea pH-ului, acest parametru trebuie atent observat i corectat pentru a se încadra în intervalul 6,5 ­ 8,1. Utilizând doar sulfat de aluminiu pentru coagulare se creeaz turbiditate avansat a apei, ca urmare a flocoanelor foarte fine de hidroxid de aluminiu formate. Îndeprtarea acestei turbiditi poate fi realizat fie prin filtrare, fie prin adugarea unui polielectrolit organic cu rolul de adjuvant de coagulare. Ca adjuvant se poate utiliza silicea activ, când sporete i viteza de sedimentare (în special dac temperatura la care are loc procesul este sczut). Efectele optime se înregistreaz la concentraii de 1, 5 ppm . Un alt agent de coagulare care permite obinerea de bune rezultate la îndeprtarea culorii este sulfatul feros. Utilizarea sistemului sulfat feros ­ var este deosebit de eficient pentru decolorare, deoarece la îndeprtarea culorii particip dou mecanisme: antrenarea particulelor coloidale de colorant de ctre flocoanele de coagulant i reducerea grupelor azoice ale coloranilor de ctre sulfatul feros care se oxideaz la sulfat feric. Pentru a compensa consumul oxigenului dizolvat în reaciile de oxidare a ionului feros la ionul feric este necesar asigurarea unei aerri corespunztoare. Consumul mediu de reactivi pentru decolorare este de 200 ­ 300 g FeSO4 7H2O i 100 ­ 200 g var pentru 1 m3 de ap uzat. i în acest caz adugarea unui polielectrolit (circa 2 g/m3) accelereaz coagularea i previne apariia unei turbiditi remanente. Precipitarea se poate realiza chiar în cazul fazei biologice de epurare, utilizând un agent de precipitare cationic, când precipitatul format este reinut prin adsorbie pe suprafaa nmolului activ. Deoarece frecvent nmolul activ este foarte fin, se poate aduga un floculant în faza de decantare, floculant care poate fi de natur organic sau anorganic. Prin procedeul de coagulare-floculare se poate realiza o îndeprtare a culorii în proporie de 80 ­ 99% în cazul coloranilor direci, acizi, de dispersie, suficient pentru încadrarea în parametrii impui de legislaie. Decolorarea este mai puin eficient în cazul coloranilor de cad, a unor colorani reactivi, i practic absent în cazul coloranilor cationici (tabelul VIII.9.46). Un avantaj al metodei de decolorare prin coagulare-floculare îl reprezint posibilitatea de îndeprtare efectiv a coloranilor din apa uzat, chiar a celor ce nu prezint structur azoic, colorani mai puin afectai de tratamentele oxidative sau reductive de decolorare. Principalele dezavantaje ale acestui procedeu de îndeprtare a culorii apelor uzate sunt legate de producerea unei cantiti mari de nmol, a crui eliminare creeaz probleme suplimentare de prelucrare i depozitare.

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2071

Tabelul VIII.9.46

Eficiena tratamentului de coagulare ­ floculare pentru îndeprtarea culorii Colorant Acid Blue 142 Acid Blue 113 Acid Blue 260 Basic Blue 41 Basic Yellow 13 Basic Blue 3 Vat Blue Vat Green Direct Blue 199 Direct Red 89 Disperse Blue 56 Disperse Yellow 235 Acid Brown 298 Acid Black 142 Reactive Blue 204 Reactive Blue 209 Reactive Red 184 Reactive Blue 41 Reactive Blue 49 Structur Trifenilmetanic Azoic Antrachinonic Azoic Metinic Oxazinic Antrachinonic Antrachinonic Ftalocianinic Azoic Antrachinonic Azoic Azoic 1/2 Azoic Oxazinic Farmazinic Azoic Ftalocianinic Antrachinonic Îndeprtare CCO, % 95,4 90,2 33,3 0 0 0 35,5 52,6 90,6 89,9 89,7 62,7 53,4 88,9 28,2 31,0 23,4 60,0 19,0 Îndeprtare culoare, % 98,6 97,2 93,2 0 0 0 49,1 52,1 97,0 90,3 95,1 93,5 48,8 68,0 53,0 88,8 22,6 38,3 35,4

