depoluarea solului
TRANSCRIPT
CURS POSTUNIVERSITAR
Poluarea solului. Tehnologii de depoluare (TDS)
CUPRINS
1. Bibliografie
2. Solul-factor de mediu complex. Notiuni introductive
3. Efecte negative ale poluarii solului
4. Terminologie
5. Tipuri si forme de poluare a solului
6. Proprietati ale solului care influenteaza direct tehnologiile de depoluare
7. Proprietati ale poluantilor care influenteaza direct tehnologiile de depoluare
8. Sistemul sol-apa subterana
9. Migrarea poluantilor in sol
10. Elemente de monitoring a starii de calitate a solului
11. Etape premergatoare aplicarii tehnologiilor de depoluare
12. Criterii de alegere a tehnologiilor de depoluare
13. Metode de depoluare :
a. Metode fizice
b. Metode termice
c. Metode biologice-Biotehnologii
d. Metode chimice
14. Importanta solului si apelor subterane
15. Prezentarea unui profil de sol
16. Efectuarea unei vizite la OSPA Maramures
1
1. Bibliografie selectiva :
1. Neag, Gh. – Depoluarea solurilor si apelor subterane.Editura Casa Cartii de
Stiinta, Cluj-Napoca, 2001
2. Rauta, C. s.a. – Prevenirea si combaterea poluarii solului. Editura Ceres,
Bucuresti, 1983
3. Ciortuz, I. – Amelioratii silvice. Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti,
1985
4. *** Legea protectiei mediului nr. 137 / 1997
5. *** Revista Padurilor. Clectia 1990 - 2002-10-03
6. *** Prospecte ale firmelor executante de proiecte de depoluare a solurilor
7. *** Studii ICPA, ICAS., ICIM, etc.
8. *** Ordin 756/1997- Reglementari privind evaluarea poluarii mediului
9. *** Metodologia executarii Studiilor pedologice, Editura Tehnica, Bucuresti,
1987 (3 volume)
10. *** Rapoarte Nationale de Mediu
11. *** Rapoarte Judetene de Mediu
12. Coman, M., 2006 : Depresiunea Baia Mare. Protectia mediului din perspectiva dezvoltarii durabile, Editura Risoprint, Cluj-Napoca
Domenii de activitate in care e nevoie de date privind factorul de mediu sol
-Agricultura;-Silvicultura;-Reconstructii ecologice;-Arhitectura peisajera-Urbanism;-Ingineria mediului;-Constructii;
2
2. Solul-factor de mediu complex. Notiuni introductive
Se spune adesea ca protectia mediului inconjurator este de fapt in zilele noastre o
moda, la care adera mediile de informare in masa, politicienii, cercetatorii si in cele din
urma cetatenii de rand. Dincolo de folosirea acestui subiect ca fard modern, este
constientizarea riscurilor si pericolelor generate de poluare in ultimele decenii.
De milioane de ani pe Terra se produc anual cantitati enorme de biomasa, fara a
compromite echilibrul natural al planetei. Biomurile pamantului isi mentin autocontrolul
si stabilitatea prin ciclurile elementelor in natura, respectiv prin transformarea materiei
organice in zacaminte de combustibili fosili (petrol, carbune, gaze naturale, etc.) si prin
includerea materiei anorganice in circuite complexe, regeneratoare.
Dar industrializarea accelerata din ultimele decenii precum si cresterea numerica
exponentiala a populatiei a rupt echilibrul natural al Terrei prin contaminarea cu
substante toxice (compusi de sinteza, concentratii ce au depasit capacitatea de
autoepurare a naturii). Ecosistemele au suferit grave transformari, iar omul se simte
amenintat de efectele negative ale propriei creatii.
Nu punem problema renuntarii la viata moderna si reintoarcerea la epoca de
piatra. Acceptam starea de fapt si consideram necesar depoluarea zonelor contaminate,
reconstructia lor ecologica pentru a putea fi redate circuitului economic, utilizarea
ecotehnicii ca motor al dezvoltarii, utilizarea biotehnologiilor si a surselor de energie
alternativa, mai putin poluante.
Din considerente politice, legislative si administrative, primele masuri de
depoluare a mediului s-au aplicat fara a se aplica prioritati de depoluare. S-a actionat
asupra surselor de poluare “vizibile “, incercandu-se suprimarea fluxului de praf si noxe
degajate in atmosfera, precum si epurarea unor ape de suprafata contaminate cu suspensii
solide si substante chimice. Intr-o asemenea conjuntura, solul si apele subterane poluate
au fost ignorate, poluarea acestora nefiind evidenta pentru privirea umana.
Primele semnale de alarma privind efectele deosebit de grave ale poluarii solului
si apelor subterane asupra sanatatii publice au fost trase prin doua evenimente sinistre
petrecute in SUA si Olanda.
In SUA, in anul 1978, s-a instaurat starea de urgenta pentru zona Love Canal,
unde mai multe locuinte si o scoala au fost construite pe un vechi depozit de deseuri
3
chimice acoperite cu pamant. Ca urmare a precipitatiilor, aceste deseuri au fost
mobilizate spre panza freatica si spre suprafata solului, afectand prin maladii grave marea
majoritate a locuitorilor din zona.
In Olanda, in anul 1980, la Lekkerkerk, un cartier de 268 de locuinte a fost
evacuat ca urmare a identificarii in sol a unui depozit necontrolat de produse chimice ce a
generat maladii incurabile.
Desi actualmente beneficiem de o legislatie de mediu vasta, « suportabila » pentru
sectoarele economice si beneficiem de servicii ale organizatiilor care supravegheaza
permanent starea mediului, inca se practica metoda de depoluare prin acoperirea cu
pamant a zonei poluate conform principiului « ceea ce nu se vede, nu exista ».
In aceste conditii, din necesitatea rezolvarii unor importante probleme ridicate de
practica a aparut si se dezvolta TDS. Aceasta stiinta are ca scop imbunatatirea radicala si
de lunga durata a proprietatilor solului in principal, a apei subterane si a factorilor
ecologici, in general, elemente din interconditionarea si interactiunea carora rezulta
capacitatea productiva sau bonitatea unui teren. Stiinta TDS studiaza procesele de poluare
si migrare a poluantilor in sol si stabileste tehnologiile necesare (masuri si lucrari) de
depoluare a solurilor si apelor subterane in urmatoarele scopuri:
redarea si pastrarea in circuitul economic a unui mediu de viata sanatos ;
valorificarea deplina a terenurilor prin culturi vegetale (agricole si/sau forestiere) ;
valorificarea optima a fondului funciar ;
lichidarea peisajului geografic necorespunzataor.
3. Efecte negative ale poluarii soluluiImpactul poluantilor asupra omului in cadrul mediului ambiant este deosebit de
complex si cuprinde un sir de etape, mai mult sau mai putin distincte, succesive sau simultane. Organismele supuse unor concentratii mici de poluanti si pe o durata redusa, fac fata expunerii prin mobilizarea sistemelor de detoxifiere. Expunerea de lunga durata insa si la concentratii ridicate conduce aproape intotdeauna la maladii, cancer si, in cazuri extreme, la moarte.
In cazul solurilor poluate, vectorii de transfer ai poluantilor sunt lanturile trofice sol-planta-om, sol-planta-animal-om, contactul direct in timpul muncilor agricole, contactul solului cu leziuni cutanate deschise sau indirect, contactul prin intermediul apei si al alimentelor.
4
Dintre substantele chimice aplicate pe sol care au efecte daunatoare asupra sanatatii omului amintim dioxina-substanta folosita la fabricarea erbibicidelor si DDT-ul. Datorita caracterului lor lipofilic, a capacitatii de legare de proteine si a perturbarilor de eliminare renala, aceste substante au toxicitate cumulativa pentru om, au efecte mutagene si cancerigene. De asemenea metalele grele –Pb, Cd, Hg- sunt retinute in cortexul renal, in ficat si in oase.
Germenii patogeni ajung in sol si in apele subterane ca urmare a depozitarii neigienice a materiilor fecale, a cadavrelor si a produselor organice alterate. Unii germeni patogeni au o rezistenta redusa in contact cu solul –ex. enterobacteriile, enterovirusurile-sau ceva mai mare in cazul solurilor umede. Alti germeni patogeni rezista mai bine in conditii de praf-ex. agentul etiologic al febrei Q-Rickettsia burnetti.
Acolo unde conditiile de salubrizare sunt defectuoase, se raspandesc cu mare usurinta parazitozele intestinale.Ex. tenia-produsa de biohelminti sau oxiurii, ascaridul, etc. –produsi de geohelminti. Ouale acestor paraziti din sol ajung in organismul uman prin intermediul mainilor murdare, al zarzavaturilor si fuctelor nespalate, prin praf, etc.
Expunerea la radiatii ionizante precum si inhalarea prafului purtator de elemente radioactive conduc la efecte somatice si efecte genetice asupra organismelor.
Efectele somatice includ leziuni ale unor organe si sisteme, stare generala alterata, urmate de sindrom hematologic, sindrom imunologic si sindrom digestiv. Din punct de vedere clinic distingem alopecia, cataracta, leucemie, cancer cutanat, cancer pulmonar, cancer osos, adica, scurtarea duratei medii de viata.
Efectele genetice includ malformatii grave sau minore, avort spontan, moartea embrionului, etc. Mentionam ca detasarea riguroasa a acestor efecte este greu de facut deoarece exista in mod normal o iradiere naturala care, conformcercetarilor din ultimii ani este responsabila de cel putin o treime din totalul defectelor genetice.
4. Terminologie
Poluarea solului-introducerea in sol sau pe terenuri a unor substante sau energii care
pot produce modificari ale insusirilor fizice, chimice sau biologice ale solului, fiind
afectata utilizarea actuala sau viitoare a acestuia.
Poluant al solului- orice substanta solida, lichida sau gazoasa (vapori) sau orice
energie (electromagnetica, termica, radiatii ionizante, etc.) care, introdusa in sol,
modifica echilibrul natural al constituientilor acestuia (caracteristicile lui), aduce
daune organismelor vii, bunurilor materiale de pe si din sol, sau deranjeaza utilizarea
legitima a solului si a mediului in general.
Teren poluat sau teren contaminat- terenul care prezinta un pericol actual sau
potential pentru sanatatea oamenilor si pentru mediu, acest pericol fiind vazut prin
prisma utilizarii actuale a terenului sau a unei utilizari viitoare.
