Dincolo de fișa tehnică: criterii inginerești pentru alegerea unei stații de epurare

Care sunt cele mai frecvente greșeli pe care le întâlniți în proiectarea unei stații de epurare?

În exploatarea reală, cele mai multe probleme care apar ulterior în exploatare își au originea în etapa de proiectare. Vedem frecvent proiecte în care sunt aplicate soluții standard pentru procese tehnologice care, în realitate, necesită flexibilitate.
Una dintre cele mai frecvente greșeli este alegerea unor stații proiectate pentru un regim rigid de funcționare, fără posibilitatea adaptării la variațiile reale ale debitului și ale încărcării organice. În practică întâlnim frecvent instalații care funcționează perioade îndelungate la numai 30–40% din debitul de calcul sau, dimpotrivă, sunt solicitate peste debitul proiectat. Dacă tehnologia nu permite adaptarea la aceste situații, stabilitatea procesului biologic este afectată.
O altă eroare întâlnită în proiectare este utilizarea unui raport teoretic C:N:P, de exemplu 100:10:1, fără verificarea compoziției reale a influentului. În exploatarea industrială și rezidențială, caracteristicile apei uzate se modifică permanent, iar o instalație trebuie să permită corectarea acestor dezechilibre prin reglaje tehnologice și dozarea controlată a nutrienților care să fie și ușor de procurat.

De asemenea, soluția constructivă aleasă trebuie analizată cu atenție. În cazul instalațiilor supraterane, procesul biologic este expus variațiilor importante de temperatură dintre anotimpuri. În schimb, montajul subteran permite utilizarea inerției termice naturale a solului, menținând o temperatură mult mai stabilă în jurul bazinelor și reducând riscul inhibării biomasei atât în perioadele cu temperaturi scăzute, cât și în timpul verii.
Pornind de la aceste aspecte, la 1st Criber am dezvoltat stațiile de epurare biologică de tip SBR (Sequencing Batch Reactor), integrate în bazine din PAFS (Poliesteri Armați cu Fibră de Sticlă), astfel încât instalația să poată răspunde acestor provocări întâlnite în exploatarea reală.

Un prim avantaj îl reprezintă stabilitatea termică obținută prin montajul subteran al bazinelor. Temperatura relativ constantă a solului contribuie la menținerea unui proces biologic stabil pe tot parcursul anului și reduce influența temperaturilor extreme asupra activității biomasei.
Al doilea avantaj este capacitatea instalației de a trata influenți cu încărcări ridicate de azot amoniacal. În aplicațiile dezvoltate de 1st Criber am proiectat și pus în funcțiune instalații care tratează concentrații de NH₄⁺ de până la 50 mg/l și, în cazuri particulare, inclusiv aplicații pentru săli de evenimente unde concentrația de NH₄⁺ din influent a ajuns la aproximativ 190 mg/l, în condițiile în care valorile CBO₅ și CCO-Cr erau sub limitele orientative din NTPA 002/2005. Aceste exemple arată cât de important este ca dimensionarea să fie realizată pe baza caracteristicilor reale ale influentului și nu exclusiv pe baza unor valori standardizate.

Un alt element esențial este flexibilitatea automatizării. Prin intermediul interfeței HMI, operatorul poate modifica în timp real parametrii principali ai procesului biologic: durata și numărul ciclurilor de alimentare, etapele de nitrificare și denitrificare, fazele de limpezire, evacuare și recirculare a nămolului. Sistemul permite, de asemenea, dozarea automată a nutrienților pentru corectarea raportului C:N:P și integrarea etapelor de dezinfecție atunci când aplicația o impune.

Pentru aplicațiile cu cerințe avansate de epurare, instalațiile pot fi completate cu trepte terțiare și cuaternare destinate reducerii poluanților reziduali, inclusiv a microplasticelor și a unor reziduuri de produse farmaceutice, în funcție de obiectivele de calitate impuse efluentului evacuat.

Cum poate un proiectant să compare obiectiv două tehnologii aparent similare?