VIII.9.7.2. Decolorarea apelor uzate folosind ageni de oxidare

Oxidarea chimic reprezint un procedeu curent de tratare a apelor uzate în cazul prezenei de substane organice greu biodegradabile sau a unor compui anorganici nedorii. În urma aciunii agenilor oxidani se înregistreaz i distrugerea sistemului cromofor al coloranilor (în multe cazuri), ceea ce se traduce prin decolorarea apelor uzate. Unul dintre agenii oxidani ce se pot folosi în acest scop este apa oxigenat, bine cunoscut agent de albire în industria textil, produs cu caracteristici favorabile din punct de vedere a proteciei mediului . Accelerarea reaciilor de oxidare se realizeaz prin intermediul ionilor OH- (aa cum se procedeaz în practica albirii textilelor) sau prin adugarea unui catalizator, cel mai frecvent o sare de fier (feroas sau feric) sau de cupru. În acest caz pH-ul optim pentru producerea radicalilor hidroxil este cuprins între 3 i 4. Etapele care trebuiesc parcurse la decolorarea apelor uzate cu ap oxigenat sunt urmtoarele în cazul activrii cu sulfat feros: · aducerea pH-ului la aproximativ 3; · adugarea srii feroase; · adugarea de ap oxigenat, raportul uzual între cantitatea de ap oxigenat i cea de sare de fer fiind de 20:1; · dup 30 min (necesare pentru desfurarea reaciei), la 20 °C, are loc neutralizarea cu hidroxid de sodiu sau lapte de var; · separarea solidelor în suspensie prin decantare sau centrifugare, dac este necesar.

2072

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

Pentru activare s-au utilizat i radiaii UV, când gradul de decolorare înregistrat a fost avansat. Schema unei astfel de instalaii este prezentat în fig. VIII.9.45. Eficacitatea acestei metode de decolorare nu este aceeai pentru toate clasele de colorani. Dac rezultatele înregistrate în decolorarea apelor uzate ce conin colorani direci, reactivi, metal-compleci, pigmeni, sunt foarte bune (grad de decolorare de peste 85%), în cazul tratrii apelor uzate ce conin colorani de cad sau colorani de dispersie decolorarea este redus (tabelul VIII.9.47). Un rol deosebit în îndeprtarea coloranilor îl are, aa cum s-a precizat anterior, prezena srii de fier care, în condiiile neutralizrii din final, duce la formarea unor flocoane voluminoase i uor sedimentabile, ce adsorb particulele de colorant, contribuind astfel substanial la decolorare.

Fig. VIII.9.45. Schema unei instalaii de decolorare cu ap oxigenat + UV.

Simultan cu decolorarea se înregistreaz i o scdere important a consumului chimic de oxigen (între 50 i 70%), ceea ce indic aciunea de oxidare pe care o exercit apa oxigenat asupra materiilor organice prezente în apele uzate, care are drept rezultat distrugerea acestora pân la compui anorganici simpli. Spre deosebire de alte variante oxidative i de variantele reductive de decolorare, în urma tratamentului cu ap oxigenat nu se realizeaz doar trecerea colorantului într-un produs incolor prin distrugerea cromoforului, ci are loc în unele cazuri chiar distrugerea structurii chimice a colorantului. Principalele dezavantaje ale procedeului le constituie formarea nmolului i costul ridicat al tratamentului. Un agent de oxidare energic, ce poate fi utilizat cu bune rezultate în tratarea apelor uzate ce conin colorani, este ozonul. Durata de tratare este de 15 ­ 30 min pentru majoritatea claselor de colorani, ajungând la 150 de minute pentru coloranii de dispersie. pH-ului eficacitatea tratrii, decolorri eficiente obinându-se la utilizarea unui pH acid.