5
Teren degradat- teren rezultat in urma actiunii fenomenelor sau proceselor de
degradare. Degradarea poate avea cauze naturale, de exemplu: ravene, ogase,
grohotisuri, surpari, etc., sau cauze antropice, de exemplu : halde, taluzuri artificiale,
terenuri decopertate de stratul de sol.
o Ex. de teren degradat - o explozie intr-o cariera de piatra. Aceasta va conduce
la degradarea terenului fara ca terenul sa fie contaminat. Explozia afecteaza
mediul din punct de vedere estetic, solul este afectat din punct de vedere al
structurii, texturii lui, etc., iar efectul este modificarea fertilitati. Acest teren
este degradat si se impune reabilitarea lui in vederea unei noi utilizari.
o In schimb, o uzina chimica, va contamina solul fara a-l degrada din punct de
vedere fizic. Se va pastra structura, textura solului, etc., dar nu si proportia
intre componenta lichida si gazoasa, activitatea microbiologica a souilui, etc.
In ambele cazuri se pune problema aplicarii unor tehnologii de depoluare
deoarece aceste terenuri reprezinta un risc pentru sanatatea oamenilor din zona.
Teren deteriorat- teren deranjat din punct de vedere fizic dar necontaminat chimic.
Acest termen se foloseste de regula cu sensul de sol sau teren degradat
5. Tipuri si forme de poluare a solului
Poluarea solurilor se clasifica dupa diferite criterii. Astfel:
1. In functie de natura poluantului, distingem :
- poluare fizica : poluare termica (cu ape sau afluenti calzi sau reci), poluare
mecanica (tasare prin transport de mare tonaj, batatorire, alunecari de teren, etc.)
- poluare radioactiva,
- poluare chimica : poluare cu substante minerale (acizi, baze, saruri : cloruri,
nitrati, metale grele, etc.),
- poluare cu substante organice naturale (compusi petrolieri,
grasimi, etc.)
- poluare cu substante organice de sinteza (ierbicide, insecticide,
detergenti, solventi, fungicide, etc.) ;
6
Substantele de sinteza cuprind cca. 80.000 de compusi utilizati in mod curent.
Rata lor de crestere anuala este de cca. 1.000.
Cei mai comuni poluanti sunt solventii industriali uzuali : tricloretilena si
tetracloretilena. De regula, solventii care contin alcani si alchene colorate sunt solubili in
apa si sunt deosebit de toxici pentru organismele vii.
De asemenea, pesticidele si compusii organici volatili sunt poluanti des intalniti
pentru soluri si ape subterane.
- poluare biologica : poluarea cu germeni patogeni : microorganisme, virusuri,
bacterii, chisti de paraziti.
2. In functie de forma zonelor poluate, distingem :
-poluare punctiforma sau locala, sub forma unor pete. De regula provine din
deversari, depozitari necontrolate a unor substante sau din exploatari defectuoase a unor
instalatii ;
-poluare liniara, sub forma unor fasii. Se intalneste de-a lungul soselelor, cailor
ferate, canalelor de evacuare a apelor uzate ;
- poluare difuza, sub diferite forme geometrice determinate de geomorfologia
zonelor de dispersie. Acest tip de poluare este foarte greu de cuantificat. Se intalneste in
jurul cosurilor inalte de dispersie, acolo unde exista o poluare masiva a atmosferei si in
zonele in care s-au aplicat intens a ingrasaminte si produse fitosanitare ;
3. In functie de timpul de expunere, diferentiem :
-poluare permanenta (ex. emisii permanente de la cosurile de dispersie, sau
administrarea anuala a ingrasamintelor, sau depozitarea necontrolata a unor deseuri) ;
-poluare accidentala (ex. spargerea unor conducte de transport, defectiuni de
natura tehnica la oinstalatie) ;
4. In functie de momentul de refeinta exista :
-poluare istorica – ca urmare a unor activitati de mai multi ani dar care nu se mai
desfasoara in prezent ;
-poluare actuala – ca urmare a activitatilor zilnice, actuale.
7
5. In functie de activitatile care genereaza poluarea, distingem:
-poluare industriala;
-poluare din transporturi;
-poluare agricola;
-poluare domestica
1. Poluarea industriala – poate avea cause foarte variate, cele mai frecvente
fiind legate de depozitele de deseuri, de redepunerile pe sol a emanatiilor
gazoase si de apele industriale uzate.
Nr.
Crt.
Industria Poluanti
1 Industria extractiva
a). extr. Petrolului si gazelor
naturale
b). extr. sarii geme in
solutie si recristalizarea ei
c). extr. si prep. subst. min.
utile. met., nemet., si
carbuni
d). extr. si prel.minerale
radioactive
- petrol brut, gaze naturale, noroaie de foraj,
saramura (NaCl in sol. ), praf, vapori salini
minerale si roci sterile, ape uzate de mina,
reactivi, etc.
namoluri rad., ape de mina, minerale si roci
rad.
2 Metalurgia feroasa
a). siderurgie
b). cocserie
c). constr. masini
Suspensii minerale, carbune, cenusa, cianuri,
fenoli, ape acide
Fenoli, cianuri, amoniu
Fenoli, petrol, cianuri
3 Metalurgia neferoasa ( Pb,
Cu, Zn, Cd, Ni, )
Suspensii minerale, uleiuri, acizi, metale
grele, fluor
4 Chimie anorganica (clor,
soda, acizi, pesticide )
Acizi, baze, metale grele
5 Chimie organica
8
a). cauciuc
b). polimeri
c). detergenti
d). preluc. petrol
e). coloranti, pest. Org.
Fenoli
Fenoli, acizi, Hg
Acizi, detergenti
Petrol, fenoli, acizi, sulfuri, crezoli
Metale grele, reziduuri
6 Materiale de constructii Ciment, azbest, acizi, baze, susp. min., carb.
7 Centrale termo si atomo
electrice
Ape calde, cenusi, zguri
8 Diverse
a). topitorie, tesaturi
b). vascoza
c). pielarie
d). celuloza, hartie, mobila
e). alimentara (spirt, zahar,
carne, peste )
Ape alcaline, carburanti
Acizi, baze, saruri, sulfuri
Tanin, crom, amoniac,
Suspensii, fibre, fenoli, saruri, rumegus
Suspensii, alcaloizi, microorganisme,
paraziti, etc.
2. Poluarea agricola
Este adesea o poluare difuza si se datoreaza in mare masura utilizarii nerationale a
unor subst. chimice de sinteza pentru obtinerea unor cantitati superioare de produse agro-
alimentare. Ingrasaminte, insecticide, pesticide, fitohormoni si alte substante aplicate in
scop productiv devin la un moment dat si in anumite conditii poluanti pentru sol.
Cercetari recente au demonstrat ca numai o parte din produsele chimice sunt
biodegradabile, cealalta parte ducand la concentrarea lor in produsele vegetale
(bioacumulare).
Compusii organometalici cu Pb, Hg, Cd sau As se descompun greu si se
acunuleaza in sol.
Compusii organoclorurati de tipul DDT sau HCH se descompun lent si au
remanenta indelungata in sol.
Nitratii si nitritii, in doze ce depasesc limitele admisibile, se pot acumula in
plante, ajung prin intermediul lanturilor trofice in organismul uman si produc
imbolnaviri.
9
Aplicarea pe sol a dejectiilor animalelor in stare proaspata (nefermentate) sau in
doze ce depasesc cerintele plantelor, duce la contaminare biologica, la diminuarea
permeabilitatii solului si la scaderea capacitatii sale de retinere a apei.
Poluarea agricola se poate prezenta uneori si sub forma de poluare accidentala, in
cazul stocarii si deversarii pe terenuri a carburantilor, a ingrasamintelor lichide, a altor
produse fitosanitare.
Patrunderea poluantilor in sol si in apele subterane s-a accelerat o data cu
introducerea pe scara larga a irigatiilor. In lipsa unor surse sigure si a unor teste minime
de control, ape poluate pot fi folosite ca apa pentru irigatii, deci amplifica fenomenul de
poluare atat pentru soluri cat si pentru panza freatica.
3. Poluarea prin transport
Acest tip de poluare se manifesta de-a lungul cailor de transport rutier si feroviar,
precum si in porturi aeroporturi. Principalele cauze sunt :
- tratarea tronsoanelor de cale ferata, soselelor si malurilor raurilor cu diferite
subst.;
- infiltrarea in sol a apelor pluviale cu sare, azbest, hidrocarburi, spalate de pe
caile rutiere ;
- statiile de carburant si santierele rutiere care produc asfaltul, au diferite depozite
cu materiale necesare proceselor lor tehnologice ;
- deversarea accidentala sau voluntara in ape a unor combustibili produce, in
final, prin curentii orizontali si verticali din ape, poluarea malurilor;
- depuneri in urma transportului (particule rezultate prin ardere incompleta) ;
- spargerea accidentala a unor conducte ce transporta sterile de flotatie, de
cianuratie, hidrocarburi, substante chimice in solutie, etc.
4. Poluarea domestica
Ponderea acestui tip de poluare este mai mica si este in principal rezultatul
deseurilor solide si lichide provenite din activitatea domestica ori din activitatea unor
10
unitati de servicii neracordate la un sistem special de tratare a deseurilor. Printre cauzele
acestui tip de poluare amintim :
- neracordarea locuintelor la canalizarea urbana (in acest fel se antreneaza nitrati
si produse amoniacale in sol );
- neetanseitatea sau subdimensionarea retelelor de canalizare ;
- depozitarea sau administrarea pe sol a namolurilor provenite de la statiile de
epurare ;
- depozitarea necontrolata pe sol a deseurilor menajere
Mentionam ca de cele mai multe ori poluarea solurilor se face prin transferul
poluantilor, adica, prin depunere gravitationala si sub actiunea precipitatiilor.
Poluarea solurilor porneste de la suprafata lui spre profunzime, actionand ca un
factor de presiune. Exista si cazuri cand se ingroapa in subteran, prin foraje si puturi,
deseuri chimice, fara protectii suplimentare. De ex. SUA, cca. 280 Mt/an deseuri, cea mai
mare parte deseuri chimice se ingroapa la adancimi de 1.000 – 1.500 m.
