Ingineria mediului

Ingineria mediului sau protecția mediului în industrie este o preocupare permanentă a inginerilor de azi, datorită condițiilor impuse de integrarea României în Uniunea Europeană.

Ea studiază tehnologii curate, adică tehnologii de prelucrare care să aibă un impact asupra mediului cât mai mic. De asemenea, analizează metode și elaborează metode noi de epurare. Prin acest proces de epurare, se dorește îndepărtarea efectelor negative pe care agenții poluanți, deja existenți în ecosistem, îl au asupra mediului. O altă componentă a acestui domeniu o constituie tehnologiile de filtrare, prin intermediul cărora se urmărește reducerea emisiilor de noxe prin așezarea unor elemente filtrante la capătul țevilor de evacuare.

Ingineria mediului nu se referă doar la protecția mediului înconjurător împotriva factorilor de poluare antropici, dar și de protecție a sănătății angajaților din mediul industrial. Ea trebuie să asigure condiții optime de muncă și expunerea angajaților din industrie la riscuri de alterare a sănătății cât mai mici.

Elementele specifice mediului sunt apa, aerul și solul, dar formele de poluare pot fi și de altă natură. Poluarea poate fi fonică, radiologică, electromagnetică etc.

Tot în cadrul ingineriei mediului o importanță deosebită o au sursele regenerabile de energie. Aceste surse de energie sunt considerate surse alternative de energie. Tehnologiile de obținere a energiei regenerabile folosesc fenomenul fotovoltaic, preia căldura de la sursele de apa termice (geizere), preiau energia curenților de aer (eoliană) sau a curenților marini (mareelor) dar este apreciată și cogenerarea prin utilizarea turbinelor cu gaze fierbinți.

Monitorizarea indicilor de poluare face parte tot din Ingineria mediului, aceasta noțiune fiind corelată cu analiza riscului de catastrofe și hazarde.

EPURAREA APELOR UZATE

Istoric şi evoluţie

Primele staţii de epurare au apărut în Anglia în secolul XIX. Iniţial s-au realizat canalizări, care au rezolvat problema epidemiilor hidrice, dar au făcut din Tamisa un râu mort ce degaja miros pestilenţial, încât în geamurile parlamentului au trebuit atârnate cârpe îmbibate cu clorură de calciu. Abia atunci s-a trecut la realizarea de staţii de epurare. Tot în Anglia s-au pus bazele monitoringului. Parametrul "consum biochimic de oxigen" CBO5 a fost introdus în 1898 şi a fost conceput în concordanţă cu realităţile englezeşti - temperatură de 200C, timp de rezidenţă în râu 5 zile, tip de poluare predominantă fiind cea fecaloid-menajeră...

În SUA, în 1984 existau 15438 de staţii de epurare care deserveau o populaţie de 172205000 locuitori, adică 73,1% . Procentul de epurare a apelor din punct de vedere al încărcării organice măsurate prin CBO5 a fost de 84% iar din punct de vedere al suspensiilor de 86,3%. Pentru anul 2005 se prevede atingerea unui nivel de 16980 de staţii de epurare care să deservească 243723000 locuitori, adică 86,6% . Procentul de epurare a apelor din punct de vedere al încărcării organice măsurate prin CBO5 e planificat să atingă 89,9% iar din punct de vedere al suspensiilor de 88,9%.

În SUA tot mai puţine ape uzate după epurare se descarcă din nou în emisar. Se infiltrează în sol sau se utilizează pentru irigaţii, în industrie, pentru recreere (lacuri), pentru piscicultură, şi chiar ca sursă de apă potabilă, după descărcare în lacuri sau injectare în sol sau chiar direct, dar cu supunere la preparare avansată. De exemplu în SUA se utilizează ape uzate la prepararea de apă potabilă în oraşe ca Palo Alto, Denver, El Paso şi chiar Washington DC! Aceasta e destul de scumpă, dar totuşi mai ieftină decât desalinizarea apei marine de exemplu, de aceea tehnologia se răspândeşte în ţări arabe şi africane...

Principiul constructiv al unei staţii de epurare a apelor uzate

Deşi diferă prin dimensiuni şi tehnologii folosite, cea mai mare parte a staţiilor de epurare a apelor uzate orăşeneşti au o schemă constructivă apropiată. Există şi unele realizate pe verticală, tip turn, dar majoritatea sunt pe orizontală. Ocupă relativ mult teren, dar o parte din instalaţii se pot realiza în subteran, cu spaţii verzi deasupra.

Distingem o treapta primară, mecanică; o treaptă secundară, biologică; şi la unele staţii (deocamdată nu la toate!) o treapta terţiară - biologică, mecanică sau chimică.

Treapta primară constă din mai multe elemente succesive:

·  Grătarele reţin corpurile plutitoare şi suspensiile grosiere (bucăţi de lemn, textile, plastic, pietre etc.). De regulă sunt grătare succesive cu spaţii tot mai dese între lamele. Curăţarea materiilor reţinute se face mecanic. Ele se gestionează ca şi gunoiul menajer, luând drumul rampei de gunoi sau incineratorului...

· Sitele au rol identic grătarelor, dar au ochiuri dese, reţinând solide cu diametru mai mic.

· Deznisipatoarele sau decantoarele pentru particule grosiere asigură depunerea pe fundul bazinelor lor a nisipului şi pietrişului fin şi altor particule ce au trecut de site dar care nu se menţin în ape liniştite mai mult de câteva minute. Nisipul depus se colectează mecanic de pe fundul bazinelor şi se gestionează ca deşeu împreună cu cele rezultate din etapele anterioare, deoarece conţine multe impurităţi organice.

· Decantoarele primare sunt longitudinale sau circulare şi asigură staţionarea apei timp mai îndelungat, astfel că se depun şi suspensiile fine. Se pot adăuga în ape şi diverse substanţe chimice cu rol de agent de coagulare sau floculare, uneori se interpun şi filtre. Spumele şi alte 

substanţe flotante adunate la suprafaţă (grăsimi, substanţe petroliere etc.) se reţin şi înlătură ("despumare") iar nămolul depus pe fund se colectează şi înlătură din bazin (de exemplu cu lame racloare susţinute de pod rulant) şi se trimite la metantancuri.

Treapta secundară constă şi ea din mai multe etape:

· Aerotancurile sunt bazine unde apa este amestecată cu "nămol activ" ce conţine microorganisme ce descompun aerob substanţele organice. Se introduce continuu aer pentru a accelera procesele biochimice.

· Decantoarele secundare sunt bazine în care se sedimentează materialele de suspensie formate în urma proceselor complexe din aerotancuri. Acest nămol este trimis la metantancuri iar gazele (ce conţin mult metan) se folosesc ca şi combustibil de exemplu la centrala termică.

Treapta terţiară nu există la toate staţiile de epurare. Ea are de regulă rolul de a înlătura compuşi în exces (de exemplu nutrienţi- azot şi fosfor) şi a asigura dezinfecţia apelor (de exemplu prin clorinare). Această treaptă poate fi biologică, mecanică sau chimică sau combinată, utilizând tehnologii clasice precum filtrarea sau unele mai speciale cum este adsorbţia pe cărbune activat, precipitarea chimică etc. Eliminarea azotului în exces se face biologic, prin nitrificare (transformarea amoniului în azotit şi apoi azotat) urmată de denitrificare, ce transformă azotatul în azot ce se degajă în atmosferă. Eliminarea fosforului se face tot pe cale biologică, sau chimică.

În urma trecerii prin aceste trepte apa trebuie să aibă o calitate acceptabilă, care să corespundă standardelor pentru ape uzate epurate. Dacă emisarul nu poate asigura diluţie puternică, apele epurate trebuie să fie foarte curate. Ideal e să aibă o calitate care să le facă să nu mai merite numite "ape uzate" dar în practică rar întâlnim aşa o situaţie fericită. Pe de o parte tehnologiile de epurare se îmbunătăţesc, dar pe de altă parte ajung în apele fecaloid-menajere tot mai multe substanţe care nu ar trebui să fie şi pe care staţiile de epurare nu le pot înlătura din ape.

În final apa epurată este restituită în emisar - de regulă râul de unde fusese prelevată amonte de oraş. Ea conţine evident încă urme de poluant, de aceea este avantajos ca debitul emisarului să fie mare pentru a asigura diluţie adecvată.

Alte soluţii propun utilizarea pentru irigaţii a apelor uzate după tratamentul secundar, deoarece au un conţinut ridicat de nutrienţi. Acest procedeu e aplicabil dacă acele ape nu conţin toxice specifice peste limitele admise şi produsele agricole rezultate nu se consumă direct. În acest caz nu mai este necesară treapta a III-a şi nu se mai introduc ape în emisar (fapt negativ din punct de vedere al debitului dar pozitiv pentru calitate, deoarece apele epurate nu sunt niciodată cu adevărat de calitate apropiată celor naturale nepoluate antropic). Se experimentează şi utilizarea apelor uzate ca sursă de apă potabilă, desigur cu supunerea la tratamente avansate de purificare.

Nămolul din decantoarele primare şi secundare este introdus în turnuri de fermentaţie, numite metantancuri. De obicei sunt rezervoare de beton armat de mari dimensiuni, unde se asigură temperatură relativ ridicată, constantă, şi condiţii anaerobe, în care bacteriile fermentează nămolul şi descompun substanţele organice până la substanţe anorganice, rezultând un nămol bogat în nutrienţi şi gaze care, conţinând mult metan, se utilizează ca şi combustibil.

Probleme particular ale epurării apelor uzate

· Staţii de epurare integral biologice

În anumite condiţii de climă se poate folosi şi epurarea biologică cu plante, prin mlaştină / lagună de epurare, care poate reţine fosfaţii, nitraţii şi agenţii patogeni. Un hectar de stuf de exemplu extrage din apă anual 10-15 tone de azot, fosfor şi sulf şi peste 150 tone de poluanţi organici!

La Arcata (California) în mod experimental s-a introdus un sistem de epurare exclusiv biologic, cu plante, într-un sistem de mlaştini şi lacuri. Fezabilitatea pe termen lung şi posibilitatea de a folosi pe scară largă asemenea tehnologie este deocamdată controversată.

· Preepurarea apelor uzate industriale

Apele uzate industriale au de regulă nivele înalte de încărcare cu poluant şi mai ales au caracteristici frecvent foarte diferite de cele uzate fecaloid-menajere. De aceea ele nu pot fi epurate direct în staţiile de epurare orăşeneşti, ci trebuie supuse unui proces de preepurare specifică, adaptată naturii poluantului sau poluanţilor în cauză, şi apoi eventual descărcate în canalizarea orăşenească şi duse la staţia clasică de epurare. Se poate face şi o staţie complet separată pentru apele industriale, care să asigure epurare până la nivelul la care pot fi descărcate legal în emisar (râu de exemplu). O asemenea staţie complet separată se poate justifica economic la mari întreprinderi...

Ape industriale uzate sunt şi cele ce provin din "spălarea" gazelor, inclusiv a celor de la centralele termice sau termoelectrice, unde apele încarcă bioxid de sulf, rezultând gaze mai puţin poluante pentru atmosferă dar ape foarte poluate, ce trebuie epurate.