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2073

Gradul de reducere a consumului chimic de oxigen variaz mult în funcie de natura coloranilor prezeni (fiind cuprins între 5 i 80%), dar pentru majoritatea categoriilor de colorant decolorarea este practic total.

Tabelul VIII.9.47 Eficiena tratamentului de coagulare ­ floculare pentru îndeprtarea culorii Colorant Acid Blue 142 Acid Blue 113 Acid Blue 260 Basic Blue 41 Basic Yellow 13 Basic Blue 3 Vat Blue Vat Green Direct Blue 199 Direct Red 89 Disperse Blue 56 Disperse 235 Yellow Structur Trifenilmetanic Azoic Antrachinonic Azoic Metinic Oxazinic Antrachinonic Antrachinonic Ftalocianinic Azoic Antrachinonic Azoic Azoic 1/2 Azoic Oxazinic Farmazinic Azoic Ftalocianinic Antrachinonic Ozon, mg/l 49,5 112,1 54,8 117,5 31,7 99,3 44,5 72 48,1 81,6 44,2 83,9 40,2 84,6 43,5 103,5 44,2 73,4 44,9 79,7 27,2 88,3 36,8 60,8 57,2 110,8 31,4 103,3 49,2 83,1 43,1 80,3 40,7 82,2 43,3 88,7 48,0 81,4 Îndeprtare CCO, % 30,7 44,3 5,2 54,6 8,5 47,9 14,4 35,6 39,6 50,0 9,4 39,6 2,9 36,7 13,2 35,5 46,9 84,4 40,0 100 4,0 34,1 18,5 36,1 58,6 72,9 21,8 72,4 13,3 67,3 19,4 45,8 24,3 85,2 25,8 44,8 50,6 85,9 Îndeprtare culoare, % 11,6 91,5 87,8 98,7 82,3 99,3 97,6 100 95,2 100 83,0 100 0 19,8 11,1 53,1 62,8 98,8 94,4 100 1,4 99,6 3,2 11,5 86,1 98,7 66,7 99,3 83,2 99,7 90,1 99,0 83,2 99,7 69,0 99,5 95,9 99,4

Acid Brown 298 Acid Black 142 Reactive Blue 204 Reactive Blue 209 Reactive Red 184 Reactive Blue 41 Reactive Blue 49

Dintre dezavantajele acestui procedeu sunt de menionat creterile frecvente ale turbiditii, precum i costul ridicat al tratrii. În plus nu se înregistreaz descreteri semnificative ale valorii solidelor totale, dizolvate sau volatile, ceea ce arat c oxidarea nu este complet, în multe cazuri fiind afectate doar legturile ce confer culoarea.

2074

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

Un alt agent oxidant utilizat pentru decolorare este hipocloritul de sodiu , aplicat în urmtoarele condiii: · pH uor alcalin (9 + 1); · temperatur cuprins între 20 i 40 °C; · durat de reacie de cel puin 30 min; · 1 kg de clor activ per kg de colorant adugat (cu aproximaie 1 g/l pentru flotele reziduale); · circa 0,15 kg bisulfit de sodiu adugat dup decolorare pentru anticlorare. Chiar în condiiile tratamentului final cu bisulfit de sodiu, cantitatea de compui AOX (compui organici coninând clor) crete considerabil. În cazul unui volum total de efluent de 100 m3 per ton de material textil vopsit, concentraia de AOX va crete la circa 0,4 mg/l, valoare inacceptabil, ceea ce face acest tratament aplicabil doar în anumite situaii speciale. Un alt element de luat în calcul este efectul toxic asupra microorganismelor din instalaia de epurare biologic în care va ajunge în cele din urm efluentul tratat cu hipoclorit. Pentru ca acesta s poat fi evitat, este necesar ca gradul de diluare al efluentului tratat s fie mare, de cel puin 1:256 pentru a nu fi periclitat funcionarea în bune condiii a instalaiei de epurare biologic.