Comparația nu trebuie să înceapă cu fișa tehnică a echipamentului, ci cu rezultatele obținute în exploatarea reală. Parametrii declarați de producător sunt importanți, însă performanța unei stații de epurare se validează în funcționarea de zi cu zi, nu doar în condiții controlate de laborator.
Primul criteriu pe care îl urmăresc este istoricul tehnologiei și rezultatele obținute în exploatare. Dacă o soluție tehnologică a fost implementată în numeroase aplicații similare și demonstrează în mod constant că poate respecta parametrii impuși la evacuare, aceasta reprezintă un argument tehnic solid. În schimb, dacă există un istoric repetat de dificultăți în exploatare, proiectantul trebuie să analizeze cu atenție cauzele și să evalueze dacă configurația respectivă este într-adevăr potrivită pentru aplicația analizată. Succesul unei tehnologii nu se măsoară în laborator, ci în stațiile care funcționează stabil și respectă parametrii de evacuare pe termen lung.

Al doilea criteriu este flexibilitatea procesului biologic. O tehnologie care nu permite reglarea parametrilor de funcționare în funcție de variațiile reale ale influentului sau care nu oferă posibilitatea corectării raportului C:N:P prin dozarea controlată a nutrienților va avea dificultăți atunci când condițiile de exploatare diferă de cele luate în calcul la proiectare, care în 99% din cazuri sunt parametri fizico-chimici din NTPA 002/2005. În practică, influentul nu rămâne constant, iar instalația trebuie să fie capabilă să se adapteze fără modificări constructive majore.

La fel de importantă este experiența furnizorului și capacitatea acestuia de a susține tehnologia pe întreaga durată de exploatare. O stație de epurare nu este un echipament care se livrează și apoi funcționează independent. Punerea în funcțiune, reglajele inițiale, instruirea personalului, mentenanța și disponibilitatea pieselor de schimb sunt elemente care influențează în mod direct performanța instalației pe termen lung.

În practică, cele mai reușite proiecte sunt cele în care proiectantul evaluează nu doar performanțele declarate ale tehnologiei, ci și competența echipei care o proiectează, o configurează și o pune în funcțiune. În final, o tehnologie este la fel de performantă ca echipa de ingineri care o poate adapta, optimiza și menține în parametri pe întreaga durată de exploatare, nu doar până la livrarea echipamentelor.

Care sunt diferențele esențiale dintre tehnologia SBR și stațiile cu aerare continuă?

În primul rând, nu există o tehnologie universal valabilă pentru toate aplicațiile. Atât procesele biologice cu funcționare continuă – indiferent dacă utilizează nămol activ convențional sau tehnologii cu medii suport, precum MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) și IFAS (Integrated Fixed-film Activated Sludge) – cât și tehnologia SBR (Sequencing Batch Reactor) au domenii în care pot reprezenta soluția optimă. Alegerea trebuie făcută întotdeauna în funcție de caracteristicile influentului, de variațiile de debit și încărcare, de cerințele de evacuare și de modul în care instalația va fi exploatată pe termen lung.
Diferența fundamentală dintre un proces biologic continuu și tehnologia SBR constă în nivelul de control asupra procesului biologic și în flexibilitatea de exploatare. Într-un reactor SBR, toate fazele procesului – alimentarea, aerarea, nitrificarea, denitrificarea, limpezirea, evacuarea și recircularea nămolului activ – sunt desfășurate secvențial și pot fi controlate și optimizate prin intermediul sistemului de automatizare, fără modificări constructive ale instalației.
În cazul tehnologiei SBR dezvoltate de 1st Criber, această flexibilitate oferă mai multe avantaje practice.

Flexibilitate volumetrică și adaptare la variațiile de debit
Prin modificarea secvențelor de funcționare și a duratei ciclurilor biologice putem optimiza atât volumul bazinului de omogenizare, cât și pe cel al reactorului biologic. În exploatarea reală, instalația poate funcționa într-un interval cuprins între aproximativ 30% și 110% din debitul de proiectare, fără intervenții asupra construcției civile. Această adaptabilitate este deosebit de importantă în aplicațiile în care debitul și încărcarea organică prezintă variații semnificative pe parcursul zilei sau al sezonului.