Uneori apele uzate industriale au încărcări de poluanţi pentru care nu există tehnologie de epurare adecvată, singura soluţie rămânând în acest caz injectarea profundă.

· Problema nămolului

Din staţiile de epurare rezultă mari cantităţi de nămol. De exemplu în Germania se produc anual peste 100 de milioane de tone de nămol brut! Acesta este în final uscat prin diverse procedee şi poate fi utilizat ca îngrăşământ agricol sau după caz este transportat la rampa de gunoi şi haldat sau incinerat sau supus pirolizei. Utilizarea ca îngrăşământ oricum nu se face direct, ci mai întâi 

trebuie supus unui proces de "condiţionare" ce poate cuprinde dezinfecţie, adăugare de săruri de aluminiu şi fier, var, cenuşă, materiale de floculare apoi deshidratare prin presă sau centrifugă....

În ultimul timp în apele uzate ajung tot mai multe metale grele şi alţi poluanţi care fac ca nămolul să fie toxic şi neadecvat utilizării ca îngrăşământ. În Germania de exemplu doar circa 40% poate fi utilizat în agricultură.... Alternative sunt folosirea lui ca materie primă la cărămizi speciale şi alte materiale de construcţii. O practică larg răspândită în trecut şi din fericire abandonată după îndelungi scandaluri a fost deversarea în ocean a nămolului provenit din staţii de epurare a apelor.

· Metode speciale de epurare a apelor - osmoza inversa

Osmoza a fost descoperită în 1748 iar osmoza inversă mult mai târziu, dar cu vaste aplicaţii. Ea produce apă curată, chiar prea "curată" (demineralizată) şi se poate folosi pentru epurarea apelor uzate , preparare de apă potabilă, dar şi în alte scopuri ( producerea gheţii, aplicaţii biomedicale şi de laborator, în fotografie, industria farmaceutică, cosmetică, electronică şi electrotehnică, zootehnie, medicină pentru hemodializă, dedurizarea apei pentru centralele termice etc.).

Principiul de funcţionare al procedeului este o membrană semi-permeabilă prin care apa trece foarte uşor dar alte substanţe mai puţin sau deloc din cauza mărimii moleculei. Punând în contact două mase de apă cu concentraţii diferite de diverse substanţe, separate prin membrană, la osmoza normală apa va tinde să traverseze membrana de la soluţia mai diluată către cea mai concentrată până la egalarea concentraţiilor. Dar dacă pe soluţia mai concentrată se aplică o presiune mare, peste nivelul celei osmotice produsă de diferenţa de concentraţie, procesul este invers şi apa trece din soluţia concentrată spre cea diluată, cu alte cuvinte de la cea poluată spre cea purificată.

Stratul de soluţie concentrată care se formează pe suprafaţa membranei trebuie îndepărtat periodic pentru a preveni astuparea microporilor prin care trec moleculele de apă. În acest sens se poate utiliza un pre-filtru cu carbon activ pentru reţinerea clorului care poate distruge membrana şi a unui pre-filtru pentru sedimente care să reţină suspensiile fine. Dedurizarea prealabilă a apei e necesară dacă e foarte dură.

· Latrinele nu sunt o adevărată rezolvare a problemelor apelor uzate. Multe sunt doar nişte gropi în pământ de unde dejecţiile se infiltrează în sol şi îl contaminează cu multiple substanţe. Corect ele ar trebui să aibă bazinele betonate şi să fie vidanjate periodic iar dejecţiile să fie transportate la staţia de epurare.

· Injectarea profundă - o alternativă la epurare?

O soluţie mai puţin ecologică în locul tratării în staţii de epurare sau alte metode este injectarea profundă a apelor uzate, în zone şi adâncimi unde nu contaminează surse de apă subterană în 

uz curent sau cunoscute. În funcţie de natura poluantului, unele sperăm să îşi modifice sau reducă conţinutul de poluanţi, dar la majoritatea se speră doar să nu ne deranjeze în următoarele secole sau chiar milenii, ceea ce nu este deloc o abordare durabilă, dar se practică, la fel ca depozitarea deşeurilor nucleare puternic radioactive.

Injectarea se face la adâncimi de regulă de 500-2000 metri, cu extreme de la câteva sute de metri până la peste 4000 de metri. Depinde şi de tipul de rocă / formaţiune geologică în care se injectează, de regulă nisip, gresie, dolomit sau calcare. Debitul şi presiunea sunt şi ele variabile, iar tipurile de ape uzate care se injectează sunt de regulă ape grav contaminate şi foarte greu de epurat sau în cantităţi foarte mari. Categorii de ape uzate injectate profund: ape uzate comunale şi industriale, ape sărate de la exploatări petroliere, ape utilizate la minerit prin solvire a diverselor minerale (clorură de sodiu, potasiu, fosfaţi, uraniu, cupru etc.), ape utilizate în procedeul de ardere in situ a combustibililor fosili (cărbune, şisturi bituminoase...), producere de energie electrică pe baza celei geotermale; ape radioactive sau încărcate cu substanţe de înaltă toxicitate din industria farmaceutică, chimică etc.; ape de răcire; ape meteorice colectate de canalizări municipale şi alte structuri. Se practică ţi reinjectare de ape ne sau puţin uzate din raţiuni hidrogeologice, cum sunt reîncărcarea acviferelor, injecţii de barare a intruziuni apei sărate în acvifer, injecţii de solide sub formă de suspensie înapoi în golurile de unde au fost extrase ex. steril înapoi în mine. În SUA, cel mai frecvent au fost injectate ape uzate de provenienţă din industria chimică, farmaceutică şi petrochimică (55%), rafinării şi industrie extractivă de gaze naturale (20%), industria metalurgică (7%).

Epurarea aerului

Agentii industriali au de ales dintre 9 tehnici de depoluare, dar ei sunt adesea indrumati spre aplicarea in acelasi timp a mai multor tehnici, pentru a obtine o mai buna eficacitate si o mai buna rentabilitate.

Tehnici mecanice - constau, in principiu, in a determina precipitarea particulelor mai mari de 10 μm, prezente in gaze, carora li se aplica forte de gravitatie (incinta de decantare, sacul de praf) si forte de inertie (separator cu obstacole) sau forte centrifugale (ciclon, multiciclon).

Tehnici electrice - au fost dezvoltate pentru a elimina praful fin, dar a inceput sa se ia in considerare utilizarea lor si pentru inlaturarea compusilor organici volatili. Ele fac sa tranziteze la viteza mica (de ordinul a 1 m/s), gazele din care s-au inlaturat particulele de praf (desprafuire), intre electrozii de emisie, alimentati la inalta tensiune (40...110 kV) si electrozii colectori legati la pamant. Generand ioni negativi, electrozii de emisie ionizeaza gazul in vecinatatea acestora. Efectul corona care rezulta, antreneaza incarcarea electrica a particulelor. Acestea se vor descarca sub actiunea electrozilor colectori. Ele adera sub efectul fortelor electrice si datorita atractiilor moleculare inainte de a fi separate, urmand ca apoi sa fie recuperate.

Tehnici in strat poros - sunt utilizate pentru desprafuire. Principala lor caracteristica tine cont de faptul ca primele particule de praf se opresc pe un suport de filtrare, urmate si de celelalte particule. 

Trebuie ca, periodic, acest suport sa fie debarasat de o parte din praf, evitand insa golirea completa. Ca suport, sunt utilizati deseori saci textili si, in unele cazuri, straturi de nisip sau filtre ceramice.

Tehnici hidraulice - recurg la utilizarea apei numai cand se aditioneaza reactivi, pentru a capta poluantii sub forma de particule si/sau sub forma gazoasa. Sunt utilizate in toate turnurile de spalare, in filtre umede cu pulverizare sau peliculare, in scrubere, rezultand insa o importanta pierdere de apa, care poate contine poluanti dizolvati (pulverizarea unei faze lichide dispersate).

Tehnici chimice - asigura eliminarea, neutralizarea sau transformarea poluantilor in stadiul de gaz sau aerosol.

O prima aplicatie binecunoscuta consta in desulfurarea gazelor de ardere prin procedee, fie umede (reactii cu lapte de var sau amoniac), fie uscate sau semiuscate (reactii cu var pulverizat). Alta aplicatie, care continua sa se dezvolte, este cea de denitrificare (denoxare) a gazelor de ardere, prin reducerea NOx cu ajutorul amoniacului.

Tehnici fizice – tin de proprietatea anumitor poluanti gazosi de a fi adsorbiti intr-un mod reversibil de corpuri, acesta dezvoltand o suprafata de activitate specifica (de exemplu 1000 m2/g).

Dupa adsorbtie, se poate continua procesul de adsorbtie, crescand temperatura. Ca adsorbanti se utilizeaza carbon activ de origine vegetala (carbon din nuca de cocos), de origine minerala (cocs de petrol) sau de origine sintetica (fibre textile carbonizate).

Tehnici catalitice - permit scaderea temperaturii la care, in mod normal, se opereaza pentru neutralizarea si oxidarea poluantilor. Se va evita, de asemenea, reincalzirea prea mare a gazelor tratate. Un exemplu in acest caz il reprezinta denoxarea gazelor de ardere.

Tehnici termice - sunt bine cunoscute in inlaturarea anumitor poluanti (este vorba de incinerare si post combustie). Ele au inceput sa fie aplicate la recuperarea poluantilor, fie volatili (cazul strippingului de amoniac din instalatiile cocsochimice in coloanele cu talere), fie condensabili sau congelabili (cazul criogeniei).

Tehnici biologice - se utilizeaza in anumite procese industriale din care rezulta compusi organici volatili ca de exemplu, epurarea biologica a aerului in statiile de tratare a apei, folosita in chimie si farmacie sau in stocajul solventilor. Prin aceste metode, microorganismele utilizeaza poluantii ca elemente nutritive transformandu-i in elemente simple. Aceste microorganisme sunt dispuse pe suporturi umede (biofiltre) sau in lichide de spalare (spalatori biologici). Li se asigura un timp de contact suficient, astfel incat poluantii sa fie eliminati.

Principalele procedee aplicate industrial

Desprafuirea. Daca exista un domeniu in care calitatea mediului ambiant sa fie simtitor ameliorata, atunci acesta este acela care se ocupa cu inlaturarea particulelor sedimentabile sau a particulelor de praf in suspensie. Aceasta evolutie favorabila se datoreaza procedeelor industriale bazate pe tehnici mecanice separative, electrice, in strat poros sau hidraulice. In cadrul procedeelor de 

desprafuire dintre cele mai performante (filtru cu saci, electrofiltre), numai anumite particule dintre cele mai fine pot fi inca emise in atmosfera.

Vehicularea poluantilor se face in functie de granulometria particulelor. Particulele pot contine compusi toxici, aflati in stare de vapori in gazele de ardere la temperatura mare, care condenseaza pe particulele fine de praf. Acest proces este valabil chiar si in cazul scaderii temperaturii, cum ar fi existenta sintezei anumitor compusi organici grei, precum dioxinele si furanii. Ideal ar fi fara indoiala, ca pe aceeasi etapa de emanatie, sa aiba loc mai multe desprafuiri in cascada, la temperatura descrescatoare, eliminand mai intai particulele grosiere de praf, inaintea condensarii metalelor grele.