6. Principalele proprietati ale solului care influenteaza direct TDSStratul de la suprafata pamantului contine, din punt de vedere :
petrografic, urmatoarele roci : roci magmatice si metamorfice-95%, roci
sedimentare-5%, procente in volum ; la suprafata pamantului insa, rocile sedimentare
au o pondere de 75% iar rocile magmatice si metamorfice 25% in volum.
mineralogic, urmatorii compusi : feldspati -60%, amfiboli si piroxeni-17%, cuart-
12%, mice-4% ;
chimic urmatoarele elemente : O-46,8%, Si-27,3%, Al-8,7%, Fe-5,1%, Ca-3,5%, Na-
2,6%, K-2,6%, Mg-2,1%, s.a.
In ceea ce priveste strict solul, compozitia medie volumetrica este urmatoarea:
11
Fig. 2.2. Compozitia medie volumetrica a solului
Observam ca solul are o compozitie extrem de diversificata, in sol gasindu-se
practic toate substantele chimice cunoscute aflate insa intr-un proces permanent de reactie
dictat de conditiile bio-fizice ale mediului respectiv.
In acest fel, prin actiunea reciproca a acestor factori rezulta un mediu care
favorizeaza desfasurarea procesului evolutiv al solului intr-o anumita directie.
Din punct de vedere biologic, este dovedit faptul ca 1 ha de teren contine peste
1to organisme. Detaliat, 1 ha de pasune contine : 35 kg bacterii, 1100 kg ciuperci
microscopice, 55 kg alge, 345 kg protozoare, 45 kg miriapode, 10 kg insecte, 100 kg
viermi.
Organismele vii din sol, si in special micropopulatia solului, este componenta cea
mai activa a solului. Microorganismele desfasoara neintrerupt procese biologice care
asigura reciclarea elementelor nutritive si pastrarea fertilitatii solului.
Contactul solului cu atmosfera, hidrosfera si biosfera favorizeaza trecerea
elementelor chimice si a mineralelor din sol in aer, dar mai ales in apa si plante. Asadar,
orice perturbare a proceselor naturale care are loc in sol va conduce la perturbarea
ciclurilor bio-geo-chimice ale solului si la modificarea insusirilor acestuia.
Compozitia si proprietatile solului influenteaza direct migrarea sau retinerea
poluantilor, sugerand metodele de depoluare. Dintre aceste proprietati mentionam
urmatoarele :
Textura solului sau alcatuirea granulometrica a solului (bolovanis, pietris, nisip
grosier, nisip mijlociu, nisip fin, praf, aleurit) si variatia texturii de profil (curba
granulometrica), da indicatii asupra vitezei de migrare a poluantilor si a capacitatii de
retinere a stratului superior.
12
Structura solului, respectiv forma, marimea si modul de aranjare a agregatelor
structurale, determina in mod direct porozitatea solului si indirect viteza de patrundere a
aerului, apei si poluantilor in sol.
Densitatea aparenta a solului- a med = 1,3 g/cmc - (masa solului complet
uscat / volumul total de proba recoltata in structura naturala) da informatii despre starea
de afanare sau de compactare a unui sol. Densitati aparente mai ridicate inseamna sol
compactat sau sol nisipos.
Densitatea solului, s, reprezinta numai densit. partii solide a solului, respectiv
s, med=2,65g/cmc.
Porozitatea solului reprezinta totalitatea spatiilor libere dintre agregate si din
interiorul agregatelor de sol. Porii capilari au = 10 – 50 si determina viteza de
infiltratie a poluantilor in sol si capacitatea de inmagazinare a solului. Porii solului
reprezinta sistemul lui circulator. In conditii normale de aeratie, solul are o porozitate de
25-30%.
Ex.- orizonturile compacte au por. ~10%.
-orizonturile nisipoase : ~35-50%
-orizonturile argiloase : ~40-60%
Permeabilitea solului-permite circulatia fluidelor printre golurile particulelor
solide si depinde de marimea porilor. Solurile formate din particule mari sunt foarte
permeabile (bolovanis, pietris, nisip grosier, mijlociu, fin, praf, argila).
Ca regula generala, cu cat solul contine o cantitate mai mare de aer, cu atat
intensitatea proceselor bilogice este mai mare. Cu cat compozitia aerului teluric este mai
apropiata de cea a aerului atm. cu atat solul este mai curat, intre aerul teluric si aerul atm.
fiind un permanent schimb.
Retinerea lichidelor in sol este o proprietate complexa a solului datorata fortelor
de adsorbtie, fortelor capilare si presiunii osmotice.
Temperatura solului- solul inregistreaza cu intarziere variatiile temp.
atmosferice, atat cele diurne cat si cele sezoniere.
Temperatura solului (orara, anuala, semestriala) detine un rol important in
urmatoarele procese:
in procesele biologice si biochimice care se petrec in sol ;
in intretinerea vietii microorganismelor si organismelor din sol ;
13
sanogen contribuind la autopurificarea solului ;
patogen, prin transmiterea unor maladii.
Ph-ul solului -reactia pH pentru sol variaza de la 3,5 (extrem de acid ) pana la 11
(extrem de alcalin).
In solurile acide apar continuturi toxice de Al solubil (mobil), adsorbtia metalelor
grele fiind mai puternica iar activitatea microbiana fiind mult redusa.
Activitatea biologica a solului este importanta in special prin procesele
enzimatice, simbiotice si descompunatoare ale microorganismelor. Aceste procese ajuta
la biodegradarea si biodeteriorarea poluantilor.
In baza tuturor acestor proprietati definim Fertilitatea solului ca fiind sinteza
principalelor proprietati fizice, chimice si biologice ale solului. Fertilitatea determina un
anumit regim de nutritie, hidric, termic si microbiologic, adica, o capacitate productiva a
solului.
In conditii naturale, solurile au o fertilitate naturala potentiala care depinde de
proprietatile lor intrinseci si care se realizeaza efectiv, in fiecare an, in functie de mersul
vremii.
In conditiile luarii in cultura a solurilor, acestea au o fertilitate culturala,
artificiala sau economica, strans legata de stadiul de dezvoltare al tehnicii, de sistemul
socio-economic si indirect de mersul vremii.
Cu cat capacitatea de inmagazinare a solului in apa, aer, elemente nutritive si
energie este mai mare, cu atat fertilitatea lui este mai ridicata. Prin procesele specifice
care au loc in sol, acesta transforma neincetat substantele pe care le contine. Prin poluarea
solului se pierd tocmai aceste capacitati fundamentale.
7. 1. Proprietati ale poluantilor care influenteaza direct TDSIntelegerea mecanismului poluarii si alegerea celei mai adecvate metode de
depoluare sunt de neconceput fara cunoasterea proprietatilor si parametrilor de baza ai
poluantilor. Astfel, solubilitatea, densitatea, vascozitatea si coeficientul de partitie indica
distributia probabila a poluantilor in apa si in sol, iar alti parametrii evidentiaza
14
posibilitatile de decontaminare prin vid si presiune, prin absorbtie pe carbune activ, prin
tratare biologica (biodegrabilitate).
Proprietati ale poluantilor organici care influenteaza alegerea TDS
Solubilitatea unei substante este data de cantitatea maxima din acea substanta
care se poate dizolva in apa la o temperatura specifica. Compusii organici solubili sunt
foarte usor vehiculati de catre apa, sunt in mica masura absorbiti de catre sol si de obicei
au un grad ridicat de biodegradabilitate. Ex. poluantii din industria alimentara.
Densitatea sau masa unitatii de volum, considerata in conditii normale, este
importanta pentru a afla daca substanta poluatoare pluteste sau nu la suprafata apei
subterane. Ex. benzina
Vascozitatea este proprietatea care determina gradul de infiltratie a poluantilor in
sol, precum si curgerea lor in acvifer. De vascozitate depinde si forma si marimea
corpului de impregnare cu poluanti atat in zona nesaturata cat si in zona saturata.
Coeficientul de partitie octanol/apa (Kow). Se defineste ca raport intre
concentratia unei substante in octanol si in apa.
Valorile acestui coeficient sunt cuprinse intre 10-3 si 107.
Compusii organici care au Kow <10 sunt considerati hidrofili, deci sunt mai
solubili in apa, iar compusii organici care au Kow >10 sunt hidrofobi. In asociatie cu
continutul de substante organice din sol acest coeficient da indicatii asupra cantitatii de
poluant absorbit de catre sol si ajuta la determinarea factorului de intarziere
corespunzator deplasarii poluantului in acvifer.
Biodegradabilitatea poluantilor organici se realizeaza in conditii aerobe sau
anaerobe, functie de structura lor moleculara si in functie de conditiile de mediu. Dupa
potentialul lor de biodegradare, in cadrul TDS clasificam poluantii organici astfel:
-poluanti degradabili (D) - cei care au o capacitate mare de degradare biologica in
conditii aerobe variate. Ex. acetona, acid benzoic, clorbenzen, naftalina, toluen ;
-poluanti persistenti (P) – cei care pot fi degradati, insa cu eforturi mai mari si
dupa un timp mai indelungat. Ex. pentaclorfenol, tricloretan ;
-poluanti recalcitranti (R) – cei care nu se preteaza la biodegradare. Ex .heptaclor,
hexaclorbenzen ;
15
Proprietati ale poluantilor anorganici care influenteaza alegerea TDS
Multitudinea poluantilor anorganici face dificila abordarea exhaustiva a
proprietatilor aferente acestora si a comportamentului lor in sol in conditii diferite.
Comportamentul metalelor in sol si in acvifere, de exemplu, poate fi estimat prin
studiul a trei procese importante specifice: adsorbtia, complexarea si precipitarea (pe
langa solubilitate, densitate, vascozitate). In functie de formele concrete de poluare si de
starea mediului, exista cazuri in care unul dintre aceste procese le domina pe celelalte, dar
in general se produc simultan.
