Apele uzate sunt apele rezultate în urma utilizării în gospodăriile populației, în activități sociale, comerciale sau în procese industriale, și care sunt poluate cu reziduuri și diferite substanțe, în diferite concentrații. Acestea trebuie colectate și transportate către o instalație de tratare (stație de epurare) prin intermediul sistemului de canalizare sau al autovidanjelor, în vederea eliminării reziduurilor și reducerii concentrațiilor de poluanți sub limitele admise (tratare), înainte de a fi evacuate în receptori naturali (râuri, lacuri, mări) sau utilizate pentru irigații sau ca apă industrială. Uneori, apele uzate sunt deversate direct în ape de suprafață sau pe diferite terenuri, fără tratare prealabilă, producând poluare.

Principalii poluanți din apele uzate sunt compușii carbonului (C), azotului (N) și fosforului (P), respectiv materii organice (resturi animale și vegetale), nitrați, nitriți și fosfați, dar acestea mai pot conține concentrații ridicate de compuși ai sulfului (sulfuri, sulfați, sulfiți), produse petroliere, detergenți sintetici, metale grele (arsenic, plumb, cadmiu, crom, mercur etc.), cianuri și altele.

Tratarea apelor uzate reprezintă un proces tehnologic complex, alcătuit din procese fizice, chimice și biologice împărțite în etape (trepte), necesar reducerii concentrațiilor poluanților și contaminanților sub valorile limită impuse prin normative.

Treptele operaționale ale unei instalații de tratare a apelor uzate

Pre-tratare mecanică: eliminarea materiilor solide de dimensiuni mari și a grăsimilor — Separarea și îndepărtarea nisipului, altor materii solide și grăsimilor, o primă linie de apărare care protejează procesele și echipamentele din aval de resturi și solide abrazive.

Tratare primară: eliminarea materiilor solide în suspensie — Sedimentare și clarificare care separă materiile solide în suspensie înainte de începerea tratării biologice. Această etapă este crucială pentru minimizarea costurilor suplimentare de procesare. În plus, înțelegerea principiilor care guvernează sedimentarea permite proiectarea, operarea și întreținerea eficientă a bazinelor de decantare, optimizând performanța acestora.

Tratare secundară: eliminarea materiilor organice biodegradabile — Procese biologice — nămol activat, filtre, MBBR — care elimină materia organică dizolvată (C) și nutrienții (N, P). Tratarea secundară se concentrează pe descompunerea materiei organice prin intermediul proceselor biologice, pe bază de microorganisme, reducând costurile operaționale prin eliminarea substanțelor chimice costisitoare.

Tratare terțiară: eliminarea nutrienților azot și fosfor — Filtrare, membrane și metode avansate de purificare care prelucrează efluentul pentru reutilizare sau încadrarea strictă în limitele de deversare. Din punct de vedere istoric, instalațiile de tratare a apelor uzate municipale și industriale au fost proiectate cu un singur obiectiv: respectarea autorizațiilor de deversare de bază pentru a proteja apele receptoare. În prezent, paradigma inginerească s-a schimbat, de la eliminarea poluanților la recuperarea activă a resurselor. Luând în considerare deficitul de apă din ce în ce mai acut, limitele de reglementare din ce în ce mai stricte privind contaminanții emergenți (PFAS, perturbatori endocrini) și creșterea gradului de reutilizare indirectă și directă a apei potabile, filtrarea convențională cu nisip și clorinarea de bază nu mai sunt suficiente, fiind treptat înlocuite de membrane de filtrare și elemente de purificare avansată.

Tratare avansată — Tehnologii de dezinfecție (clorinare, ozonare, dezinfecție UV) și oxidare avansată pentru controlul agenților patogeni și a urmelor de contaminanți. Dezinfecția apelor uzate reprezintă o componentă esențială a proceselor de tratare a apei, asigurând siguranța acesteia pentru reutilizare sau pentru deversarea în mediul înconjurător prin neutralizarea agenților patogeni. În ultimii ani, tratarea avansată a fost înlocuită de tratarea cuaternară, devenită obligatorie în Uniunea Europeană din 2024 și care urmează să fie implementată până în 2045.