Raman de pus la punct tehnologiile de desprafuire la temperatura inalta, de exemplu, prin filtre ceramice, in conditii economice acceptabile.

Denoxarea sau denitrificarea, consta in reducerea oxizilor de azot (NO si NO2). Acestia sunt redusi la stadiul de azot gazos prin reactie cu amoniacul. Distingem, in mod frecvent, doua familii de procedee:

 procedee catalitice S.C.R (din englezul Selective Catalytic Reduction ), care opereaza la temperaturi de circa 400 °C;

 procedee necatalitice S.N.C.R (din englezul Selectiv Non Catalytic Reduction ), care necesita pentru operare o temperatura inalta, de circa 10000C, rezultand o eficacitate mai ridicata.

Desulfurarea. De-a lungul mai multor ani de cercetari, prioritatea a avut-o desulfurarea, in acelasi timp cu preocuparile de desprafuire, vizand cu precadere desulfurarea combustibililor (gaze naturale, gaze de cocserie, combustibili lichizi), cat si desulfurarea gazelor industriale de combustie.

Procedeele de desulfurare fac apel la combinatia de tehnici chimice separative (neutralizare) sau fizice (adsorbtia cu carbon activ), pentru a fixa sau a izola SO2, combinate cu tehnici separative mecanice, electrice, in strat poros sau hidraulice, pentru a recupera intr-o forma manipulabila chiar si poluantii mai izolati.

Ansamblul unitatilor de desulfurare a gazelor de ardere este format, in marea majoritate a cazurilor (de exemplu in Germania, peste 90 %), din instalatii de spalare cu lapte de var, spalare in urma careia oxizii de sulf (SO2 si SO3) sunt eliminati, dupa oxidare, sub forma de gips (CaSO4 2H2O).

Reducerea poluantilor organici. Este vorba de un domeniu unde nu exista procedee industriale. Este cazul anumitor specii de poluanti prioritari pentru a fi eliminati, obtinandu-se astfel performantele dorite.

Reducerea compusilor organici volatili (COV). Ca si in cazul oxidului de azot, prezenta COV este motiv de ingrijorare pentru ecologisti. Pentru a raspunde doleantelor, tehnicile separative fizice pot fi utilizate pentru diminuarea emanatiilor COV in atmosfera.

Dintre aceste tehnici de reducere a COV, cele mai utilizate sunt:

 adsorbtia pe carbune activ, urmata de adsorbtia pentru recuperarea eventuala a COV si regenerarea carbunelui activ;

 absorbtia in prezenta unor uleiuri, a compusilor insolubili in apa;

 condensarea si separatia prin membrane, in cazul in care se doreste sa se recupereze numai anumiti solventi.

Reducerea dioxinelor si furanilor. Subiectul devine de actualitate. Dioxinele si furanii pot fi eliminati prin adsorbtie pe carbune activ. Metoda consta in aducerea carbunelui activ, fie in interiorul unui strat fluidizat, fie sub forma de pulbere in suspensie, in curentul de gaze.

SEPARAREA PARTICULELOR SOLIDE ANTRENATE IN CURENTII DE AER/GAZ

Separarea suspensiilor solide din gazele tehnologice se impune atat din punct de vedere ecologic, cat si economic, intrucat:

- evacuarea in atmosfera a suspensiilor solide impreuna cu gazele tehnologice polueaza mediul inconjurator;

- suspensiile solide contin elemente valoroase, astfel ca separarea si readucerea lor in circuitul de prelucrare are efecte economice benefice;

- valorificarea bioxidului de sulf din gazele tehnologice sub forma de acid sulfuric, se realizeaza nesatisfacator atunci cand suspensiile solide din gaze nu sunt indepartate.

Epurarea mecanica

Epurarea mecanica, bazata pe procese fizico-mecanice, vizeaza in special separarea particulelor antrenate in curentii de aer si gaz. 

In prezent sunt cunoscute doua cai principale de realizare a epurarii mecanice: 

- epurarea uscata;

- epurarea umeda.

Epurarea uscata

Epurarea uscata se bazeaza pe generarea si utilizarea unor forte speciale active mari, care actionand asupra particulelor, provoaca decantarea (separarea) acestora din curentul de aer sau gaz. Exista doua categorii de forte active ce pot fi utilizate:

- forta gravitationala;

- forta centrifuga.

Decantarea bazata pe utilizarea fortei gravitationale

Epurarea pe baza fortei gravitationale constituie principiul de functionare al camerelor si conductelor de desprafuire folosite, de regula, la procesarea emisiilor poluante care contin particule solide mari (100 – 200 m). In prezent, acest procedeu este tot mai rar folosit, recomandandu-se mai ales daca se pune si problema racirii gazului evacuat din instalatia/agregatul tehnologic. 

Separarea se bazeaza pe faptul ca miscarea particulei ce trebuie sa decanteze este rezultanta a doua viteze: viteza de coborare-plutire a particulei -wc (determinata de forte precum greutatea particulei, forta arhimedica si rezistenta mediului) si viteza curentului de gaz- wg (fig. 1).

              Decantarea bazata pe utilizarea fortei centrifugale

La miscarea de rotatie sau curbilinie a curentului de gaz, in afara de fortele mentionate la cazul anterior, directia de deplasare a particulei este influentata si de forta centrifuga. Sub actiunea acesteia, particula din praf tinde sa paraseasca curentul initial de poluant. Pe un astfel de proces se bazeaza functionarea unor instalatii de epurare uscata a gazelor tehnologice impurificate cu particule de praf.

Decantarea bazata pe utilizarea fortelor generate la suflarea verticala a curentului de gaz

Un asemenea proces este intalnit la instalatia de epurare uscata, filtru cu saci/ saci de praf.

Curentul initial de gaz poluant se insufla vertical printr-o conducta centrala cilindrica sau tronconica. Decantarea se produce datorita intoarcerii curentului cu 180° fata de directia initiala de deplasare, in timp ce particulele solide isi continua traiectoria. Gazul epurat este evacuat la partea superioara, iar particulele decanteaza la partea inferioara.

Astfel de instalatii sunt utilizate pentru separarea particulelor grosiere (cu dimensiuni peste 25 m) la un randament al epurarii de 65 - 80%.

Decantarea bazata pe utilizarea fortelor inertiale cu ajutorul deflectoarelor

Functionarea instalatiei numite epurator cu deflectoare (fig. 3) se bazeaza pe urmatorul mecanism: la intalnirea unei suprafete solide, gazul purtator si particulele solide se comporta diferit, gazul ocoleste suprafata iar particula (solida sau sub forma de picatura) avand o inertie mai mare, se izbeste de aceasta si decanteaza prin prelingere in jos.

Decantarea bazata pe folosirea jaluzelelor pentru obtinerea fortelor inertiale

O alta posibilitate de obtinere a fortelor inertiale se aplica la instalatia numita epurator cu jaluzele (fig. 4) cand epurarea are loc  la intalnirea gazului impurificat cu reteaua de jaluzele. Componenta gazoasa (cu inertie mica) poate ocoli obstacolele si se evacueaza ca gaz epurat in timp ce 

particulele solide sau lichide care au inertie mai mare isi continua traiectoria, formand un amestec imbogatit in componenta solida (evacuat in directie ascendenta catre un epurator secundar).

Decantarea bazata pe folosirea fortelor centrifugale in instalatii de tip ciclon

Cu ajutorul cicloanelor (fig. 5) se pot decanta particule (solide sau lichide) cu dimensiuni de la 5 m. Forta centrifuga care actioneaza asupra particulelor cu inertie mare determina separarea acestora.

Poluantul gazos este introdus in partea cilindrica a ciclonului printr-o conducta orizontala tangentiala la circumferinta cilindrului. Partea inferioara a ciclonului are forma tronconica. Conducta de acces a poluantului are sectiune dreptunghiulara. Gazul epurat este evacuat pe la partea superioara printr-o conducta cilindrica montata coaxial cu cilindrul ciclonului. Dupa intrare in incinta ciclonului, poluantul se deplaseaza de sus in jos, iar sub actiunea fortelor centrifugale, provocate de introducerea tangentiala a poluantului, se formeaza asa numitele „vartejuri exterioare”, prin care particulele de praf sunt proiectate pe peretii aparatului, de pe care se preling in jos. In urma ciocnirii de pereti, gazul din care s-au separat particulele este supus unei miscari turbionare ascendente - „vartejuri interioare” fortindu-ise deplasarea prin conducta de evacuare.

Eficienta epurarii uscate

Din punct de vedere ecologic, eficienta desprafuirii uscate se apreciaza cu ajutorul concentratiei particulelor remanente in mediu de gazul epurat, (in g/m3 sau %). Valoarea acesteia trebuie comparata cu valorile admisibile pentru evacuarea poluantilor in mediu si trebuie evaluata in functie de posibilul impact al particulelor remanente in gazul evacuat asupra mediului.

Epurarea umeda

Mecanismul decantarii umede

Principiul clasic al epurarii umede se bazeaza pe faptul ca, la contactul dintre particula de poluant si picaturi sau suprafete de apa, sub actiunea unuia sau mai multor factori fizici (socuri date de fortele inertiale, miscarea browniana, difuzia turbulenta etc.), particulele se umecteaza, "se scufunda" prin absorbtie in masa lichida si impreuna cu aceasta se separa/decanteaza din curentul gazos initial. Acest mecanism se desfasoara in instalatii conventionale, la epurarea umeda a particulelor relativ mari (peste 3 m). 

Decantarea particulelor mai mici (si indeosebi a celor rezultate prin condensarea produselor reactiilor chimice) prin mecanismul descris mai inainte are eficienta scazuta, deoarece:

- particulele mici (solide sau lichide), avand inertie mica, sunt transportate de curentul gazos prin ocolirea picaturilor sau suprafetelor de apa epuratoare, fara ciocnire intre ele;

- intre particule si suprafata de apei epuratoare exista permanent un strat gazos care nu poate fi penetrat de particula de dimensiuni mici.

Pentru a elimina astfel de inconveniente, noile tehnologii de epurare umeda se bazeaza pe folosirea curentilor turbionari de apa, care prin pulverizare asigura contactul particula - apa epuratoare.

In comparatie cu epurarea uscata, epurarea umeda prezinta unele avantaje:

- posibilitatea epurarii gazelor care au temperatura ridicata;- utilizarea instalatiilor de dimensiuni relativ mici;- reducerea pericolelor de explozie si incendii, induse de posibila aprindere a 

amestecurilor uscate;- posibilitatea separarii particulelor solide din emisiile poluante care contin umiditate sau 

substante cu capacitate mare de adeziune;In comparatie cu epurarea uscata, epurarea umeda prezinta unele dezavantaje:

- inrautatirea conditiilor de dispersare in atmosfera a gazului evacuat;- necesitatea procesarii in continuare a unor cantitati mari de namoluri;- necesitatea utilizarii unor materiale speciale (anticorozive etc.) la epurarea gazelor 

agresive din punct de vedere chimic;- inregistrarea unor consumuri mari de apa.Epurarea umeda are la baza fenomene de umectare, adica de raspandire a unui lichid pe o 

suprafata solida, masura capacitatii de umectare fiind unghiul  (la umectare totala, 0), fig. 6:

In functie de capacitatea de umectare, solidele se impart in liofile, (umectare maxima) si liofobe. Randamentul proceselor de epurare umeda poate fi marit prin adaosuri tensoactive. 