VIII.9.7.3. Decolorarea apelor uzate folosind ageni reductori

Agenii reductori acioneaz asupra coloranilor similar cu agenii oxidani, afectând sistemul cromofor al coloranilor (în cazul celor azoici prin distrugerea grupelor azoice). 2 Potenialul normal al sistemului S 2 O 2- /2SO 3 - este substanial mai mare în mediu 4 alcalin decât în mediu acid (­1,12 V fa de ­0,082V) i de aceea decolorarea trebuie condus în mediu slab alcalin. Din stoechiometria reaciei rezult c pentru ruperea a doi moli de legturi azo sunt necesari 2/3 moli ditionit de sodiu (atunci când reacia decurge pân la ionul sulfat). De regul se practic tratarea cu 1­1,3 g ditionit la 1 l de ap uzat, în cazul coloranilor mai rezisteni la decolorare folosindu-se concentraii de 2 g/l ditionit de sodiu. Decolorarea cu ditionit este recomandabil doar în anumite situaii, deoarece gradul bun de decolorare i avantajul de a nu se forma nmol sunt asociate cu o serie de dezavantaje, între care: · nu se înregistreaz nici o modificare a valorii CBO5 i a CCO; · crete încrcarea cu ioni sulfat a apelor tratate, ce poate depi 1000 mg/l, putând fi luat în discuie corodarea betonului.

VIII.9.7.4. Decolorarea prin adsorbie a apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

Îndeprtarea coloranilor, în special a celor solubili, ce reprezint majoritatea coloranilor prezeni în apele uzate, este posibil prin adsorbie, aceast metod dovedindu-se printre cele mai fezabile metode de decolorare. Principalul avantaj al metodei este acela c se realizeaz efectiv îndeprtarea poluanilor (al coloranilor în cazul decolorrii), nu doar transformarea lor în forme mai puin toxice sau înlocuirea cu compui

Epurarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile

2075

nepoluani prin reacii chimice, în timp ce principalul dezavantaj îl constituie formarea de nmol suplimentar. Principiul procedeului este urmtorul: apa uzat este pus în contact cu adsorbantul. Are loc procesul de legare a colorantului de suprafaa adsorbantului, iar dup o anumit perioad de timp adsorbantul saturat este regenerat sau înlocuit cu adsorbant proaspt. Sunt rare cazurile când substanele adsorbite sunt separate de pe adsorbant prin desorbie, i apoi valorificate. Dintre diversele substane adsorbante, cel mai utilizat este crbunele activ. Prin adsorbie pe crbune activ este posibil îndeprtarea culorii în proporie de 85% în cazul coloranilor solubili . Eficacitatea îndeprtrii coloranilor din apele uzate prin adsorbie depinde, printre altele, de caracteristicile structurale ale coloranilor (tabelul VIII.9.48).

Tabelul VIII.9.48 Eficiena tratamentului de adsorbie cu crbune activ pentru îndeprtarea culorii Colorant Acid Blue 142 Acid Blue 113 Acid Blue 260 Basic Blue 41 Basic Yellow 13 Basic Blue 3 Vat Blue Vat Green Direct Blue 199 Direct Red 89 Disperse Blue 56 Disperse Yellow 235 Acid Brown 298 Acid Black 142 Reactive Blue 204 Reactive Blue 209 Reactive Red 184 Reactive Blue 41 Reactive Blue 49 Structur Trifenilmetanic Azoic Antrachinonic Azoic Metinic Oxazinic Antrachinonic Antrachinonic Ftalocianinic Azoic Antrachinonic Azoic Azoic 1/2 Azoic Oxazinic Farmazinic Azoic Ftalocianinic Antrachinonic Îndeprtare CCO, % 71,4 70,9 58,8 84,7 81,5 67,8 0 0 25,6 45,5 0 59,3 91,5 82,1 70,6 89,8 69,4 74,6 19,2 Îndeprtare culoare, % 93,7 95,6 86,8 100 99,7 98,5 10,1 12,9 71,7 59,0 30,2 83,4 97,1 98,1 69,0 78,5 77,6 57,4 94,6