Adsorbtia este fenomenul prin care poluantii ajunsi in sol sunt fixati la suprafata
particulelor solide care intra in compozitia solului. Adsorbtia selectiva, diferentiata a
metalelor de catre sol, datorata atat proprietatilor solurilor cat si proprietatilor metalelor
se numeste afinitate. Ex. caolinitul are afinitate pentru Pb, Ca, Cu, Mg, Zn, Cd; sau
acidul humic pentru Cu, Pb, Cd, Zn ;
Complexarea se realizeaza atunci cand un cation metalic (+) interactioneaza prin
legaturi covalente cu un anion anorganic (OH, Cl, SO4-), ori cu un grup organic sau
anorganic. Stabilitatea noilor compusi obtinuti creste odata cu valoarea pH – ului, datorita
ionizarii crescute a grupelor functionale. Stabilitatea compusilor meatlici grei depinde de
natura ionilor metalici, in urmatoarea ordine:
Cu2+ > Fe2+ > Pb2+ > Ni2+> Co2+> Mn2+> Zn2+
Precipitarea se produce atunci cand metalele aflate in solutie se depun la
interfata particulelor solide ale solului, unde se acumuleaza o noua substanta in faza
solida. Factor principal in retinerea metalelor grele in sol, precipitarea depinde atat de
pH–ul solului si al apei interstitiale, cat si de concentratia solutiei in metale.
Cunoasterea acestor procese este importanta pentru a aprecia eventuala blocare a poluantilor in sol sau in acvifer sub forma unor compusi netoxici ori, dimpotriva, formarea unor compusi cu toxicitate mai ridicata.
8 Sistemul sol - apa subteranaSolul reprezinta stratul dinamic de la partea superioara a scoartei terestre care
retine in mod durabil apa si contine substante nutritive cedabile in cantitati suficiente
pentru instalarea plantelor superioare.
16
Precipitatiile atmosferice, apele de suprafata infiltrate in sol, apele provenite din
condensarea vaporilor din subsol si apele capilare formeaza in masa rocilor permeabile
acumulari denumite ape subterane sau sisteme acvifere subterane. Apa acumulata in
aceste roci ocupa porii lor si formeaza strate de apa subterana.
Datorita legaturilor extrem de stranse intre sol si apa subterana, abordarea poluarii
si depoluarii lor se face impreuna. Aceste componenete ale mediului poseda mijloace de
autoprotejare mai mari decat alti factori de mediu, dar totusi limitate. O data depasite
limitele de autoprotejare se produc mutatii negative importante, si, prin intermediul
retelelor trofice poate fi afectata sanatatea umana.
In ceea ce priveste configuratia mediului subteran, distingem urmatoarele
niveluri :
Fig. 2.1. Configuratia mediului subteran
Zona nesaturata- este zona in care porii sunt umpluti partial cu apa, partial cu
aer, fapt ce permite coexistenta la acest nivel a fazelor solida, lichida si gazoasa.
Lichidele ajunse in aceasta zona se deplaseaza preponderent dupa o componeneta
verticala descendenta. Solul reprezinta de regula partea superioara a zonei nesaturate,
diferentiata prin faptul ca aici au loc procese biologice.
Zona saturata sau acviferul – este zona in care porii sunt umpluti in totalitate cu
apa. La acest nivel coexista doua faze: faza solida, imobila, formata din rocile magazin si
faza lichida, mobila, care este apa subterana. Componenta dominanta de curgere a
lichidelor ajunse la acest nivel coincide cu directia de curgere a apei subterane.
17
Linia de demarcatie dintre zona nesaturata si zona saturata este trasata de catre
nivelul hidrostatic.
Imediat deasupra nivelului hidrostatic se afla franjurul capilar sau zona
capilara, zona in care apa este absorbita in pori datorita fenomenului de capilaritate.
Substratul impermeabil sau culcusul acviferului este format din roci
impermeabile. Dispunerea spatiala a acestui substrat determina directia si viteza de
curgere a apei subterane.
Urmarind configuratia fizica a mediului subteran, constatam ca o poluare a solului
produsa intr-o anumita zona genereaza riscuri la nivelul intregului sistem. Prin transferul
poluantului este afectat si acviferul de la suprafata spre adancime, si, invers, daca un
acvifer este contaminat (printr-un foraj de adancime, de ex.), in timp, prin vaporizarea si
ascensiunea capilara a apei poluate se va contamina si solul. Astfel de conexiuni sunt
evidente de altfel in toate componentele mediului, dar fiecare prezinta particularitati de
diagnosticare, monitorizare si tratare.
Pornind de la aceste considerente, metodele de depoluare a solului vizeaza
ansamblul sistemului sol-apa subterana.
Un lucru foarte important este acela ca alegerea unei tehnologii de depoluare tine
intotdeauna seama de urmatoarele caracteristici:
o proprietatile solului, iar dupa caz, si cele ale apei subterane ;
o proprietatile poluantului ;
o nivelul de depoluare posibil si realizabil pentru o folosinta data.
9 Migrarea poluantilor in sol
a. Migrarea poluantilor in zona nesaturata
Deversarea unui poluant lichid pe suprafata unui sol conduce, de obicei, la
formarea in zona nesaturata a unui corp de impregnare, datorat in cea mai mare parte
fenomenelor de convectie, dispersie, adsorbtie, precipitare si activitate biologica.
Directia si viteza de deplasare a poluantului depind in principal de vascozitatea
acestuia, de morfologia terenului si de permeabilitatea solului si a rocilor din acoperisul
18
acviferului. Principala forta care actioneaza asupra poluantului este gravitatia. Prin
urmare, daca solul este permeabil, poluantul se infiltreaza in sol predominant dupa o
componenta verticala. De asemenea, se inregistreaza si o impregnare laterala cu poluant,
datorata dispersiei, care este controlata de porozitatea solului. Avansand spre acvifer,
poluantul poate fi filtrat de catre particulele solului, poate fi absorbit, volatizat, precipitat,
biodegradat si intr-o masura mai mica, hidrolizat, oxidat, redus, sau chiar oprit de catre o
bariera impermeabila.
Procesele fizice, chimice si biologice care se desfasoara intr-un sol poluat au de
regula ca rezultat retinerea poluantului si transformarea partiala sau totala a acestuia,
astfel incat incovenientele poluarii se diminueaza in timp in mod considerabil.
In ceea ce priveste protectia apelor subterane, pe langa proprietatile calitative ale
solului, foarte importanta este latura cantitativa, respectiv grosimea stratului de solul si a
stratelor petrografice situate deasupra panzelor freatice. Solul si rocile situate in
acoperisul acviferelor se comporta fata de poluanti ca o veritabila coloana
cromatografica, asigurand retinerea si redistributia stratigrafica a acestora pe verticala.
Un aspect deloc de neglijat este acela ca apele provenite din precipitatii pot
desprinde poluantii din matricea de retinere antrenandu-i spre apele subterane
superficiale. Din aceasta cauza modelarea integrala de ansamblu a migrarii poluantilor
este dificila si impune in practica depoluarii metode empirice de estimare a :
formei corpului de impregnare cu poluanti ;
adancimii maxime de patrundere a poluantilor ;
volumului de poluanti retinuti in zona nesaturata ;
timpului necesar poluantilor pentru a ajunge la acvifer.
b. Migrarea poluantilor in zona saturata
Traversarea zonei nesaturate de catre poluanti are ca efect transformarea calitativa
si retinerea unei parti din volumul acestora in sol si in rocile aflate in acoperisul
acviferului. Dar odata ajunsi la nivelul hidrostatic al apei subterane, poluantii se comporta
diferit, in functie de proprietatile lor fizice, chimice si biologice si de cele ale acviferului.
Fenomenele care guverneaza comportamentul poluantilor in acvifer sunt:
dispersia, convectia si factorii de retardare.
19
Dispersia – are la baza raspandirea mecanica si difuza a poluantilor tinzand la un
echilibru al concentratiei de substanta poluanta in mediul de dispersie. Dispersia
poluantilor in acvifer se realizeaza prin:
- fenomene mecanice: curgerea intortocheata a fluidului prin porii rocilor, frecarea fluidului de particulele rocilor, fiind direct proportionala ca viteza reala de curgere a apei subterane ;
- difuziune moleculara: datorita miscarii browniene, care tinde spre reducerea contrastului de concentratie intre zona poluata si mediul care o inconjoara ;
Cu ajutorul substantelor trasoare, pentru situatii speciale se pot stabili coeficientii
de dispersie mecanica longitudinala si laterala.
Convectia –este reprezentata de transferul poluantilor miscibili si solubili in apa
subterana ca efect al curgerii acesteia. In practica, viteza reala de curgere a apei subterane
poate fi de :
-cativa zeci de m / an –in cazul acviferelor din nisip fin;-cativa zeci de m / zi –in cazul acviferelor din aluviuni grosiere;-cativa km / zi – in cazul acviferelor carstice;Mentionam ca modelele numerice clasice care descriu deplasarea convectiva a
poluarii in acvifere tind de regula spre viziuni pesimiste din cauza ca neglijeaza factorii
de retardare.
Factorii de retardare – insumeaza acele fenomene care au ca efect franarea migrarii poluantilor in acvifer, si anume:
- adsorbtia-fenomen datorita caruia moleculele sau ionii poluanti aflati in solutie sunt atrasi spre suprafetele granulelor acviferului ;
- precipitarea sau complexarea poluantilor aflati in solutie apoasa, cu formarea unor compusi insolubili (hidroxizi, carbonati metalici, complecsi, etc.) ;
- degradarea compusilor de catre activitatea biologica a solului ;- volatilizarea
Exemple tipice de migrare a poluantilor1. Poluantul este solubil in apa2. Poluantul este nemiscibil si mai usor decat apa3. Poluantul este nemiscibil si mai greu decat apa
10 Elemente de monitoring a starii de calitate a soluluiFurnizarea datelor necesare pentru a stabili principalele cauze care genereaza
fenomenele de poluare a solului, precum si fundamentarea masurilor de prevenire,
20
recuperare si/sau ameliorare, se face prin sistemul de monitoring a starii de calitate a
solurilor.
In tarile U.E., programele de monitoring a solului sunt uzuale si directionate pentru
inspectarea caracteristicilor si fertilitatii solului. In aceste state strategiile de monitorizare
se bazeaza pe un sistem tip « gratar » pe plan national si cateva tipuri de stratificare
bazate pe utilizarea terenurilor si a tipului de sol.
In Romania, incepand cu anul 1977, potrivit recomandarilor UNEP (Natiunile Unite
pentru Mediul Inconjurator) si a O.M. Agriculturii nr. 111/1977, a fost instituit primul
Sistem de Monitoring al Starii de Calitate a Solurilor agricole din Romania, ca parte
integranta a Sistemului National al Calitatii Mediului Inconjurator.