Mecanismele care stau la baza procedeelor de epurare umeda sunt urmatoarele:

- la patrunderea curentul initial de emisie poluanta are loc ciocnirea cu suprafata de apa creata pentru epurare iar particulele sunt antrenate de apa si parasesc sistemul. Pe baza unui astfel de mecanism functioneaza instalatiile de desprafuire de tipul scruberelor si epuratoarelor cu turbulenta sau cu soc;

- la patrunderea curentul initial, emisia gazoasa poluanta vine in contact cu suprafata sau umplutura umeda creata pentru epurare. Particulele sunt captate de umezeala suprafetei/umpluturii si parasesc spatiul de lucru. Un asemenea mecanism este caracteristic pentru cicloanele umede si scruberele cu umplutura;

- in conturul volumului de apa, curentul de poluant este divizat in minibule, in interiorul carora se afla particulele de decantat. Aceste bule sunt antrenate apoi de jetul de apa care este evacuat in exterior. Pe baza acestui mecanism functioneaza instalatiile cu barbotare si instalatiile cu spumare.

In anumite cazuri este posibila combinarea procedeelor mentionate anterior.

Rezultatul epurarii umede este formarea namolurilor/slamurilor. Acestea pot aparea si in urma fenomenelor de decantare a componentelor solide din apele industriale impurificate. 

Eficienta epurarii umede

Cel mai utilizat indicator pentru eficienta desprafuirii umede (generarii namolurilor) este consumul specific energetic raportat la 100 m3 de gaz. Practic intreaga energie este consumata pentru invingerea rezistentei hidraulice din interiorul instalatiei. Aceasta inseamna ca, la unul si acelasi consum energetic se obtine acelasi grad de epurare, indiferent de constructia instalatiei. Marirea acestui grad se constata cand aparatele de epurare lucreaza la o diferenta de presiune de peste 2500 Pa.

Epurarea prin filtrare a poluantilor gazosi

Mediul filtrant este o retea multistrat care este traversata de un material polidispers. Cel mai utilizat mediu filtrant este reprezentat de tesaturi din fibre (lana, bumbac, fibre ceramice, fibre sintetice), al caror diametru variaza de la cativa milimetrii la zeci de microni. In functie de lungimea fibrelor, ele pot fi continui: sub forma de filamente (cu lungimi de ordinul metrilor) sj scurte (de cativa centimetri). Un caz particular este reprezentat de tesaturile din celofibra. In anumite situatii se utilizeaza materiale filtrante netesute, presate pe baza de lana (fetru, pasla) sau fibre sintetice.

In marea majoritate a cazurilor, inclusiv in cazul particulelor de condensare chimica, dimensiunile particulelor ce trebuie decantate sunt de multe ori mai mici decat cele ale porilor filtrului. 

Particulele transportate de curentul gazos se pot comporta in mai multe feluri, functie de dimensiunile lor.

Particulele mari/grele, sub actiunea fortelor inertiale tind sa-si pastreze traiectoria initiala (sau au abateri mici), inving forjele date de viscozitatea gazului si pot ciocni fibra, ceea ce, in final, induce posibilitatea lipirii lor de filtru prin adeziune. In acelasi mod se comporta si conglomeratele rezultate in urma coagularii.

Mecanismul prezentat mai sus se numeste decantare directa si el determina in mare masura procesul de filtrare a curentilor gazosi prin tesaturile fine de fibre.

Particulele mici au forte inertiale practic nule iar ca rezultat, impreuna cu curentul de gaz, pot ocoli fibra. Uneori, exista posibilitatea reala ca, datorita miscarii browniene, o astfel de particula sa atinga fibra si sa se lipeasca de ea. In concluzie, particulele mici (sub 1 m), datorita inertiei reduse, urmaresc traiectoria curentului de gaz, ocolind fibrele. Probabilitatea ciocnirii fibrelor de catre asemenea particule este practic nula, mai ales daca diametrul fibrelor este relativ mare (cateva zeci de microni).

Deoarece in interiorul curentului gazos particulele sunt supuse ciocnirilor cu moleculele de gaz, acestea se pot abate de la traiectoriile lor initiale si se pot ciocni de fibrele filtrante (ca rezultat al miscarii browniene, atunci cand directia de deplasare a particulei este perpendiculara pe suprafata fibrei).

Consideratiile de mai sus sunt valabile pentru un filtru curat. Pe masura derularii procesului, dimensiunea porului filtrului se micsoreaza, fapt care determina accelerarea procesului de decantare. Dupa trecerea unei anumite cantitati de poluant, toti porii se acopera practic de un strat de particule, ceea ce inseamna ca in continuare filtrarea se face printr-o retea de canale realizata de particulele retinute anterior in filtru (stratul primar de particule care este direct legat de fibra filtrului). Prin umplerea porilor cu particule decantate, randamentul filtrarii creste. Dupa formarea stratului primar, practic, decantarea este rezultatul adeziunii particula - particula, motiv pentru care din acest moment mecanismul filtrarii nu mai este influentat de proprietatile fibrelor.

Pe masura ce decantarea avanseaza, diametrele porilor se reduc, creste grosimea stratului de particule retinute si drept consecinta creste rezistenta hidraulica a filtrantului, micsorindu-se debitului de gaz filtrant. 

In afara filtrelor cu material tesut, se pot utiliza filtre granulare, in care filtrarea se face printr-un multistrat de materiale granulare (de exemplu, cocs granular). Mecanismul consta in lipirea particulelor poluante de suprafetele granulelor filtrante. Modificarile scurte si dese ale traiectoriilor particulelor determina curgerea in regim turbulent, ceea ce intensifica fenomenul de coagulare, favorizand decantarea pe granule.

Mecanismul procesului de filtrare este influentat de prezenta incarcarii electrostatice a particulelor si fibrelor, adica in afara fortelor van der Waals, in procesul de filtrare intervenind si fortele electrostatice.

Marimea sarcinilor electrice de pe particule este mai mica decat cea a celor de pe fibre, mai ales cand acestea din urma sunt din materiale anorganice. Semnul si marimea sarcinilor depind de natura si de forma materialelor filtrante. Viteza de neutralizare a sarcinilor electrice este functie de conductibilitatea electrica a fibrelor si de umiditatea gazului purtator.

Pentru evitarea neajunsurilor induse de prezenta sarcinilor electrice (scantei, miniexplozii, dificultati la regenerarea filtrului) se recomanda: adaugarea in materialul filtrant a particulelor metalice care favorizeaza descarcarea electrica; utilizarea la confectionarea fibrelor a materialelor cu proprieti \

Epurarea electrica

Purificarea electrostatica este un procedeu perfectionat de separare a pulberilor din gazele tehnologice. Electrofiltrele reprezinta dispozitive utilizate pentru reducerea poluarii aerului prin indepartarea particulelor poluante la trecerea gazului printr-un camp electric. Datorita faptului ca fortele electrice actioneaza asupra particulelor si mai putin asupra gazului, pierderile de presiune sunt mult mai mici decat in cazul altor instalatii. 

Dupa cum este cunoscut, exista doua feluri de sarcini electrice, pozitive si negative. Corpurile incarcate cu sarcini de acelasi semn se resping, in timp ce corpurile cu sarcini diferite, se atrag. La electrizarea prin frecare a doua corpuri, unul dintre ele dobandeste sarcini pozitive, iar celalalt negative. Incarcarea pozitiva a primului corp este egala cu cea negativa a celui de-al doilea, daca, inainte de electrizare, ele nu au fost supuse unei alte incarcari. Daca egalitatea intre suma sarcinilor pozitive si suma sarcinilor negative „se defecteaza", corpurile devin incarcate cu semne contrarii. Sarcinile electrice nu „apar" si nu „dispar"; ele trec doar de la un corp la altul sau se deplaseaza in interiorul corpului, astfel incat intr-o zona se constata un surplus de sarcini pozitive, iar in cealalta, de sarcini negative. Proiectarea si exploatarea electrofiltrelor presupune cunoasterea fenomenelor electrice in sistemul gaz - particule.

Daca un gaz care contine sarcini libere (electroni si ioni) este dispus intre doi electrozi, unul metalic de forma cilindrica iar celalalt asemenea unui conductor liniar legat la o sursa de tensiune 

generatoare de camp electric (care in conditiile mentionate este neomogen, fig. 7.), atunci sarcinile electrice, prin deplasare de-a lungul liniilor de forta ale campului, genereaza curenti electrici (electronic si ionic).

Eficienta epurarii electrice

In conditii reale, eficienta electroepurarii depinde de foarte multi factori:

- caracteristicile gazului purtator (compozitia chimica, temperatura, umiditatea, presiunea);

- caracteristicile particulelor (compozitia chimica, proprietati electrice, gradul de dispersie, concentratia in gazul purtator);

- grosimea stratului de particule depuse pe electrozi;

- parametri electrici ai instalatiei (tensiunea de alimentare, intensitatea curentului, densitatea campului electric);

- viteza curentului de gaz si caracterul repartitiei particulelor pe sectiunea aparatului.

Marirea temperaturii gazului purtator micsoreaza tensiunea pe electrodul Coronna, temperatura poate determina si micsorarea stratului de particule depuse pe electrodul de decantare. Influenta umiditatii gazului asupra tensiunii in instalatie este opusa celei exercitate de temperatura: marirea umiditatii poate determina marirea tensiunii de strapungere si, in plus, influenteaza pozitiv dinamica stratului depus pe electrodul de decantare. Tensiunea de alimentare depinde, de asemenea de compozitia chimica gazului. In particular, este vorba de influenta gazelor (sau adaosurilor) electronegative. Exista, de asemenea, posibilitatea ca anumite gaze tensioactive (SO3) adsorbite de stratul de particule decantat sa influenteze pozitiv dinamica comportarii acestora. Marirea presiunii gazului in electrofiltru ofera posibilitatea functionarii la intensitati ale campului electric mai ridicate (spre deosebire de cresterea temperaturii). Aceasta inseamna ca fenomenul Coronna poate aparea la tensiuni mai mici, favorizandu-se astfel aparitia ministrapungerilor. 