În cazul coloranilor de dispersie gradul de îndeprtare prin adsorbie este în general sczut, dar comportarea acestor colorani se modific substanial în prezena acceleratorilor. Dac la concentraii mici de accelerator (sub 100 mg/l) capacitatea de adsorbie a coloranilor de dispersie este sczut, la concentraii de accelerator ce depesc 400 mg/l capacitatea de adsorbie se apropie de cea a coloranilor solubili. O dat cu îndeprtarea culorii are loc i o scdere a consumului chimic de oxigen cu circa 75%, dar aceast metod de epurare nu este fezabil în cazul apelor cu coninut ridicat de impuriti organice biodegradabile, deoarece apare fenomenul de dezvoltare pe crbunele activ a unor culturi biologice. Cantitatea de cultur biologic format depinde i de debit, precum i de durata între dou regenerri.

2076

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST ­ TEHNOLOGIE CHIMIC TEXTIL

Un alt adsorbant utilizat pentru decolorarea apelor uzate provenite de la finisarea materialelor textile este turba, când s-au realizat reduceri importante ale culorii, turbiditii, consumului chimic de oxigen, consumului biochimic de oxigen, solidelor în suspensie . De asemenea se obine o îndeprtare complet a metalelor grele. Singurul reziduu al procesului îl constituie turba uzat, care nu pune probleme deosebite în evacuare. De regul se depoziteaz pe platforme de uscare, în final fiind ars. Drept adsorbant se poate utiliza i cenua zburtoare, rezultat în urma combustiei crbunelui utilizat la înclzirea cazanelor . Prin aceasta se rezolv i o alt problem i anume eliminarea cenuii zburtoare, poluant important al aerului sub form de aerosoli. Cenua zburtoare conine peste 46% carbon i are caracteristici adsorbante acceptabile, fiind posibil în special îndeprtarea prin adsorbie a substanelor organice, a cror molecule sunt legate prin fore de atracie de suprafaa poroas a cenuii. Rezultate mai bune se obin în cazul variantei dinamice de adsorbie, dar chiar i în acest caz procedeul trebuie asociat cu coagularea chimic, recomandat fiind folosirea sulfatului de aluminiu i a varului. Pe lâng avantajul de a utiliza un adsorbant ieftin i prezent din abunden, acest procedeu mai are avantajul de a produce cantiti mai mici de nmol decât în cazul utilizrii coagulrii. O alt categorie de substane organice ce se pot utiliza la decolorarea apelor uzate de provenien textil o reprezint substanele polimere, ce prezint capacitatea deosebit de a îndeprta coloranii solubili. Pentru completa îndeprtare a coloranilor ce ar putea trece prin adsorbant se recomand o faz final de tratare cu schimbtori de ioni (anionii i/sau cationii). În cazul folosirii adsorbanilor polimeri viteza de adsorbie este mai mare decât la utilizarea crbunelui activ i în plus regenerarea este mai uor de realizat folosind un solvent organic (alcool etilic sau metilic, de exemplu), ce poate fi recuperat. Se evit i fenomenul de blocare a suprafeei active cu resturi minerale, fenomen ce intervine la regenerarea termic a crbunelui activ, deoarece compuii metalici coninând metale grele sunt complet îndeprtai de pe suprafaa adsorbantului polimer de ctre alcoolul utilizat pentru regenerare.

Information

Microsoft Word - capVIII-9

85 pages

Report File (DMCA)

Our content is added by our users. We aim to remove reported files within 1 working day. Please use this link to notify us:

Report this file as copyright or inappropriate

731379


Notice: fwrite(): send of 197 bytes failed with errno=104 Connection reset by peer in /home/readbag.com/web/sphinxapi.php on line 531