Control complet al procesului biologic
Automatizarea permite controlul individual al fiecărei etape a ciclului biologic: alimentare, nitrificare, denitrificare, aerare, limpezire, evacuare și recircularea nămolului activ. În funcție de caracteristicile influentului, din sistem se poate modifica durata fiecărei faze și poate gestiona automat dozarea substanțelor necesare pentru corectarea raportului C:N:P, atunci când procesul biologic impune acest lucru.

Modularitate și stabilitate termică
Execuția modulară permite exploatarea unuia sau a mai multor reactoare, în funcție de debitul real al instalației. În plus, montajul subteran al bazinelor utilizează inerția termică naturală a solului, reducând influența variațiilor sezoniere de temperatură asupra procesului biologic, fără costurile suplimentare asociate unor sisteme dedicate de încălzire sau răcire.

Mentenanță redusă
Tehnologia SBR utilizată de 1st Criber nu necesită biofiltre sau medii suport pentru dezvoltarea biomasei, specifice tehnologiilor biorotor, MBBR sau MBR. Prin urmare, sunt eliminate operațiile periodice de spălare, curățare sau înlocuire a acestor medii, precum și riscul apariției depunerilor de grăsimi sau al colmatării acestora în anumite aplicații sau probleme în funcționare. În consecință, costurile de întreținere și timpul necesar mentenanței sunt reduse.

Durabilitatea instalației
Toate echipamentele și materialele sunt selectate pentru funcționarea în medii agresive specifice stațiilor de epurare, având ca obiectiv reducerea riscului de coroziune și creșterea duratei de viață a instalației.

Dimensionare inginerească bazată pe calcule de proces
Un aspect esențial este modul în care este proiectată instalația. În cadrul 1st Criber, fiecare stație este dimensionată utilizând un software de inginerie dezvoltat în Germania, care calculează parametrii procesului biologic și puterea instalată în funcție de caracteristicile reale ale influentului. Astfel, reactorul biologic, sistemul de aerare și echipamentele auxiliare sunt dimensionate pe baze inginerești, evitând atât supradimensionarea, care conduce la investiții și consumuri energetice inutile, cât și subdimensionarea, care poate compromite stabilitatea procesului biologic.

În concluzie, diferența dintre cele două abordări nu trebuie analizată exclusiv din perspectiva tipului de reactor, ci a modului în care tehnologia răspunde condițiilor reale de exploatare. O instalație performantă este aceea care poate menține stabilitatea procesului biologic în condițiile specifice aplicației pentru care a fost proiectată, cu un consum energetic optimizat și costuri de exploatare predictibile.

De ce este atât de importantă automatizarea unei stații de epurare?

O stație de epurare fără automatizare este comparabilă cu un autovehicul modern fără sistem electronic de management: poate funcționa, însă exploatarea devine rigidă, consumurile cresc, iar capacitatea de adaptare la schimbările din proces este foarte redusă. Procesele biologice și tehnologice care au loc într-o stație de epurare sunt dinamice și influențate permanent de variațiile debitului, ale încărcării organice și ale compoziției influentului.
În lipsa unui sistem automatizat capabil să monitorizeze și să adapteze în timp real parametrii de funcționare, exploatarea instalației devine dependentă de intervenția permanentă a personalului specializat. Din punct de vedere tehnic, aceasta ar presupune prezența unei echipe multidisciplinare.
În primul rând, ar fi necesar un biolog, dotat cu aparatură de laborator, care să urmărească permanent starea nămolului activ, eficiența procesului biologic și echilibrul nutrienților.

În al doilea rând, ar fi necesar un inginer tehnolog care, pe baza rezultatelor analizelor, să recalculeze permanent ciclurile de funcționare și să ajusteze manual timpii de alimentare, aerare, nitrificare, denitrificare, evacuare și recirculare a nămolului activ.
În practică, majoritatea stațiilor de epurare de capacitate mică și medie nu își pot permite existența permanentă a unei astfel de echipe. Din acest motiv, automatizarea nu mai reprezintă un element opțional, ci o componentă esențială a procesului tehnologic.