Tratare cuaternară: eliminarea micropoluanților — Etapă avansată de epurare, menită să elimine micropoluanți precum produsele farmaceutice, pesticidele, microplasticele sau „substanțele chimice eterne” PFAS, care nu pot fi îndepărtați eficient prin metodele convenționale. Acest proces implică tehnici combinate de adsorbție, ozonare și tehnologie cu membrane, pentru a se asigura un efluent mai curat, potrivit pentru reutilizare, în scopul protejării resurselor de apă.

Tratarea nămolului — Procese de îngroșare, digestie, deshidratare și gestionare a biosolidelor, pentru transformarea fluxurilor de deșeuri în produse finale ușor de gestionat. Tratarea nămolului este parte integrantă a gestionării apelor uzate, esențială pentru protejarea sănătății publice și a mediului. Nămolul generat în timpul epurării conține materie organică, agenți patogeni, substanțe chimice și metale grele. Tratarea, eliminarea sau reutilizarea adecvată a nămolului sunt vitale pentru siguranța mediului și pentru recuperarea resurselor.

Parametrii specifici proceselor de tratare a apelor uzate

Capacitatea unei stații de epurare poate fi exprimată ca debit, în funcție de sarcina hidraulică, sau ca număr de locuitori echivalenți, în funcție de încărcarea biologică a apelor uzate, cele două valori nefiind echivalente.

Parametrul „locuitori echivalenți” (l.e.) sau „echivalent populație” (p.e.) reprezintă încărcarea de poluanți care trebuie supusă procesului de tratare. Se măsoară ca CBO5 — consum biochimic de oxigen, și reprezintă cantitatea de oxigen necesară oxidării materiei organice din apele uzate. Unitatea de 1 l.e. reprezintă încărcătura organică biodegradabilă cu o cerere de oxigen biologic în cinci zile (CBO5) de de oxigen pe zi. Modul de calcul al locuitorilor echivalenți pentru o aglomerare umană este dat de raportul dintre încărcarea totală în CBO5 a apelor uzate evacuate in canalizare si valoarea de 60 g O2/zi corespunzatoare unui locuitor echivalent. Încărcarea totală în CBO5 este egală cu produsul dintre debitul mediu zilnic în l/zi și concentrația medie zilnică de CBO5 în g l). Concentrația medie zilnică se poate asimila cu concentrația medie anuală.

Parametrul permite o comparație a încărcării de poluanți a apelor uzate comerciale și industriale cu cea a apelor uzate municipale. De remarcat că, în cazul apelor uzate care conțin un procent ridicat de ape uzate industriale cu încărcare organică ridicată, precum în cazul celor provenite din agricultură sau din industria alimentară (chiar dacă acestea sunt adesea pre-epurate), capacitatea stației de epurare exprimată în „locuitori echivalenți” poate avea o valoare mai mare decât numărul strict al locuitorilor conectați la rețeaua de canalizare.

Debitul pe timp uscat se referă la reprezintă valoarea volumului de apă tratată într-o anumită unitate de timp și se poate exprima în l/s, l/h, m³/zi sau m³/an. Acesta poate fi debit de proiectare, când reprezintă cea mai mică valoare maximă calculată a treptelor individuale (valoarea reprezentând limita de operare a instalației de tratare), sau debit real, calculat ca medie multianuală, care nu trebuie să depășească debitul de proiectare, pentru a garanta menținerea eficienței de epurare în limitele impuse de normative.

Debitul pe timp ploios reprezintă suma dintre debitul pe timp uscat și debitul suplimentar de apă pluvială din perioadele umede (ploaie, ninsoare, dezgheț), ceea ce poate duce la suprasolicitarea rețelelor de canalizare și instalațiilor de tratare. Pentru a se asigura tratarea întregului volum de apă colectat în rețelele de canalizare, unele stații sunt prevăzute cu bazine tampon special destinate retenției temporare a apelor pluviale pe o perioadă de câteva ore (pe timpul ploii), astfel încât să poată fi tratat întregul volum de ape uzate și pluviale preluat din rețeaua de canalizare.

În unele cazuri, debitul pe timp ploios nu este relevant, spre exemplu în cazul stațiilor de epurare construite în zone deșertice, sau în cazul stațiilor de epurare izolate, fără rețea de canalizare, situație în care transportul apelor uzate la stația de epurare se face cu autovidanjele. În alte cazuri, de exemplu pentru stațiile de epurare din Rusia și China, debitul pe timp ploios nu este prezentat.

Lista celor mai mari stații de tratare a apelor uzate din lume