In ceea ce priveste solurile forestiere, supravegherea calitatii lor s-a facut indirect,
prin revizuirea Amenajamentelor O.S. din 10 in 10 ani si prin efectuare de inventarieri
forestiere. ICAS a fost institutia responsabila de crearea unei banci de date in acest sector.
Incepand cu anul 1992, in vederea integrarii pedologiei romanesti in circuitul
international al informatiei, s-au pus bazele unui sistem de monitoring al solurilor
armonizat cu cel al U.E. Adaptarea acestui nou sistem se face de catre ICPA si ICAS. si
are la baza urmatoarele criterii :
Repartitia spatiala in grila a siturilor de observatie ; Stabilirea densitatii retelei de observatie ; Stabilirea unui set largit de indicatori monitorizati ; Periodicitatea investigatiilor de teren si de laborator dupa o metodologie
unitara.
Aceste elemente de baza sunt detaliate pe trei niveluri, dupa cum urmeaza : Nivelul I – consta in efectuarea investigatiilor in toate punctele unei grile
fixe de 16x16 km, grila care acopera intreaga tara. Acest minim de investigatii ajuta la identificarea arealelor cu soluri degradate, in stadii si procese variate, urmaridu-se astfel evolutia lor;
Nivelul II – consta in detalierea investigatiilor in unele puncte ale retelei de nivel I si in puncte suplimentare representative pentru identificarea cauzelor proceselor de degradare;
Nivelul III – cuprinde investigatii detaliate pentru verificarea ipotezelor si analize amanuntite ale proceselor daunatoare calitatii solurilor, efectuarea prognozelor si recomandarea masurilor posibile de remediere.
Periodicitarea determinarilor este de 4 ani pentru punctele fara probleme deosebite din reteaua de nivel I si de 1 an pentru punctele cu probleme (situri poluate).
Metodologia de monitorizare este legiferata astfel :
21
Ordinul 223/2002-Norme de continut pentru studiile pedologice elaborate in vederea realizarii si reactualizarii periodice a Sistemului National si Judetean de monitorizare sol-teren pentru agricultura ;
Ordinul 244/2002-Metodologia de monitorizare sol-vegetatie forestiera pentru silvicultura ;
Ordinul 756/1997, Anexa I-Valori de referinta pentru urme de elemente chimice in sol ;
Ordinul 184/1997-, Anexa A.2.2.-Recomandari privind prelevarea probelor.
Studiile efectuate pana in prezent prin activitatea de monitoring semnaleaza
tendinta generala de inrautatire a starii fizice a solurilor si de scadere a rezervelor de
humus si elemente nutritive in sol.
Monitoringul solurilor forestiere a evidentiat tendinta de acidifiere si de saracire
in C organic si N in solurile din partea de V a tarii, din versantii rasariteni ai Carpatilor
Orientali si versantii sudici ai Carpatilor Meridionali.
11. Etape premergatoare aplicarii TDSTrecerea efectiva la actiuni de depoluare este precedata obligatoriu de minim 3
etape prin care se analizeaza situl poluat in ansamblu (sit= sector unitar afectat de poluare
aflat intr-un spatiu geografic limitat). Aceste etape sunt :
I. Diagnosticul poluarii, cu fazele :
Faza de documentare ;
Studiu de teren, care include :
i. Masuratori directe pe sit;
ii. Analiza de laborator;
II. Evaluarea riscului, cu fazele :
Analiza sursei de pericol si a vectorului de transfer a tintei poluarii ;
Compararea rezultatelor cu normele de calitate impuse prin legislatie ;
III. Alegerea unei filiere adecvate de depoluare, cu fazele :
Criterii tehnice ;
Criterii economice
22
I. Diagnosticul poluarii-consta in analiza caracteristicilor de mediu ale
sitului studiat. Investigatiile necesare vizeaza in principal solul si subsolul, apa subterana
si de suprafata, clima, vegetatia precum si starea de sanatate a populatiilor din zona.
Investigatiile trebuie sa localizeze si sa evidentieze acele concentratii ale poluantilor care
depasesc valorile concentratiilor naturale.
Faza de documentare sau ancheta documentara are cas cop
strangerea tutror informatiilor existente legate de poluarea sitului de-a lungul timpului. Se
pleaca de la consultarea bibliografiei existente, si anume :
i. Surse scrise : acte de proprietate, de judecata, eventuale studii de impact anterioare, studii pedologice ;
ii. Surse grafice : harti administrative, topografice, geologice, retele de canalizare, de electricitate, localizare rezervoare, etc.
iii. Surse orale : discutii cu persoane din categorii sociale diferite, apelandu-se si la pensionarii care au lucrat pe sit ;
iv. Surse diverse : fotografii, articole de presa, lista de materii prime, foraje sau transee existente
Faza de documentare cuprinde in mod obligatoriu o vizita detaliata la fata locului
cu scopul de a evalua zonele cu riscuri sporite, posibilitatile de prelevare a probelor,
impactul socio-economic. De profesionalismul acestei faze depinde estimarea corecta a
cheltuielilor ulterioare.
Studiu de teren are ca scop certificarea poluarii si cuantificarea
acesteia (tipul poluantilor, concentratii, volume, migrari, efecte ale
poluarii, etc.). Etapele acestui studiu sunt :
i. Masuratori directe pe sit. Acest tip de masuratori ofera doua
mari avantaje : sunt rapide-rezultatele se obtin imediat- si sunt mult mai ieftine decat
masuratorile clasice care necesita prelevare de probe si analize in laboratoare specializate.
Dezavantaje : au grad redus de precizie, dand rezultate globale. (Vezi laborator
principalele masuratori directe realizabile pe sit – foraje numite piezometre, sonde
piezometrice sau sonde de hidroobservatii) ;
ii. Analiza de laborator oglindeste realist gradul de poluare al
sitului. Analizele se fac pe probe prelevate dupa anumite reguli. Planul de prelevare al
probelor se face in functie de gradul de detaliere dorit, de realizarea unui echilibru intre
obiectivul propus si mijloacele financiare disponibile, dar intotdeauna se urmareste
respectarea legislatiei in vigoare, respectiv Ordin 756/1997 ; Ordin 184/1997 ; Ordin
223/2002 si Ordin 244/2002.
23
Exemplu de modele de prelevare a probelor de sol :
a) Probarea concentrata sau orientata- in acest caz se fac probari numai in zona
considerata critica, ignorandu-se eventualele forme de poluare din afara
perimetrului instituit :
b) Probarea sistematica – in acest caz se fac probari dupa o retea regulata ce
acopera o mare suprafata de teren. Acest tip de probare se recomanda pentru evidentierea
scaderii treptate a concentratiilor poluantilor de la sursa d epoluare spre periferie.
c) probarea aleatorie – in acest caz se fac probari aleatorii, in functie de experienta
expertului de mediu sau dupa recomandari anterioare. Acest gen de probare se recomanda
acolo unde avem o poluare difuza, situl este « omogen » poluat.
In practica se utilizeaza deseori o asociere a acestor modele in functie de scopul
propus, de conditiile concrete de teren si de capitalul disponibil.
24
Modul de prelevare al probelor, numarul si cantitatea lor se face se face conform
Metodologiilor ICPA de monitoring de nivel II si a Metodologiilor pentru realizarea
Bilanturilor de Mediu de nivel II.
Datele primare obtinute in urma invetsigatiilor de teren se sistematizeaza si se
ordoneaza sub forma de tabele insotite in anexe de Buletinele de Analiza. De asemenea,
se recomanda utilizarea hartilor pentru dispunerea in teren a siturilor studiate si se
intocmesc grafice pentru a evidentia evolutia in timp a parametrilor masurati.
Este foarte important sa retinem ca aceasta etapa fundamenteaza lucrarile de
depoluare si estimarea costurilor, deci trebuie sa fie intocmita cu multa responsabilitate si
sa fie prezentata foarte clar chiar si pentru un nespecialist in domeniu.
II. Evaluarea riscului –presupune calculul probabilitatii pentru o
populatie sau pentru un ecosistem de a primi o anume doza de poluant sau de a fi in
contact cu el. Exprimarea riscului se poate face prin urmatoarele criterii : frecventa si
gravitate. In conformitate cu legislatia de mediu a U.E., riscul poluarii solurilor si a
apelor subterane se incadreaza in domeniul 3, fiind un risc major.
Curba lui Farmer
Prin evaluarea riscului se vizeaza urmatoarele obiective :
-ierarhizarea siturilor poluate in functie de risc, in vederea stabilirii
prioritatilor de depoluare;
-fundamentarea masurilor de reabilitare a unui sit printr-o evaluare
“absoluta” a riscului;
25
Exprimarea rezultatelor in ceea ce priveste evaluarea riscului se face de obicei
prin atribuirea de note, puncte, scoruri, pentru fiecare factor de mediu.
Analiza sursei de pericol, a vectorului de transfer si a tintei poluarii
Sursa de pericol este in cazul solurilor situl poluat. Parametrii care il
caracterizeaza sunt:
- natura poluantului (organic, anorganic, radioactive, etc.) ;- cantitatea de poluant ;- caracteristicile poluantului ;- toxicitatea pentru om ;- caracterul inflamabil si exploziv.
Vectorul de transfer sunt caile de transport si dispersia poluantilor. Caile de
transport posibile sunt apa subterana si apele de suprafata, aerul sau contactul direct cu
solul.
Tinta poluarii este populatia si ecosistemele aferente sitului, in functie de
utilizarea actuala si viitoare a sitului si a zonelor invecinate.
Exemplu :
a) O statie de carburanti :
-sursa de pericol : poluare cronica prin scapari repetate de benzina din
rezervoarele subterane si emanatii in atmosfera ;
-vectorul de transfer : solul cu permeabilitate redusa si/sau panza freatica la
mica adancime ;
-tinta poluarii : mediul urban si pericol de explozie
b) O rampa de gunoi menajer :
-sursa de pericol : mirosuri neplacute provenite de la materia organica aflata in
descompunere si eventuala prezenta a unor cantitati de produse toxice
neidentificate ;
-vectorul de transfer : terenul argilos si reteaua de control a calitatii apei
subterane ;
-tinta poluarii : zona urbana, captari de apa potabila subterana din aval.