Dimensiunile particulelor influenteaza marimea sarcinilor electrice cu care se incarca si viteza de deplasare. Aceste doua caracteristici au valori mai ridicate la particulele mai mari, din care cauza se poate afirma ca eficacitatea epurarii este mai buna in cazul lor. Compozitia chimica a particulelor poate actiona asupra proceselor, in special, prin rezistivitatea electrica 

Pentru marirea eficientei electrofiltrelor destinate epurarii poluantilor cu rezistivitatea electrica mare (PbO, ZnO, PbS etc.) de multe ori se apeleaza la racirea gazului prin pulverizare de apa (se micsoreaza temperatura si creste umiditatea ceea ce determina scaderea a rezistivitatii electrice a particulelor de praf, respectiv a stratului de praf prin faptul ca moleculele de apa adsorbite pe suprafata particulelor maresc practic aria de conductie/de traversare a suprafetei particulei de catre sarcinile electrice). Influenta umiditatii este mai evidenta la temperaturi joase. 

Temperatura afecteaza negativ caderea de tensiune in electrofiltru. Prezenta in strat a substantelor electronegative (SO2, SO3, CI, CO2, H2Ovapori) permite cresterea temperaturii de exploatare a instalatiei la temperaturi de 700 – 900 0C. Prezenta substantelor electronegative (cu capacitate mare de captare a electronilor liberi) permite „decantarea" electronilor pe ioni, ceea ce determina micsorarea mobilitatii acestora ca purtatori de sarcina. 

- adsorbtia, care poate fi: pe carbon activ in picaturi, pe strat de carbon, pe zeoliti, pe gel de siliciu, pe polimeri si alti adsorbanti.

- absorbtia, ce se poate aplica solutiilor apoase, uleiului sau altor absorbanti. 

Poluarea solului

Poluarea poate veni din surse difuze (dispersate) sau punctuale, adica

localizate si concentrate. Poluantii solurilor sunt extrem de variati si depind de

originea poluarii.

Prin pozitia si caracteristicile sale, solul este de fapt locul de intalnire a tuturor

poluantilor din care cea mai mare parte vin pe calea aerului.

Substantele toxice din atmosfera cad pe sol si patrund direct sau odata cu

precipitatiile care au ca efect poluarea solului, evidentiata prin reducerea productiei

de biomasa, contaminarea produselor agricole sau chiar distrugerea ecosistemelor.

Industrializarea si producerea de energie creeaza o problema de mare

ingrijorare in unele zone ale lumii- ploile acide Ploile acide au ca efect asupra

solului, pe de o parte, spalarea acestuia de elemente nutritive, iar pe de alta parte,

reducerea pH-ului, acidifierea.

Prezenta unui poluant in sol nu este periculoasa in sine. Putem vorbi de un risc de

poluare atunci cand acest poluant poate interfera cu mediului : fauna,flora si om.

1.1. Procedura depoluarii

Pentru a remedia o zona poluata, sunt mai multe trepte de urmarit:

Masura de urgenta ( misorarea pericolului imediat)

Diagnostic: studiu geologic si hidrologic, istoricul activitatilor ariei, cartare

si analiza

Evaluarea riscurilor

Determinare a obiectivelor si mijloacelor depoluarii

Lucrari de depoluare in sine

Monitorizare si restrictii asupra folosirii terenului

1.2. Metode de depoluare fizico-chimice

Aceste metode sunt in general evitate, fiindca genereaza costuri enorme de

implementare. Insa, au avantajul de a rezolva problema repede si pot fi o solutie

atunci cand termenul este mai critic decat bugetul depoluarii.

Metoda prin excavare:

Se extrage pamant poluat pentru a fi tratat si apoi, se pune la loc.

Pamanatul contaminat este excavat si transportat la o statie de epurare, unde

se folosesc procedee de extractie a poluantilor ca flotatia, spalarea, biodegradarea.

Poluantii extrasi din solul supus tratarii trebuie distrusi prin diverse metode

chimice, termice sau biologice.

Aceasta metoda este extrem de scumpa datorita transportului si stocarii.

Metoda de flotatie:

Solul contaminat este excavat si transportat la statia de epurare, apoi

pamantul este supus unor operatii de maruntire si clasare inainte de a fi supus

flotatiei. I se adauga apa la o dilutie de cca. 3/1, deci implica un volum mare de

apa. In continuare se adauga reactivi chimici modificatori de mediu si spumanti

care au rolul de a asigura selectivitatea procesului de flotatie si respectiv realizarea

unei spume pentru prelungirea duratei de existenta a bulelor de aer. Bulele de aer

introduse in celula de flotatie au rolul de a se atasa de particulele hidrofobe si a le

transporta la suprafata suspensiei, in spuma, sub actiunea fortei ascensionale.

Dupa extragerea poluantilor acestia trebuie distrusi sau anihilati prin diverse

procedee fizico-chimice. Metalele grele si substantele grele pot fi eliminate cu

succes din sol prin procedeul flotatiei.

Spalarea solurilor cu apa

Acest procedeu se bazeaza pe transferul poluantilor din sol in apa prin

solubilizarea, adsorbtia acestora de catre lichidul cu care vin in contact.

Tehnologiile de spalare a solului poluat excavat constau in operatii de maruntire

a solului, spalarea acestuia pe ciururi, flotatie, desecarea solului epurat, separarea

poluantilor.

Spalarea solurilor poluate direct la locul contaminat, adica „ in situ” , este

aplicata cu succes daca solul prezinta caracteristicile necesare, permeabilitatea

fiind cel mai important factor in acest caz.

Fenomenul de transfer al poluantilor din sol in apa se produce prin utilizarea unei

infiltratii in solul poluat si colectarea, cu ajutorul unei pompe a apei poluate.

Exista si alte variante de spalare a solurilor ce constau fie in utilizarea apei calde

si a aburului fie prin injectarea apei la presiuni ridicate de nivelul a 0.5*103 bari.

Spalarea fizico- chimica cu apa este destinata solurilor poluate de metale grele

si uleuri minerale. Apa va fi apoi depoluata la randul ei si refolosita. Uzina

functioneaza ca o bucla inchisa.

Spalare cu solventi

Spalarea este indicata in poluarea cu produse de hidrocarburi grele tip

gudron si pesticide. In general se procedeaza « hors-site » sau pe o platforma

multimodala prevazuta pentru depoluarea solurilor poluate. Pamantul este excavat

si spalat cu un solvent de extragere. Poluantul este separat prin distilare. Solventii

care au incarcat solul, se extrag din el prin incalzire. Solventul este readus in faza

lichida pentru a fi din nou folosit. Poluantii sunt recuperati si stocati.

              Metoda extractiei poluantilor cu ajutorul curentilor de aer

Se utilizeaza pentru epurarea solurilor contaminate cu compusi organici volatili

(COV). Eficienta procedeului depinde de continutul de coloizi si de umiditatea din

sol.

Procedeul este asemanator spalarii solurilor, in sensul ca aerul patrunde in sol

sub actiunea presiunii atmosferice si este apoi vehiculat prin sol in directia putului

de aspiratie. Aerul poluat extras din sol este supus in continuare epurarii la o statie

de tratare.

Extractia poluantilor cu ajutorul curentilor de aer se poate realiza si prin

introducerea aerului sub presiune, existand mai multe variante aplicate in

Germania, Franta si SUA.

Procedee de depoluare a solurilor pe cale chimica

Procedeele chimice de epurare se bazeaza pe eliminarea poluantilor din sol sau

anihilarea caracterului toxic prin reacti de oxido-reducere si de schimb.

Metoda extractiei poluantilor prin solubilizare

Procedeul se realizeaza cu ajutorul solventilor organici, a bazelor sau a acizilor

si se aplica cu suces pe plan international.

Poluantii ce pot fi extrasi astfel sunt pesticidele, hidrocarburile aromatice,

policiclice si hidrocarburile grele.

Extractia cu ajutorul acizilor si bazelor poate fi realizata si direct prin

introducerea solutiei in solul contaminat. Astfel pot fi extrase metalele grele si

respectiv cianurile, aminele, fenolii etc.

Decontaminarea se realizeaza frecvent prin utilizarea acidului clorhidric,

acidului sulfuric si acidului azotic si respectiv a hidroxidului de sodiu.

Metoda oxido-reducerii

Oxidarea poluantilor din sol se bazeaza pe distrugerea sau alterarea structurii

acestora astfel incat sa poata fi eliminate ulterior prin alte procedee.

Reducerea poluantilor organici are loc prin reactii , de obicei cu metale, in urma

carora rezulta produsi de reactie netoxici.

Metoda depoluari prin reactii de schimb

Procedeul este aplicat pentru tratarea poluantilor clorurati, avand drept obiectiv

inlocuirea ionuli Cl- prin OH- , utilizand hidroxizi de tipul NaOH sau KOH.

Instalatia de tratare cuprinde reactoare in care se introduc solul poluat si reactivul

si colane de tratare a gazului rezultat din reactie.

Depoluarea solului prin procedee electrocinetice

Aceste procedee se bazeaza pe transportul particulelor fine si coloidale sub

actiunea campului electric generat in zona contaminata, putamd fi aplicate in situ.

Una din aplicatiile importante ale depoluarii prin procedee electrocinetice este

eliminarea unor metale foarte toxice precum mercurul.

Electroosmoza

Solul constituie in acest caz stratul poros prin care se deplaseaza lichidul sub

actiunea campului electric. Deplasarea lichidului spre unul din electrozi depinde de

caracteristicile acestuia.

Cu ajutorul electroosmozei pot fi eliminate din sol substantele chimice organice

cum ar fi benzenul, toluenul si xilenul, toate trei fiind colectate la catod. Pentru

aplicarea electroosmozei in scopul epurarii in situ a solurilor trebuie efectuate

foraje in sol in care se plaseaza electrozii alimentati de la o sursa de curent

continuu.

Acest procedeu consta in introducerea apei in sol, in zona anozilor si sub

influenta campului electric apa va migra spre catozi. Substantele poluante care

contamineaza solul sunt spalate si antrenate in zona catodului de unde sunt

evacuate prin pompare.

Avantajul procedeului consta in faptul ca pot fi controlate directia si sensul

curgerii apei si in plus are si un consum energetic redus.

Electroforeza

Acest procedeu este aplicat in scopul eliminarii particulelor foarte fine,

coloidale de poluanti din sol.

Prin dispunerea unor electrozi in sol, alimentati de la sursa de tensiune continua

se creaza un camp electric in zona aflata intre cele doua perechi de electrozi, anozi

si catozi, iar particulelor coloidale incarcate cu sarcina electrica vor migra spre

electrodul cu polaritate de semn opus.

Procedee termice

Tehnica este aplicabila componentilor usori care pot fi transformati in apa si

dioxid de carbon, precum hidrocarburile. Eliminarea compusilor organici volatili

din soluri poate fi realizata si printr-o incalzire rapida a solurilor contaminate pana

la 500o C , in cuptoarele rotative. Gazele care ies sunt retratate pentru ca pot

contine componente de sulf sau NOx toxice.

Desorbtia termica

Procesul de adsortie/desorbtie este influentat de suprafata particulelor si marimea

microporilor. Pierderea poluantului prin incalzire variaza aproape liniar cu

temperatura.

Majoritatea poluantilor sunt eliminati prin desorbtie termica in intervalul de

temperatura cuprins intre 300 o C si 500oC, cu durata de tratare termica de cca. 25

sec. Dupa racire solul este apt de a fi redat utiliozarii agricole.