La 1st Criber am dezvoltat un sistem de automatizare care reproduce logica decizională utilizată în exploatarea unei stații de epurare. Platforma software monitorizează permanent parametrii instalației și din ea se pot modifica ciclurile tehnologice, dozările și secvențele de funcționare în funcție de condițiile reale ale influentului și de obiectivele procesului biologic.
În acest mod, un proces biochimic complex devine predictibil, stabil și ușor de exploatat. Automatizarea reduce dependența de intervențiile manuale, optimizează consumurile energetice și contribuie la menținerea performanței instalației pe termen lung. În același timp, oferă operatorului sau tehnologului 1st Criber posibilitatea de a supraveghea și optimiza procesul fără a fi necesare intervenții continue asupra fiecărei faze de funcționare.

Până acum am discutat despre procese pur biologice. Există însă situații în care o stație biologică simplă nu mai este suficientă pentru a face față poluanților?

Da, sunt numeroase aplicații în care o treaptă biologică, dimensionată corect, nu este suficientă dacă este alimentată direct cu un influent foarte încărcat. Întâlnim frecvent astfel de situații în industria procesării cărnii, laptelui, fructelor, berii, strugurilor și în alte procese agroalimentare, dar și în anumite aplicații menajere caracterizate prin încărcări organice foarte ridicate sau variații importante ale compoziției apei uzate.

În astfel de cazuri, dacă influentul ajunge direct în reactorul biologic, volumul necesar al instalației crește semnificativ, consumurile energetice sunt mai mari, iar stabilitatea procesului biologic poate fi afectată. În anumite situații, fără o etapă de preepurare, dimensionarea reactorului biologic devine dificilă din punct de vedere tehnic și economic.
În astfel de aplicații, soluția recomandată este introducerea unei prime trepte de epurare fizico-chimică înaintea procesului biologic.
Pentru aceste aplicații am dezvoltat unitatea de flotare cu aer dizolvat CriberDAF (Dissolved Air Flotation), al cărei rol este de a proteja treapta biologică prin reducerea încărcării poluante încă din prima etapă a procesului.
În funcție de caracteristicile influentului și de schema tehnologică adoptată, CriberDAF permite reducerea unor categorii importante de poluanți, precum:
• grăsimi și uleiuri vegetale sau animale;
• o parte semnificativă a încărcării organice;
• fosfor;
• materii solide în suspensie;
• alți poluanți care pot afecta funcționarea procesului biologic și dezvoltarea biomasei.

Prin reducerea încărcării aplicate reactorului biologic, instalația care urmează în flux poate fi dimensionată mai eficient, cu volume mai reduse și cu un consum energetic optimizat. În același timp, procesul biologic funcționează în condiții mai stabile, iar riscul apariției dezechilibrelor tehnologice este diminuat.
Din perspectiva beneficiarului, integrarea unei trepte CriberDAF în aplicațiile pentru care această soluție este justificată conduce atât la optimizarea investiției inițiale (CAPEX), cât și la reducerea costurilor de exploatare (OPEX), prin diminuarea volumelor biologice necesare, reducerea consumurilor și creșterea stabilității procesului de epurare.

Ce rol are punerea în funcțiune realizată de producător?

Punerea în funcțiune reprezintă una dintre cele mai importante etape din ciclul de viață al unei stații de epurare. Este momentul în care proiectul este verificat în condițiile reale de exploatare, iar toate echipamentele și procesele tehnologice sunt calibrate astfel încât instalația să funcționeze conform parametrilor de proiectare.