26
Compararea rezultatelor cu normele de calitate impuse prin legislatie ;
Legislatia romaneasca in domeniul protectiei mediului prin Ordinul 756/1997-
Reglementari privind evaluarea poluarii mediului- stabileste pragurile de alerta si
pragurile de interventie pentru poluantii din aer, apa si sol. In Anexe sunt date Valorile de
referinta pentru urme de elemente chimice in sol.
In documentatia pregatitoare pentru aplicarea unei TDS, valorile analizelor de sol
efectuate si valorile finale la care dorim sa ajungem prin depoluare se compara cu valorile
din legislatia romaneasca in vigoare.
III. Alegerea unei filiere adecvate de depoluare
Daca in urma evaluarii riscului se ia decizia depoluarii unui sit se pune problema
alegerii celei mai adecvate filiere de depoluare. Dificultatea alegerii este destul de
pregnanta dat fiind numarul mare de tehnici de depoluare care trebuie puse in
concordanta cu factorii economici si psihosociali.
Pe plan mondial au fost elaborate programe detaliate care permit o analiza
multicriteriala obiectiva a alegerii celei mai adecvate metode de depoluare. Cele mai
cunoscute programe internationale sunt:
- RAAS (Remedial Action Assessement System) din SUA care evalueaza fiecare
tehnica disponibila dupa eficienta depoluarii si dupa cost;
- CARTS (Computer Aided Response Technologies Selector) din SUA care
permite o evaluare tehnica pertinenta a diferitelor alternative de depoluare;
- Sistemul de evaluare a tehnicilor disponibile pentru decontaminarea siturilor
poluate, dezvoltate de Zarth pentru autoritatile de protectie a mediului din Hamburg
(Germania), care ierarhizeaza metodele de decontaminare pe baza a 8 criterii (eficienta,
durata, cost, impact asupra mediului, a populatiei si a muncitorilor, etc.).
Desi obiective si riguroase, aceste programe de calculator nu au o utilizare
extinsa. Sunt preferate metodele practice, bazate pe experienta specialistilor in domeniu si
pe o anumita conjunctura tehnico – economica.
Propunerile de depoluare pot fi prezentate in mai multe variante si alternative, in
functie de optiunile tehnologice luate in considerare, dar in egala masura si in functie de
limitele tehnice si financiare proprii fiecarui caz in parte. De cele mai multe ori,
27
depoluarea nu se margineste la aplicarea unei tehnici curative singulare ci se aplica o
filiera complexa de operatii secventiale.
Practica depoluarii solurilor arata ca diminuarea concentratiei unui poluant printr-
un proces de depoluare, in functie de investitia necesara realizarii ei, se face dupa o curba
specifica in care la inceput, pentru o investitie mica rezultatul depoluarii este important
sau chiar spectaculos si in continuare se constata ca pe masura ce dorim o depoluare mai
avansata, investitia necesara se multiplica de cateva ori pentru ca la final, chiar daca
investitia creste foarte mult, concentratia de poluant scade foarte putin, aproape
imperceptibil.
Curba de variatie concentratie-costuri
Se evidentiaza astfel ca inainte de a trece la alegerea propriu-zisa a unei filiere de
depoluare trebuie fixate exact obiectivele depoluarii. Este necesar sa se gaseasca o solutie
acceptabila intre nivelul de depoluare solicitat, calitatea vietii populatiei, echilibrul
ecosistemelor locale si disponibilitatile tehnico-financiare.
13.Criterii de alegere a TDSa) Criterii tehnice de alegere a TDS
Tehnologia propusa pentru depoluare trebuie sa fie adecvata cazului tratat si, in
acelasi timp sa fie disponibila pe piata tehnologica (BAT).
Kinzelbach si colaboratorii sai au intocmit o matrice sintetica a alegerii tehnice a
filierei de depoluare in care se face corespondenta intre principalele criterii tehnice si
tehnologice de baza incercate pentru depoluarea solurilor.
Pentru a avea certitudinea obtinerii unor rezultate bune se impun garantii privind
eficienta si fiabilitatea tehnologiei propuse nu numai la scara de laborator sau pilot ci si in
conditii practice, de teren, deoarece trebuie sa sa se tina seama de conditiile regionale
28
specifice in care se incadreaza situl poluat. Se recomanada ca inainte de aplicarea efectiva
a tehnologiei propuse sa se faca incercari de depoluare care confera o buna previziune a
eficientei reale de depoluare. Aceste incercari sunt indispensabile in cazul
biotehnologiilor.
Alegerea tehnologiei de depoluare trebuie sa tina seama atat de tipul poluarii cat si
al poluantilor. Comportamentul si caracteristicile poluantilor sunt esentiale pentru pentru
orientarea spre o anumita metoda de depoluare. Astfel, pentru poluantii volatili se vor
propune metode de extractie fizica a gazelor din sol, in timp ce pentru substantele
poluante biodegradabile se recomanda orientarea spre biotehnologii.
Concentratia poluantilor in sol precum si obiectivele finale vizate prin depoluare
sunt criterii importante deoarece fiecare tehnologie are o eficienta maxima pentru un
anume interval de concentratii in poluanti. Iesirea din limitele acestui interval diminueaza
mult eficienta depoluarii. Ex. metoda de pompare a apei contaminate cu hidrocarburi este
avantajoasa daca hidrocarburile sunt individualizate si au concentratii ridicate; daca se
aplica aceeasi metoda in cazul in care concentratiile sunt mici, pomparea este ineficienta
atat tehnic cat si economic.
Un alt factor determinant in alegerea unei filiere adecvate de depoluare este
suprafata, configuratia, caile de acces, eventualele constructii care ocupa o parte din
suprafata sitului poluat. Nu acelasi lucru presupune decontaminarea unei suprafete de 100
mp sau a unei suprafete de 200 ha, chiar daca avem de-a face cu acelasi tip de poluare.
Solutia aleasa de depoluare depinde si de caracteristicile solului (textura,
structura, permeabilitate, etc.) si trebuie sa fie compatibila cu activitatile care se
desfasoara pe sit precum si cu amenajarea ulterioara a sitului.
In luarea deciziei de depoluare se au in vedere si exigentele administratiei si ale
colectivitatilor locale referitoare la concentratia reziduala a poluantilor in mediul tratat si
la eventualele noxe emise in procesul de depoluare (evacuarea necontrolata a unor gaze
extrase, zgomote, mizerie, etc.).
b) Criterii economice de alegere a TDS
Alegerea celei mai adecvate filiere de depoluare este decisa, in cele din urma,
printr-un studiu economic comparativ al celor mai avantajoase variante tehnice. Se
29
ajunge astfel la varianta de depoluare cea mai convenabila din punct de vedere tehnico-
economic.
Costul tehnologiei propuse se estimeaza prin consultari pentru fiecare etapa de
lucru. Se iau in considerare atat costurile intrinseci ale operatiilor propriu-zise de
depoluare cat si costurile fazelor de urmarire si control, al bilantului final (se intocmeste
Devizul general al lucrarii). Deoarece la nivelul actual al practicii estimarile sunt greoaie
-in putine situatii se poate stabili cu precizie randamentul depoluarii si durata necesara
procesului- se prefera o estimare a costurilor pe o anumita perioada de timp (saptamani,
luni, trimestre) sau pe unitatea de volum, de masa sau suprafata a mediului tratat.
Intotdeauna se tine seama de doua elemente :
i. nivelul impus concentratiei in poluanti la incheierea lucrarilor de depoluare ;
ii. precizia fazei de diagnosticare a poluarii.
Din analiza costurilor specifice pentru diferitele TDS se constata ca:
metodele de depoluare cele mai putin costisitoare sunt pomparea, ventingul, strippingul si biodecontaminarea ;
la nivelul unor costuri relativ avantajoase se incadreaza metodele de etansare, stabilizare, inertare si spalare a poluantilor, daca sunt aplicate in conditii favorabile ;
limite largi ale costurilor pentru aceeasi metoda se explica prin conditii foarte variate de aplicare efectiva a depoluarii.
13 . Metode de depoluare a solurilor si apelor subteraneMetodele de depoluare cuprind intreaga gama de tehnici menite sa neutralizeze
sau sa blocheze fluxul de noxe din sol. Clasificarea acestor metode se face dupa
urmatoarele criterii:
A). Dupa locul de aplicare distingm trei tipuri de metode:
Metode aplicabile in afara sitului « ex situ » -constau in evacuarea solului
din mediul sau natural prin excavare, apoi transportul in afara sitului si executia lucrarilor
de depoluare in centre specializate. Aceste metode pot prevedea si readucerea pe sit a
materialului depoluat.
30
Avantaje: extirpare rapida si totala a componentelor contaminate; posibilitatea
continuarii activitatilor de pe sit si eficienta ridicata de depoluare conferita de centrele
specializate.
Dezavantaje: cost ridicat datorita complexitatii fazelor de lucru; riscul dispersarii
partiale a poluantilor in timpul lucrarilor de incarcare, transport si descarcare; evitarea
amestecului de poluanti; impunerea unor limite de concentratii in poluanti.
Metode aplicabile pe sit « on situ »- ca si principii sunt asemanatoare cu
metodele aplicabile in afara sitului dar in aceste situatii decontaminarea se face pe sit, cu
instalatii de depoluare mobile. Actionand astfel se elimina transportul produselor poluate
dar se incomodeaza activitatea de pe sit. In acest caz echipamentele de depoluare trebuie
sa fie adaptate conditiilor specifice fiecarui sit.
Metode aplicabile « in situ » –au ca particularitate executia lucrarilor
direct in mediul poluat, fara a se apela la lucrari de evacuare. Sistemul tehnic are doua
parti: partea mobila, instalata la suprafata sitului, cu posibilitati de reutilizare, si partea
fixa inserata in mediul subteran poluat, de unica folosinta. Tehnologiile in situ ofera
posibilitatea depoluarii simultane atat a solului cat si a apelor subterane. Echipamentele
aferente acestor tehnologii sunt in general usor de amplasat dar presupun o exploatare de
specialitate delicata. In timpul exploatarii este dificil de apreciat volumul tratat,
configuratia acestuia si eficienta procesului de depoluare.
B). Dupa principiile tehnice generale de depoluare distingem patru tipuri de
metode:
1. Metode fizice-categoria cea mai extinsa in ceea ce priveste
aplicabilitatea practica. Aceste metode se impart la randul lor in:
- metode bazate pe imobilizarea fizica a poluantilor, fie prin izolare (etansare, blocare hidraulica), fie prin stabilizare sau inertare;
- metode bazate pe extractia fizica a poluantilor din mediul contaminat, concretizate prin: excavare, pompare, spalare, flotatie, extractie de gaze sub vid (venting), injectie de aer cu presiune (sparging, hidrosoc, geosoc), extractie electrocinetica, etc.