Incinerarea poluantilor din sol

Arderea poluantilor, ca mijloc de depoluare a solurilor contaminate este un

procedeu mai scump decat desorbtia deoarece temperaturile de lucru depasesc

1000oC pentru a asigura distrugerea poluantului organic si obtinerea produselor

finale ale degradarii sub forma CO2 si H2O.

In cazul poluarii solului cu produse policlocurate de bifenili la arderea acestora

apar aceleasi probleme ca la arderea reziduurilor menajere: dioxinele si furanii.

Instalatia de incinerare a solurilor trebuie prevazuta cu coloane de denoxare si

electrofiltre pentru retinerea metalelor grele, similare cu cele realizate la epurarea

gazelor de ardere a reziduurilor menajere.Pierderea poluantilor prin ardere este

insotita de distrugerea compusilor organici ai solului astfel ca dupa decontaminare

solul nu mai este apt pentru utilizari agricole.

Depoluare prin metode biotehnologice

1.3. Folosirea bacteriilor pentru depoluari

Se stie de mult timp ca microorganismele si mai ales bacteriile au capacitatea impresionanta de tratare a substantelor.

Astazi, bacteriile degradeaza fenolul, hidrocarburile, pesticidele, contribuie la eliminarea arsenicului si a metalelor grele. Alte perspective se vor deschide pentru reducerea impactului de CO2. Astfel, hidrocarburile extrase prin foraj sunt contaminate de CO2 si H2S care trebuie separate prin tehnici costisitoare.

Solul adaposteste cantitati fenomenale de microorganisme. Fiecare gram de sol

poate contine mii de specii microbiene: bacterii, ciuperci, alge. Doar 5% sunt

cunoscute si pot fi izolate si cultivate in laborator. Aceasta biomasa, care se gaseste

ca atare pana la 500 m de adancime, poate fi considerata precum o imensa masina

de spalat biologica si naturala, capabila de a trata si de a recicla, chiar de a elimina

elementele nedorite sau periculoase, precum hidrocarburile sau metalele grele.

Folosind activitatea unor bacterii, este posibil reducerea caracterului periculos al

metalelor prin fixare sau, in opozitie, a facilita recuperarea lor.

Pentru a acoperi nevoile energetice, aceste bacterii vor lua drept hrana,

compusi organici, minerali sau lumina, pornind astfel procesul de biodegradare. In

stare naturala, aceste microorganisme vor reduce impactul poluarii intr-un timp

destul de lung. Aici, intervine mana omului astfel incat putem accelera procesul de

reabilitarea a terenului.

Cercetarile au condus la implementarea tratarii cromului si arsenicului:

bacteriile modifica starea de oxidare a metalului precum cromul, care trece din

starea Crom 6 poluant solubil, periculos pentru sanatate si cancerigen, la starea

Crom 3 putin solubil, putin toxic si chiar la doze mici, necesar sanatatii.

Problematica arsenicului se aseamana: se pot folosi procese bacteriene care

transforma Arsenic 3 care este o forma toxica al metalului, la Arsenic 5, care se

mai gaseste sub forma naturala si care este mai putin periculos. 

Nu numai bacteriile pot fi folosite pentru depoluarea solurilor: sunt si alte

microorganisme precum drojdie sau archaeas. Pot trai in conditii extreme de

temperatura si presiune si s-a dovedit ca pot transforma moleculele.

                   

  Fito-remedierea se clasifica in 2 categorii:

Remedierea activa care distruge propriu- zis poluarea

Remedierea pasiva care nu face decat sa o stabilizeze

    Tehnicile de depoluare cu plante sunt de 4 tipuri:

Fito-stabilizare

Fito-extractie

Rizo-degradare

Fito-volatilizare

Fito-stabilizare

Fito-stabilizarea este o tehnica ce foloseste plantele cu radacini dezvoltate astfel

incat se reduce mobilitatea poluantilor continuti in sol.

SURSE REGENERABILE DE ENERGIE

Energia regenerabilă se referă la forme de energie produse prin transferul energetic al energiei rezultate din procese naturale regenerabile. Astfel, energia luminii solare, a vânturilor, a apelor curgătoare, a proceselor biologice şi a căldurii geotermale pot fi captate de către oameni utilizând diferite procedee. Sursele de energie ne-reînnoibile includ energia nucleară precum şi energia generată prin arderea combustibililor fosili, aşa cum ar fi ţiţeiul, cărbunele şi gazele naturale. Aceste resurse sunt, în chip evident, limitate la existenţa zăcămintelor respective şi sunt considerate în general ne-regenerabile. Dintre sursele regenerabile de energie fac parte:

energia eoliană energia solară energia apei

energia hidraulică energia mareelor

energia geotermică energie derivata din biomasa: biodiesel, bioetanol, biogas

Toate aceste forme de energie sunt valorificate pentru a servi la generarea curentului electric, apei calde, etc.Investiţiile globale anuale în energia regenerabilă au crescut în ultimii ani de la 39 de miliarde de dolari în 2005 la 55 de miliarde de dolari în 2006. Pentru anul 2007 investiţiile vor atinge un nivel de 100 miliarde dolari. Conform unei directive a Uniunii Europene, statele membre trebuie să amestece treptat combustibilul tradiţional utilizat în transport cu biocombustibil, astfel încât, până în 2010, biodieselul să reprezinte 5,75% din motorina de pe piaţă, urmând ca, în 2020, ponderea să creas că la 20%.

Energia eoliană este o sursă de energie regenerabilă generată din puterea vântului. La sfârşitul anului 2006, capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904 MW, acestea producând ceva mai mult de 1% din necesarul mondial de energie electrică.Deşi încă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ţărilor, producţia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori între 1999 şi 2006, ajungându-se ca, în unele ţări, ponderea energiei eoliene în consumul total de energie să fie semnificativ: Danemarca (23%), Spania (8%), Germania (6%).Vânturile se formează deorece soarele nu încălzeşte Pământul uniform, fapt care creează mişcări de aer. Energia cinetică din vânt poate fi folosită pentru a roti nişte turbine, care sunt capabile de a genera electricitate. Unele turbine pot produce 5 MW, deşi aceasta necesită o viteză a vântului de aproximativ 5,5 m/s, sau 20 de kilometri pe

oră. Puţine zone pe pământ au aceste viteze ale vântului, dar vânturi mai puternice se pot găsi la altitudini mai mari şi în zone oceanice. Energia eoliană este folosită extensiv în ziua de astăzi, şi turbine noi de vânt se construiesc în toată lumea, energia eoliană fiind sursa de energie cu cea mai rapidă creştere în ultimii ani.

Majoritatea turbinelor produc energie peste 25% din timp, acest procent crescând iarna, când vânturile sunt mai puternice.Se crede că potenţialul tehnic mondial al energiei eoliene poate să asigure de cinci ori mai multă energie decât este consumată acum. Acest nivel de exploatare ar necesita 12,7% din suprafaţă Pământul (excluzând oceanele) să fie acoperite de parcuri de turbine, presupunând că terenul ar fi acoperit cu 6 turbine mari de vânt pe kilometru pătrat. Aceste cifre nu iau în considerare îmbunătăţirea randamentului turbinelor şi a soluţiilor tehnice utilizate.

Avantaje

În contextul actual, caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de producerea energiei din arderea combustibililor fosili, devine din ce în ce mai importantă reducerea dependenţei de aceşti combustibili. Energia eoliană s-a dovedit deja a fi o soluţie foarte bună la problema energetică globală. Utilizarea resurselor regenerabile se adresează nu numai producerii de energie, dar prin modul particular de generare reformulează şi modelul de dezvoltare, prin descentralizarea surselor. Energia eoliană în special este printre formele de energie regenerabilă care se pretează aplicaţiilor la scară redusă.

Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanţe poluante şi gaze cu efect de seră, datorită faptului că nu se ard combustibili.

Nu se produc deşeuri. Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici unui fel de deşeuri.

Costuri reduse pe unitate de energie produsă. Costul energiei electrice produse în centralele eoliene moderne a scăzut substanţial în ultimii ani, ajungând în S.U.A. să fie chiar mai mici decât în cazul energiei generate din combustibili, chiar dacă nu se iau în considerare externalităţile negative inerente utilizării combustibililor clasici.

În 2004, preţul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime faţă de cel din anii 80, iar previziunile sunt de continuare a scăderii acestora, deoarece se pun în funcţiuni tot mai multe unităţi eoliene cu putere instalată de mai mulţi megawaţi.

Costuri reduse de scoatere din funcţiune. Spre deosebire de centralele nucleare, de exemplu, unde costurile de scoatere din funcţiune pot fi de

câteva ori mai mari decât costurile centralei, în cazul generatoarelor eoliene, costurile de scoatere din funcţiune, la capătul perioadei normale de funcţionare, sunt minime, acestea putând fi integral reciclate.

Dezavantaje

Principalele dezavantaje sunt resursa energetică relativ limitată, inconstanţa datorită variaţiei vitezei vântului şi numărului redus de amplasamente posibile. Puţine locuri pe Pământ oferă posibilitatea producerii a suficientă electricitate folosind energia vântului. La început, un important dezavantaj al producţiei de energie eoliană a fost preţul destul de mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor. În ultimii ani, însă, preţul de producţie pe unitate de energie electrică a scăzut drastic, ajungând, prin îmbunătăţirea parametrilor tehnici ai turbinelor, la cifre de ordinul 3-4 eurocenţi pe kilowatt oră. Un alt dezavantaj este şi "poluarea vizuală" - adică, au o apariţie neplăcută - şi de asemenea produc "poluare sonoră" (sunt prea gălăgioase). De asemenea, se afirmă că turbinele afectează mediul şi ecosistemele din împrejurimi, omorând păsări şi necesitând terenuri mari virane pentru instalarea lor. Argumente împotriva acestora sunt că turbinele moderne de vânt au o apariţie atractivă stilizată, că maşinile omoară mai multe păsări pe an decât turbinele şi că alte surse de energie, precum generarea de electricitate folosind cărbunele, sunt cu mult mai dăunătoare pentru mediu, deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră. Un alt dezavantaj este riscul mare de distrugere în cazul furtunilor, dacă viteza vântului depăşeşte limitele admise la proiectare. Oricât de mare ar fi limita admisă, întotdeauna există posibilitatea ca ea să fie depăşită.

Energie solară este energia emisă de Soare pe întreg domeniul radiaţiei sale electromagnetice. Energia solară este considerată energie regenerabilă şi stă la baza celor mai multe forme de energie de pe Pământ: energia hidraulică, energia eoliană, energia combustibililor etc.Energia solară poate fi folosită să:

genereze electricitate prin celule solare (fotovoltaice) genereze electricitate prin centrale termice solare (heliocentrale) încălzească clădiri, direct încălzească clădiri, prin pompe de căldură încălzească clădiri şi să producă apă caldă de consum prin panouri solare

termice Instalaţiile solare sunt de două tipuri: termice şi fotovoltaice.