Din experiența noastră, în aproximativ 90% dintre șantiere, situația din teren diferă într-o anumită măsură față de proiectul inițial. Pot apărea diferențe de cote, modificări ale traseelor tehnologice, interferențe cu alte instalații sau constrângeri constructive care nu au putut fi anticipate în faza de proiectare.
Din acest motiv, punerea în funcțiune ar trebui realizată de echipa care cunoaște în detaliu tehnologia și filosofia de funcționare a instalației. În această etapă sunt verificate și ajustate echipamentele, automatizările și parametrii procesului biologic, astfel încât întregul flux tehnologic să funcționeze în condiții optime.

În cazul proiectelor realizate de 1st Criber, echipa noastră adaptează direct în șantier traseele tehnologice dintre echipamentele furnizate, acolo unde situația reală o impune, fără costuri suplimentare pentru beneficiar. Această abordare reduce riscul apariției unor erori de montaj sau de integrare care pot influența funcționarea instalației și scurtează timpul necesar punerii în exploatare.
Din punctul nostru de vedere, punerea în funcțiune nu înseamnă doar pornirea echipamentelor. Înseamnă verificarea întregului proces tehnologic în condiții reale, optimizarea parametrilor de funcționare și confirmarea faptului că instalația este pregătită pentru exploatare în condiții de siguranță și performanță.

În încheiere, dacă ar fi să rezumați toată această experiență de 19 ani într-un singur îndemn, care este mesajul dumneavoastră principal pentru comunitatea proiectanților din România?

Dacă ar fi să transmit un singur mesaj proiectanților, acesta ar fi să privească o stație de epurare ca pe un proces tehnologic complex, nu doar ca pe un ansamblu de echipamente dimensionat doar după NTPA 002/2005 și raport C:N:P 100:10:1.

În alegerea unei soluții este important să fie analizate criterii precum modul de dimensionare, flexibilitatea procesului biologic, consumurile energetice, costurile reale de exploatare și capacitatea instalației de a răspunde variațiilor specifice funcționării reale. Prețul de achiziție reprezintă doar una dintre componentele investiției și, de multe ori, nu este cea mai relevantă pe întreaga durată de viață a instalației.

Din acest motiv, recomand proiectanților să solicite întotdeauna documentația tehnică care fundamentează soluția propusă: memorii tehnice, calcule de proces, ipoteze de proiectare și exemple de aplicații similare aflate deja în exploatare. O tehnologie trebuie evaluată prin argumente inginerești și prin rezultatele obținute în condiții reale de funcționare, nu doar prin informațiile prezentate într-o broșură comercială.

Un alt aspect esențial îl reprezintă analiza consumurilor energetice și a puterii instalate. În epurarea biologică, energia utilizată pentru transferul de oxigen nu reprezintă doar un consum de exploatare, ci o condiție necesară desfășurării procesului biologic. Din acest motiv, puterea suflantelor nu trebuie analizată exclusiv din perspectiva consumului de energie, ci și prin capacitatea sistemului de aerare de a asigura necesarul de oxigen în toate regimurile de funcționare. O instalație subdimensionată din punctul de vedere al aerării poate întâmpina dificultăți în menținerea biomasei active și, implicit, în respectarea parametrilor impuși la evacuare.

La fel de important este și partenerul tehnologic. Experiența arată că performanța unei stații de epurare depinde nu doar de calitatea echipamentelor, ci și de modul în care acestea sunt dimensionate, integrate, puse în funcțiune și optimizate în exploatare. De aceea, furnizorul trebuie să își asume responsabilitatea pentru întregul proiect, de la proiectare și fabricație până la punerea în funcțiune și suportul tehnic acordat beneficiarului. După aproape două decenii de activitate, aceasta rămâne convingerea mea: performanța unei stații de epurare este rezultatul unei proiectări corecte, al unei tehnologii adaptate aplicației și al unei exploatări bazate pe criterii inginerești solide.

Despre interlocutor

Nicu Anițoaie este Director Tehnic al 1st Criber și coordonează activitatea de proiectare, dezvoltare și punere în funcțiune a instalațiilor de epurare industrială și menajeră. În cei peste 19 ani de activitate a contribuit la realizarea și implementarea unor soluții pentru aplicații industriale și municipale din domeniul tratării apelor uzate.