2. Metode termice-au ca principiu de baza extractia si apoi distrugerea sau
imobilizarea poluantilor prin supunerea materialului contaminat la temperaturi ridicate.
Cele mai utilizate metode sunt: incinerarea, desorbtia termica, vitrificarea;
31
3. Metode chimice-aplicate pentru neutralizarea, separarea sau
transformarea poluantilor in urma unor reactii chimice specifice de tipul oxidare,
reducere, declorurare, precipitare;
4. Metode biologice-se bazeaza pe degradarea poluantilor datorita
activitatii microorganismelor (bacterii, ciuperci). Procesul de biodegradare se realizeaza
in conditii aerobe sau anaerobe, cele mai utilizate metode fiind: biodegradare in vrac
(compostare, land farming), bioreactorul, biodegradarea in situ, bioventingul si
biospargingul. Metode precum bioacumularea si biolixivierea realizeaza doar separarea
poluantilor de mediul contaminat si nu o depoluare efectiva.
a) Metode fizice de imobilizare a poluantilor din sol
Imobilizarea fizica a poluantilor nu presupune distrugerea acestora ci doar
blocarea migrarii lor, reducand astfel impactul poluarii asupra mediului ambiant. Aceste
tehnici se aplica cu precadere in situ.
Etansarea consta in inchiderea fizica a mediului contaminat printr-un sistem
etans de protectie format din pereti, cuvertura si fund. Acest sistem este imprumutat de la
rampele de reziduuri menajere si este des folosit pentru izolarea siturilor si a apelor
subterane contaminate.
Obiectivul principal al metodei este contracararea efectelor dispersiei poluantilor,
respectiv stoparea migrarii prin utilizarea unor bariere fizice durabile.
Functie de situatia specifica in care se gaseste zona poluata, peretii etansi pot
realiza o inchidere laterala completa sau partiala (Bariere Permeabile Reactive) prin
devierea apei subterane din amonte. De asemenea se are in vedere si suprimarea
posibilitatilor de migrare a poluantilor in directie verticala, atat in partea inferioara cat si
in cea superioara.
32
Variante de etansare
Important din punct de vedere al protectiei mediului sunt si operatiile de control si
recuperare a substantelor solubilizabile si a emanatiilor gazoase formate in interiorul
zonelor izolate. Aceste operatii necesita montarea de puturi si sonde care sa traverseze
cuvertura etansa permitand astfel masuratori specifice, monitorizari si evacuari de
substante. In acest scop se folosesc piezometre si sonde de aerisire.
Materialele folosite pentru etansare pot fi:
- materiale naturale cu permeabilitate foarte mica, practic impermeabile,
din categoria argilelor;
- geomembrane artificiale;
Pentru diminuarea permeabilitatii argilelor acestea se amesteca cu bentonita,
ciment sau alti lianti. Grosimea stratelor poate fi, dupa caz, de la cativa zeci de cm la
cativa metri.
Geomembranele folosite ca bariere antipoluante sunt sub forma de folii de grosimi
diferite si sunt fabricate din polietilena de densitate ridicata, polietilena clorata,
elastomeri, policlorura de vinil (PVC). Aceste membrane folosite pentru etansare trebuie
sa indeplineasca urmatoarele conditii :
impermeabilitate ;
rezistenta la atacul diferitelor substante (coroziune, oxidare) ;
rezistenta la solicitari mecanice (tasari, variatii periodice de temperatura) ;
rezistenta la intemperii ;
Din cauza sensibilitatii la radiatiile ultraviolete si la oxidare se practica acoperirea
membranelor cu materiale naturale protectoare imediat dupa instalarea in teren (straturi
succesive dediverse materiale).
33
In timpul montarii membranelor, operatia cea mai pretentioasa este asamblarea
acestora. Pentru o buna etanseitate si rezistenta se impune sudura speciala si nu lipire.
Daca ne permit conditiile de teren, pentru realizarea alveolei de etansare se pot
combina materiale sedimentare impermeabile cu geomembrane impermeabile si cu
membrane sintetice filtrante (asa-numitele geotextile).
Avantajele metodei sunt: grad redus de tehnicitate si costuri relativ scazute.
Dezavantaje: inghetul, uscarea si tasarea lucrarilor pot provoca fracturi ale
stratelor succesive sau scaderea impermeabilitatii alveolei. Poluantii nefiind distrusi ci
doar imobilizati, durabilitatea in timp este indoielnica.
Cu toate aceste incoveniente etansarea este o metoda des aplicata in tehnica
depoluarii. Ex. punerea in alveola a unui sol contaminat cu hexaclorciclohexan (HCH) in
SUA, in anul 1982, in Franta in anul 1984; in Japonia, in anul 1992; Halda Meda, in Baia
Mare, in anul 2003-2004, etc.
Varianta complexa de etansare
Blocarea hidraulica a migrarii poluantilor este o metoda care se aplica
provizoriu, in regim de urgenta, indeosebi cand poluantii au atins panza freatica si
ameninta sa se deplaseze in directia de curgere a apei subterane, spre o sursa de apa
potabila sau ape de suprafata.
34
Punerea in aplicare a metodei se face destul de usor, fara cheltuieli importante, In
urmatoarele conditii :
daca se cunosc conditiile hidrogeologice si hidrodinamice ale mediului
contaminat ;
daca unitatea dispune de bazine mari sau statii de statii, etc. care sa asigure
invulnerabilitatea poluantilor extrasi.
Stoparea migrarii poluantului se face prin instalarea unui put sau sonda de
pompare cu priza de apa sub nivelul zonei contaminate si evacuarea apei in exterior. In
jurul putului de pompare se creaza un con de depresiune spre axa caruia se indreapta prin
suctiune apa din apropiere, fapt ce blocheaza curgerea naturala a apei subterane spre raul
din apropiere. O problema importanta este stabilirea debitului minim de pompare pentru
blocarea curgerii naturale a apei subterane in conditiile unei dispersii reduse. In vederea
perturbarii minime a mediului subteran, apa depoluata se recomanda a se reintroduce in
acvifer printr-un put situat in aval de putul de pompare.
Avantajele metodei: simplitatea si usurinta punerii in aplicare, costul redus;
Dezavantaje: problema poluarii nu se rezolva ci se asigura doar timpul necesar
pregatirii aplicarii unei tehnologii cu caracter definitiv.
Stabilizarea si inertarea se aplica atat pentru solurile poluate cat si pentru
deseuri.
Stabilizarea consta in transformarea unui poluant solubil intr-un compus insolubil
pe baza unei reactii chimice sau in virtutea absorbtiei pe o matrice neutra. Ex. zeolitii,
argilele, gipsul, carbunele activ, silicatul de sodiu.
35
Inertarea sau solidificarea se bazeaza pe amestecul solului poluat cu anumite
produse adjuvante in scopul obtinerii unui material compozit solid, impermeabil si
nereactiv. Poluantii nu sunt distrusi ci doar imobilizati intr-o matrice stabila sau inerta.
Variantele aplicative ale acestor metode sunt:
Varianta “on situ” - presupune excavarea solului poluat si efectuarea
pe sit a amestecului cu adjuvanti si apa. Materialul compozit obtinut este redepus in zona
excavata in vederea intaririi. Aceasta metoda este mai laborioasa si mai costiditoare, dar
prezinta avantajul unei omogenizari corecte a produselor, ceea ce confera o calitate
superioara materialului solidificat.
Varianta “in situ” – consta in solidificarea solului poluat chiar in
mediul sau natural, fara a deranja structura intima a solului. Procedeele operationale de
acest tip necesita echipamente de lucru de tipul forezelor (burghie de foraj). Solidificarea
conform acestui procedeu se face prin injectarea unei paste de ciment la nivelul
burghiului de foraj. La retragerea burghiului se obtine o coloana cimentata.
`Procedeul cunoaste mai multe variante, in functie de situatia din teren si de
fondurile disponibile. Astfel, prin unele variante se urmareste realizarea de « pereti » din
coloane de ciment, alte variante folosesc burghie multiple obtinand astfel o productivitate
mai mare si o compactare a materialului compozit.
In ambele cazuri se utilizeaza paste din ciment-apa-sol, var-sol-cenusa de la
termocentrale, argile, zeoliti, gips. Aceste amestecuri constituie « pasta de liant
hidraulic » ce urmeaza a fi injectata prin diferite procedee. Adancimea maxima pana la
care se poate lucra este de circa 30 -40 m, iar productivitatea instalatiilor poate atinge 75
mc/ziua de lucru.
Avantaje: inlatura riscul migrarii poluantilor, deci nu necesita o urmarire si un
control minutios in timp; materialele utilizate sunt ieftine, usor de procurat.
Dezavantaje: dificultatea omogenizarii corecte in situ a materialelor, volatilizarea
partiala a unor produse in timpul procesului, cresterea volumului de material in sit prin
adaos de produse inertante.
Solidificarea prin cimentare este aplicata la decontaminarea solurilor poluate cu
metale grele (Zn, Pb, As, Cd, Cu, etc.), testele de lixiviere a metalelor grele evidentiind
reducerea de pana la 95% a cantitatii de substante lixiviate din solul poluat cimentat fata
de solul netratat.
36
Stabilizarea cu var sau cu argila poate fi eficienta pentru compusii hidrocarbonati,
solventii clorati, policloruribifenili (PCB), creozot si pesticide. In cazul solventilor si
hidrocarburilor exista riscul volatilizarii partiale a poluantilor in cursul executarii
operatiei de stabilizare.
b) Metode termice de depoluare a solurilor
Tratamentele termice sunt utilizate pe scara larga in cadrul tehnologiilor
industriale, al celor de depoluare, fiind adecvate atat pentru decontaminare cat si pentru
valorificarea energetica a deseurilor menajere si industriale. Datorita avantajelor pe care
le confera, tratamentele termice sunt cele mai utilizate metode de decontaminare. Ex. in
Olanda, Germania, Franta; SUA- aproximativ 1/3 din siturile poluate sunt decontaminate
prin tratare termica.