Instalaţiile fotovoltaice produc energie electrică fără costuri de combustibil. Panourile solare fotovoltaice produc energie electrică 4 h/zi (calculul se face pe minim: orele de lumină iarna). Ziua, timp de 4 ore, (iarna 1,5 ore) aceste panouri solare produc energie electrică care poate fi stocată în acumulatori, pentru a fi folosită dealungul nopţii, la casele izolate, fără legatură la reţeaua electrică naţională. Comparativ cu puterea furnizată şi durata de viaţă, investiţia necesară în panourile fotovoltaice este mare. Panourile necesită spaţiu de instalare orientat convenabil, iar fără un sistem de stocare (care, la rândul său, necesită investiţii şi întreţinere) energia generată este disponibilă doar în miezul zilei, cand consumul e mic. Imaginea cea mai frecventa pe care o trezeste energia solara este aceea a panourilor de colectare instalate pe case,sisteme in care temperatura nu depaseste insa 100 grade celsius,cu o limitare considerabila a eficientei conversiunii.Exista sisteme care concentreaza radiatia la temperaturi de 300 si 500 grade celsius,iar la capatul acestei familii stau tunurile solare care au nevoie de arii vaste de heliostate ce focalizeaza pana la 5 MW de radiatie solara,temperatura fluidului din containere depasind 540 grade celsius.Exista o competitie intre generatorii termodinamici de putere,bazati pe energia solara,in care caldura colectata este convertita in energie mecanica sau electrica prin pistoane sau turbine si intre sistemele de convertire directa a radiatiei solare in electricitate de catre celule formate din cristale semiconductoare.Problema esentiala este aceea a costurilor.Productia de serie si perfectionarea continua au facut ca automobilul,o complicata concentrare de tehnologie,sa ajunga la un pret deosebit de scazut pentru o masina avansata amintesc legile de dezvoltarea ale oricarei tehnici. Vorbind de aplicatiile energiei solare,ne referim in primul rand la o lista de nevoi energetice,care in tarile in curs de dezvoltare,decurg din activitatile domestice,din pomparea apei pentru cerinte menajere si irigatii,din agricultura si operatii agricole cum ar fi uscarea semintelor sau refrigerarea,industria locala,transporturi,activitati sociale si comunitare care include pe cele sanitare.Nu este un lucru neinesmnat sa se vina in intampinarea acestor trebuinte,intrucat statisticile arata ca pregatirea alimentelor si agricultura sunt activitatile ce reprezinta peste 80% din consumul total de energie in zonele rurale ale tarilor in curs de dezvoltare.Energia solara promite o solutie pentru lichidarea decalajului intre tarile dezvoltate si tarile in curs de dezvoltare care se manifesta atat de sfasietor si in materie de energie.Un miliard de oameni din zona dezvoltata a lumii consuma 85% din energia mondiala,2 miliarde si jumatate-in Asia si intr-o parte a Americii Latine-consuma 15%,in timp ce un miliard din tarile cele mai ramase in urma din Africa si America Latina consuma 1% din totalul mondial.

Energia apei

A. Energia hidraulică reprezintă capacitatea unui sistem fizic (apa) de a efectua un lucru mecanic la trecerea dintr-o stare dată în altă stare (curgere). Datorită circuitului apei în natură întreţinut de energia Soarelui, este considerată o formă de energie regenerabilă. Energia hidraulică este de fapt o energie mecanică, formată din energia potenţială a apei dată de diferenţa de nivel între lacul de acumulare şi centrală, respectiv din energia cinetică a apei în mişcare.Exploatarea acestei energii se face curent în hidrocentrale, care transformă energia potenţială a apei în energie cinetică, pe care apoi o captează cu ajutorul unor turbine hidraulice care acţionează generatoare electrice care o transformă în energie electrică. Tot forme de energie hidraulică sunt considerate energia cinetică a valurilor şi mareelor.

Istoric Energia hidraulică a fost folosită încă din antichitate În India se foloseau roţile hdraulice la morile de apă. În

Imperiul Roman morile acţionate de apă produceau fâină şi erau folosite de asemenea la acţionarea gaterelor pentru tăierea lemnului şi a pietrei. Puterea unui torent de apă eliberată dintr-un rezervor a fost folosită la extracţia minereurilor, metodă descrisă încă de Pliniu cel Bătrân. Metoda a fost folosită pe

larg în evul mediu în Marea Britanie şi chiar mai târziu la extracţia minereurilor de plumb şi staniu. Metoda a evoluat în mineritul hidraulic, folosită în perioada goanei după aur din California. În China şi în extremul orient, roţi hidraulice cu cupe erau folosite la irigarea culturilor. În anii 1830, în perioada de vârf a canalelor, energia hidraulică era folosită la tractarea barjelor în sus şi în josul pantelor pronunţate. Energia mecanică necesară diverselor industrii a determinat amplasarea acestora lângă căderile de apă.

În zilele de azi utilizarea curentă a energiei hidraulice se face pentru producerea curentului electric, care este produs în acest caz co costuri relativ reduse, iar energia produsă poate fi utilizată relativ departe de surse.

Fenomene naturale      Din punct de vedere al hidrologiei, energia hidraulică

se manifestă prin forţa apei asupra malurilor râului şi a bancurilor. Aceste forţe sunt maxime în timpul inundaţiilor, datorită creşterii nivelului apelor. Aceste

forţe determină dislocarea sedimentelor şi a altor materiale din albia râului, cauzând eroziune şi alte distrugeri.

Moduri de exploatare a energiei hidraulice

1. Roţi hidraulice

O roată hidraulică utilizează energia râurilor pentru a produce direct lucru mecanic. La debite mici se exploatează în principal energia potenţială a apei. În acest scop

se folosesc roţi pe care sunt montate cupe, iar aducţiunea apei se face în partea de sus a roţii, apa umplând cupele. Greutatea apei din cupe este forţa care acţionează roata. În acest caz căderea corespunde diferenţei de nivel între punctele în care apa este admisă în cupe, respectiv evacuată şi este cu atât mai mare cu cât diametrul roţii este mai mare.

La debite mari se exploatează în principal energia cinetică a apei. În acest scop se folosesc roţi pe care sunt montate palete, iar aducţiunea apei se face în partea de jos a roţii, apa împingând paletele. Pentru a avea momente cât mai mari, raza roţii trebuie să fie cât mai mare. Adesea, pentru a accelera curgerea apei în dreptul roţii, înaintea ei se plasează un stăvilar deversor, care ridică nivelul apei (căderea) şi transformă energia potenţială a acestei căderi în energie cinetică cuplimentară, viteaza rezultată prin deversare adăugându-se la viteza de curgere normală a râului.

2. Hidrocentrale

O hidrocentrală utilizează amenajări ale râurilor sub formă de baraje, în scopul producerii energiei electrice. Potenţialul unei exploatări hidroelectrice depinde atât de cădere, cât şi de debitul de apă disponibil. Cu cât căderea şi debitul disponibile sunt mai mari, cu atât se poate obţine mai multă energie electrică. Energia hidraulică este captată cu turbine.

Potenţialul hidroenergetic al României era amenajat în 1994 în proporţie de cca. 40 %. Centrale hidroelectrice aveau o putere instalată de 5,8 GW, reprezentând circa 40% din puterea instalată în România. Producţia efectivă a hidrocentralelor a fost în 1994 de aproape 13 TWh, reprezentând circa 24 % din totalul energiei electrice produse.Actual puterea instalată depăşeşte 6 GW iar producţia este de cca. 20 TWh pe an.Cota de energie electrică produsă pe bază de energie hidraulică este de cca. 22 - 33 %.

3. Microcentrale şi picocentrale hidraulice

Prin microcentrală hidraulică se înţelege o hidrocentrală cu puterea instalată de 5 - 100 kW, iar o picocentrală hidraulică are o putere instalată de 1 - 5 kW. O picocentrală poate alimenta un grup de câteva case, iar o microcentrală o mică aşezare. Deoarece consumul de curent electric are variaţii mari, pentru stabilizarea funcţionării se pot folosi baterii de acumulatori, care se încarcă în momentele de consum redus şi asigură consumul în perioadele de vârf. Datorită faptului că curentul de joasă tensiune produs de generatorul microcentralei nu poate fi transportat convenabil la distanţă, acumulatorii trebuie plasaţi lângă turbină. Este nevoie de toate componentele unei hidrocentrale clasice - mai puţin barajul - adică sistemul de captare, conductele de aducţiune, turbina, generatorul, acumulatori, regulatoare, invertoare care ridică tensiunea la 230 V,ca urmare costul unei asemenea amenajări nu este mic şi soluţia este recomandabilă doar pentru zone izolate, care nu dispun de linii electrice. Microcentralele se pot instala pe râuri relativ mici, dar, datorită fluctuaţiilor sezoniere de debit ale râurilor, în lipsa barajului debitul râului trebuie să fie considerabil mai mare decât cel prelevat pentru microcentrală. Pentru o putere de 1 kW trebuie pentru o cădere de 100 m un debit de 1 l/s. În practică, datorită randamentelor de transformare, este nevoie de un debit aproape dublu, randamentul uzual fiind puţin peste 50 %.

4. Centrale mareomotrice

O centrală mareomotrică recuperează energia mareelor. În zonele cu maree, acestea se petrec de două ori pe zi, producând ridicarea, respectiv scăderea nivelului apei. Există două moduri de exploatare a energiei mareelor:

Centrale fără baraj, care utilizează numai energia cinetică a apei, similar cum morile de vânt utilizează energia eoliană.

Centrale cu baraj, care exploatează energia potenţială a apei, obţinută prin ridicarea nivelului ca urmare a mareei.

Deoarece mareea în Marea Neagră este de doar câţiva centimetri, România nu are potenţial pentru astfel de centrale.

5. Instalaţii care recuperează energia valurilor Pentru recuperarea energiei valurilor se pot folosi scheme similare cu cele de la centralele mareomotrice cu baraj, însă, datorită perioadei scurte a valurilor aceste scheme sunt puţin eficiente. Un obiect care pluteşte pe valuri execută o mişcare cu o

traiectorie eliptică. Cea mai simplă formă de valorificare a acestei mişcări pentru recuperarea energiei valurilor sunt pontoanele articulate. O construcţie modernă este cea de tip Pelamis formată din mai mulţi cilindri articulaţi, care, sub acţiunea valurilor au mişcări relative care acţionează nişte pistoane. Pistoanele pompează ulei sub presiune prin motoare hidraulice care acţionează generatoare electrice.

B.Energia mareelor

Energia mareelor este energia ce poate fi captată prin exploatarea energiei potenţiale rezultate din deplasarea pe verticală a masei de apă la diferite niveluri sau a energiei cinetice datorate curenţilor de maree. Energia mareelor rezultă din forţele gravitaţionale ale Soarelui şi Lunii, precum şi ca urmare a rotaţiei terestre. 

Mareele se produc cu regularitate în anumite zone de litoral de pe glob, cu amplitudini care pot ajunge uneori la 14 -18 m, determinând oscilaţii lente de nivel ale apelor marine. Principiul de utilizare u energiei mareelor în centrale mareomolrice, de altfel singura sursă folosită în prezent din cele enumerate mai sus, constă în amenajarea unor bazine îndiguite care să facă posibilă captarea energiei apei, declanşată de aceste oscilaţii, atât la umplere (la flux), cat si la golire (la reflux).

Pentru o valorificare eficientă a energiei mareelor sunt necesare şi anumite condiţii naturale; în primul rând, amplitudinea mareelor să fie de cel puţin 8 m, iar, în al doilea rând, să existe un bazin natural (de regulă un estuar), care să comunice cu oceanul printr-o deschidere foarte îngustă. Aceste condiţii naturale apar numai în 20 de zone ale

globului (ca, de exemplu: ţărmurile atlantice ale Franţei, Marii Britanii, SUA, Canadei, în Nordul Australiei, în estul Chinei.).

Energia geotermica

Energia geotermică este folosită la centralele geotermoelectrice, în scopul obţinerii energiei electrice. Energia geotermică este o sursă inepuizabilă de energie alături de energia solară şi energia produsă de forţa vântului.

Toate aceste forme de energie neconvenţionale, sunt valorificate pentru a servi la generarea curentului electric .

În interiorul Pământului există o comoară uriaşă. Nu e vorba de aur, argint şi pietre preţioase, ne referim la o rezervă impresionantă de căldură numită energie geotermică. O mare parte din această căldură este înmagazinată în straturile de rocă topită, în magmă.Scoarţa terestră este alcătuită din mai multe plăci tectonice, dar în unele zone este mai subţire, mai ales în zonele de contact dintre plăci. În aceste zone magma poate ajunge mai aproape de suprafaţa Pământului, încălzind apa aflată între straturile de rocă.La această apă se poate ajunge prin tehnici moderne de foraj.

La adâncimi foarte mari apa fierbinte se află la o presiune foarte mare.Atunci când apa este adusă la suprafaţă, presiunea scade şi cea mai mare parte din apă se vaporizează instantaneu, adică devine abur, acest fenomen se numeşte şi ,,vaporizare fulger’’.

Dovada prezenţei unei centrale geotermice, este aburul care iese din staţia generatoare. Aburul este separat de apa fierbinte sau de apa geotermală sărată. El conţine particole de apă. Acestea pot avea în componenţă minerale ce se pot depune pe turbină şi o pot deteriora.

Avantajele utilizării energiei geotermice

• Ţările care produc energia electrică cu ajutorul centralei geotermice nu mai depind atât de mult de petrol.

• Sursa de energie este inepuizabilă.• Problemele legate de poluare sunt mult reduse.

Dezavantajele utilizării centralelor geotermice

• Aburul geotermal conţine hidrogen sulfurat, care în cantităţi mici este supărător din cauza mirosului de sulf, iar în cantităţi mari este toxic.

• În comparaţie cu emisia de gaze de la centralele electrice ce folosesc combustibili, acestea sunt mai eficiente datorită sistemului de control a emisiilor de gaze.

• Costurile sunt mari, pentru a realiza aceste instalatii.

Biomasa

Biomasa este partea biodegradabilă a produselor, deşeurilor şi reziduurilor din agricultură, inclusiv substanţele vegetale şi animale, silvicultură şi industriile conexe, precum şi partea biodegradabilă a deşeurilor industriale şi urbane. Este Folosită atât pentru obţinerea de curent electric, cât şi a agentului termic pentru locuinţe, energia extrasă din biomasă ridică, mai nou, probleme de etică, întrucât în multe zone ale lumii e nevoie mai degrabă de hrană, decât de combustibili.

Biomasa reprezintă resursa regenerabilă cea mai abundentă de pe planetă. Aceasta include absolut toată materia organică produsă prin procesele metabolice ale

organismelor vii. Biomasa este prima formă de energie utilizată de om, odată cu descoperirea focului. Energia înglobată în biomasă se eliberează prin metode variate, care însă, în cele din urmă, reprezintă procesul chimic de ardere (transformare chimică în prezenţa oxigenului molecular, proces prin excelentă exergonic). Forme de valorificare energetică a biomasei (biocarburanţi):

Arderea directă cu generare de energie termică. Arderea prin piroliză, cu generare de singaz (CO + H2). Fermentarea, cu generare de biogaz (CH4) sau bioetanol (CH3-CH2-OH)- în

cazul fermentării produşilor zaharaţi; biogazul se poate arde direct, iar bioetanolul, în amestec cu benzina, poate fi utilizat în motoarele cu combustie internă.

Transformarea chimică a biomasei de tip ulei vegetal prin tratare cu un alcool şi generare de esteri, de exemplu metil esteri (biodiesel) şi glicerol. În etapa următoare, biodieselul purificat se poate arde în motoarele diesel.

Degradarea enzimatică a biomasei cu obţinere de etanol sau biodiesel. Celuloza poate fi degradată enzimatic la monomerii săi, derivaţi glucidici, care pot fi ulterior fermentaţi la etanol.

Deşi folosirea biomasei în scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene, există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări. Motivele scepticilor sunt două: poluarea şi lipsa de hrană. Chinezii au anunţat deja că renunţă la proiectul de a produce etanol pentru automobile din porumb, întrucât din ,cauza secetei anul acesta e nevoie de toată producţia de cereale pentru hrana animalelor şi a oamenilor. Biomasa este ansamblul materiilor organice nonfosile, în care se înscriu: lemnul, pleava, uleiurile şi deşeurile vegetale din sectorul forestier, agricol şi industrial, dar şi cerealele şi fructele, din care se poate face etanol. La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili, energia produsă din biomasă provine din energia solară înmagazinată în plante, prin procesul de fotosinteză.

Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea: combustibilii fosili nu pot fi transformaţi în energie utilizabilă decât după mii de ani, în timp ce energia biomasei e În ultimele câteva sute de ani, omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune. Acest combustibil fosil a rezultat în urma unor transformări chimice îndelungate. Combustibilii fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa proaspătă. Cu toate acestea, ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza timpului îndelungat de care au nevoie pentru a se forma. În aceeaşi situaţie se află şi gazele naturale şi petrolul.

Azi, omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile. După energia solară, biomasa a fost folosită în scopuri energetice încă de când a fost descoperit focul, pentru că primii oameni s-au încălzit arzând lemne şi abia mai târziu au descoperit cărbunii şi petrolul.ste regenerabilă, putând fi folosită an de an.

Deşeurile alimentare şi cele industriale, apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse specifice de biomasă. Aceasta se prezintă sub formă solidă, lichidă sau gazoasă şi poate avea nenumărate aplicaţii. La ora actuală, energia biomasei provine în cea mai mare parte din elemente solide, precum aşchiile de lemn, rumeguşul, unele deşeuri menajere, dar şi din elemente lichide, între care se numără în primul rând detergenţii proveniţi din coacerea lemnului în industria papetăriei.

Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie. Ea poate fi folosită atât pentru producerea de electricitate, cât şi pentru obţinerea de energie termică. Dar aici intervine problema poluării. Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de carbon şi, prin urmare, ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta.

Astăzi, cercetările se concentrează pe conversia biomasei în alcool, care ar putea servi drept carburant pentru suplimentarea şi chiar înlocuirea benzinei şi a motorinei. Alte forme lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale. Metanolul produs prin distilarea lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi industrie, la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din lichefierea carbonului.

Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin, dar problema mare este că utilizează resurse alimentare, cum sunt porumbul sau grâul. Dacă însă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri alimentare sau agricole, deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari, efortul s-ar justifica pentru că se reciclează deşeurile. La alcooli se adaugă şi biogazul, respectiv forma gazoasă a biomasei. Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă, conţinând în principal metan, se obţine din materii organice, precum apele uzate sau bălegarul.

Există o largă varietate de surse de biomasă, printre care se numără copacii cu viteză mare de dezvoltare (plopul, salcia, eucaliptul), trestia de zahăr, rapiţa, plantele erbacee cu rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi din construcţii, paiele şi tulpinele cerealelor, deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului, deşeurile de hârtie şi uleiurile vegetale uzate. Principala resursă de biomasă o reprezintă însă lemnul.

Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii, pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi, scoarţă de copac, trunchiuri, buşteni) va fi transformată în produse energetice. Utilizarea biomasei forestiere în scopuri energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea înlocui o bună parte din consumul actual de petrol, odată ce tehnologiile de

conversie energetică se vor dovedi rentabile.

De asemenea, terenurile puţin fertile, improprii culturilor agricole, vor fi folosite pentru culturi forestiere intensive, cu perioade de tăiere o dată la 10 ani. Pe de altă parte, biomasa agricolă (bălegarul, reziduurile celulozice ale recoltelor, reziduurile de fructe şi legume şi apele reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz.

Spre deosebire de biomasa forestieră, care este disponibilă pe toată perioada anului, biomasa agricolă nu este, de obicei, disponibilă decât o dată pe an. Biogazul provenind poate alimenta maşinile agricole. Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea, minimizând

problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie.

Radacinile fixeaza poluanti limitand circulatia orizontala si verticala a lor.

Aceasta tehnica este folosita printre primele masuri in cazul unui sol poluat cu :

metale grele, pesticide, solventi, explozive, titei si derivati.

Plantele care sunt preconizate fac partea din familia graminee.

       Fito-extractie

Fito-extractia este o metoda de decontaminare a solurilor de metale grele

(cupru, argint, aur, mercur, cadmiu, plumb). Este bazata pe cultura plantelor avand

caracteristicile tolerantei si ale acumularii metalelor grele pe partea lor recoltabila.

Aceste plante acumulatoare sunt capabile, prin fiziologia lor adaptata, de a

acumula pana la 1% din poluant, fata de materia lor uscata.

        Plantele vor fi alese in functia de natura poluantului, climatul si biomasa astfel

incat pot acumula o cantitate mare de poluanti. Deseori, solul este contaminat de

mai multe metale, ce impun o cultura de mai multe plante.

O data recoltate, sunt incinerate si cenusa va fi stocata intr-un loc securizat. Cultura

se poate reinnoi pana la scaderea concentratiei acceptabile a metalelor in sol.

Rizo-degradare

Este utilizat mai mult pentru tratarea poluarii cu hidrocarburi. Este realizat de

plante si mai ales de microorganisme rizo-carpice (care traiesc in radacini).

Principiu: microorganismele care traiesc in radacinile plantelor, vor degrada

hidrocarburile incorporate in sol. O concentratie de 7 tone pe hectar a poluantului

permite o crestere normala a plantei si un ritm de degradarea ridicat de

microorganisme care traiesc in rizosfera . Aceste micro-organisme pot fi bacterii

precum Pseudomonas, Xanthomonas, Micrococcus sau ciuperci precum

Aaspergillus sau Penicillium si au capacitatea de degradare a compusilor organici

prezenti in sol.

           

Fito-volatizare

Plantele pot degrada de asemenea poluanti organici in celulele lor. Intr-adevar,

aceste plante pot absorbi poluanti, sa ii degradeze si sa ii respinga in atmosfera.

 Unul dintre cei mai cunoscuti copaci care au aceasta proprietate este plopul :

permite o crestere rapida, o capacitate de adaptare la diverse climate si permite

eliminarea poluantilor din sol.