Principiul general al metodei consta in incalzirea materialului contaminat la
diferite temperaturi in vederea extractiei, neutralizarii, distrugerii sau imobilizarii
poluantilor. Desi principiul este simplu, tehnologiile de decontaminare termica aplicate in
prezent au un grad ridicat de complexitate, un segment important detinandu-l epurarea
gazelor rezultate in aceste procese.
Cele mai cunoscute metode de decontaminare termica sunt :
-incinerarea ;-desorbtia termica ;-vitrificarea ;Poluantii care se preteaza la tratare termica sunt in general poluanti organici, dar
metoda poate fi aplicata conditionat si pentru poluanti anorganici (metale grele volatile si
nevolatile).
INCINERAREA
Incinerarea este cea mai eficienta metoda de decontaminare in cazul poluarii cu
poluanti organici. Se poate aplica atat pentru soluri cat si pentru ape contaminate.
Principiul metodei consta in utilizarea temperaturilor inalte pentru distrugerea
poluantilor, transformandu-i in gaz carbonic, apa si reziduuri din continutul initial.
37
Din punct de vedere tehnic, utilajul de baza in cazul incinerarii este cuptorul
pentru incinerare care, din punct de vedere constructiv poate fi cu tambur rotativ (cel mai
utilizat), cu pat fluidizat, cu incalzire indirecta, etc.
Incinerarea efectiva se realizeaza de obicei in doua faze:
1. volatilizarea poluantilor la temp. ~ 400 ºC
2. distrugerea poluantilor la temp. 1000 ºC
La modul general si foarte simplificat, schema de principiu a incinerarii se
prezinta astfel :
Schema de principiu a incinerarii
Procesul de incinerare se desfasoara in trei etape de lucru :
1. Pretratare-etapa in care se face o pregatire obligatorie a
materialului ce urmeaza a fi supus tratamentului termic. Aceasta etapa include : uscare,
maruntire, clasare volumetrica, etc. in functie de instalatiile de proces.
2. Tratare termica efectiva-etapa in care materialul este introdus
in cuptor, este incalzit si amestecat in scopul volatilizarii poluantilor In cuptor se mentin
temperaturi in intervalul 200-600 ºC, interval in care majoritatea poluantilor se
volatilizeaza. Urmeaza apoi o faza cu temperaturi inalte, de peste 1000 ºC, in functie de
conditiile concrete, majoritatea poluantilor fiind complet descompusi in intervalul 1000-
1300ºC. Conducerea procesului de tratare termica efectiva necesita elaborarea unui
program de tratare in functie de parametrii materialului la intrare si de cerintele finale.
38
Cuptoarele de incinerare din ultimele generatii sunt dotate cu programe automate, dar
experienta practica arata ca randamente maxime se obtin prin combinarea programelor
automate cu pregatirea si experienta tehnologului. Dupa racire, materialul decontaminat
poate fi redepus in zona excavata.
3. Epurare a gazelor rezultate in timpul tratarii termice –etapa in
care gazele incarcate cu poluanti degajati in timpul procesului de tratare termica sunt
colectate si apoi epurate. Tratarea integrala a fluxurilor gazoase se face in trepte de
epurare, dupa cum urmeaza : desprafuire cu cicloane si filtre, postcombustie daca este
cazul, absorbtie uscata in filtre cu saci, microfiltrare. Scopul aplicarii acestei etape este
acela de a respecta incadrarea in valorile limita de imisie impuse de legislatia de protectia
mediului in vigoare.
Avantajele metodei de incinerare :
-randamente ridicate de depoluare, tehnica sigura ;
Dezavantaje :
-solurile incinerate devin sterile din punct de vedere agricol, din cauza
pierderii totale a materiei organice ; costuri relativ ridicate ; exista posibilitatea
transformarii unui sol poluat cu produse organice, intr-un sol poluat cu metale. De ex.,
daca solul contine in mod natural sulfat de plumb, care este inofensiv, prin incinerare
sulfatul de Pb se transforma in oxid de Pb care este toxic pentru organisme.
VITRIFICAREA
Procesul de vitrificare in situ consta in topirea solului la temperaturi de cca. 2000
ºC si transformarea acestuia, dupa racire, intr-un material vitros, inert si stabil din punct
de vedere chimic. Asadar, vitrificarea este un procedeu termic dar in acelasi timp si de
inertare si stabilizare.
Schema de principiu a vitrificarii
39
Fuziunea solului se obtine prin introducerea in zona contaminata a patru electrozi
dispusi in careu si alimentati de la o sursa de curent continuu. Pentru marirea
conductibilitatii electrice a solului si activarea reactiei in sol se aplica pe suprafata sitului
aflat in lucru un strat de foite de grafit si sticla fritata.
In final se urmareste formarea cu aluminosilicatii din sol a unei sticle silicate ce
incorporeaza elementele nevolatile si pirolizeaza compusii organici.
Gazele rezultate in timpul procesului de vitrificare sunt aspirate cu ajutorul unor
hote si apoi sunt filtrate prin procedeele cunoscute in functie de compozitia si cantitatea
in care rezulta.
Avantajele metodei de vitrificare:- -este o metoda ce se aplica in situ, protejand starea naturala a solului ;- -se obtin rezultate vizibile in timp relativ scurt (zile, saptamani) ;Dezavantaje:
-transformarea solului intr-o roca sterila, impermeabila si fara valoare agricola ;
-posibilitatea migrarii poluantilor in afara zonei contaminate chiar in timpul procesului de decontaminare ;
-cost ridicat ;Aceasta metoda este operationala deocamdata in faza de laborator si statii pilot.
DESORBTIA TERMICA
Este metoda de depoluare ce se recomanda in cazul poluantilor volatili si
semivolatili. Ex.: in cazul solventilor clorati, a compusilor aromatici, a policlorbifenililor
(PCB).
Principiul metodei consta in uscarea solului in uscatoare cu tambur rotativ la
temperaturi de 200-450 ºC, temperaturi la care se volatilizeaza cei mai multi poluanti.
Durata procesului de uscare este de la cateva zeci de minute la cateva ore, in functie de
natura poluantului.
Procesul se desfasoara etapizat, dupa cum urmeaza:
1. Incalzirea solului si volatilizarea poluantilor ;2. Tratarea gazelor rezultate in vederea separarii si concentrarii
poluantilor.Avantajele metodei :
Randamente bune – pana la 95 % ; costuri mai mici decat incinerarea; materia humica nu este distrusa; poluantii pot fi recuperati; exista metoda desorbtiei cu microunde (tehnica de lux) ;
Dezavantaje :Domeniu restrans de utilizare; timp mult si organizare pretentioasa ;
40
c) Metode biologice de depoluare a solurilor (biotehnologii) I
In natura, actiunea descompunatorilor (bacterii, fungi, viermi, vertebrate si
nevertebrate) este un fenomen cu rol foarte important in ciclurile materiei -in circuitul C,
al apei, al N, al S, al P, etc.- contribuind astfel la autopurificarea mediului si la
mentinerea echilibrului biosferei. Spunem in acest sens ca natura lucreaza ecologic-ea nu
produce deseuri. In natura nimic nu se pierde, nimic nu se castiga-totul se transforma ».
In esenta, biotehnologiile apeleaza la stimularea fenomenelor naturale de
dezvoltare a microorganismelor. Actionand in acest mod are loc accelerarea proceselor de
metabolizare a substantelor poluante pentru mediu, respectiv descompunerea treptata a
lor pana la substante chimice simple de tipul CO2, H2O, NH3, H2S, si altele.
Decontaminarea pe cale biologica a solurilor se bazeaza pe prezenta in mediul
subteran a multitudinii de microorganisme capabile sa descompuna o mare parte a
poluantilor organici si o buna parte a poluantilor anorganici.
Scopul metodelor de depoluare a solului este acela de reechilibrare a raportului C-
N2-P2 dintr-un anume sol. In general, in procesele de decontaminare biologica, proportia
stabilita intre carbon, azot si fosfor este de 100 :10 :1.
In cadrul metodelor biologice de depoluare se diferentiaza trei categorii distincte :
metode de biodegradare ;
metode de biolixiviere (lesiere bacteriana) ;
metode de bioacumulare.
Eficienta biotehnologiilor de decontaminare depinde de numerosi factori,
neexistand un procedeu standard care sa garanteze succesul pentru orice tip de sol, orice
tip de poluant si in orice conditii. In general se executa teste in laborator, se stabileste
reteta si apoi se trece la faza de teren. In aplicarea unei biotehnologii, exista anumiti
factori de influenta printre care se numara:
biodegradabilitatea poluantilor (vezi clasificarea D, P, R) ;
caracteristicile mediului supus depoluarii (tip de sol, pH, temperatura,
umiditate, permeabilitate, etc.);
tipul microorganismelor utilizate (aerobe, anaerobe, organotrofe, litotrofe);
41
oxidantul folosit in procesele aerobe (aer atmosferic, oxigen pur, ozon,
apa oxigenata, trioxid de azot);
substantele nutritive adjuvante –nutrienti minerali de tipul ortofosfatilor si
a sarurilor de amoniu, nutrienti organici de tipul metan, propan si melasa,
materiale organice inerte cum ar fi scoarta si paiele, agenti tensioactivi.
Privite in ansamblu, biotehnologiile de depoluare prezinta urmatoarele avantaje:
1. Sunt in general cele mai rentabile metode de decontaminare, avand cel mai
ridicat raport valoric calitate/cost;
2. Biodegradarea asigura o depoluare reala, prin transformarea treptata a
poluantilor in CO2, H2O si alte substante simple cu continut de N, S, P, etc., fara a se
apela la transferul poluantilor ;
3. Tratarea biologica este considerata ca fiind o metoda completa in sensul ca
se extinde la toate componentele mediului (sol, apa, aer) si poate fi aplicata in situ, on situ
si ex situ ;
4. Impactul biodecontaminarii mediului asupra opiniei publice este pozitiv ;
Fara a minimaliza avantajele ce le recomanda, un studiu obiectiv asupra
biotehnologiilor arata si limitele acestora, dupa cum urmeaza:
1. Metodele de biodegradare nu pot fi aplicate decat in cazul poluantilor
biodegradabili ;
2. Daca sunt aplicate in situ, biotehnologiile impun o buna permeabilitate a
solului si subsolului (mai mare de 10-6 m/s);
3. Daca poluarea este formata dintr-un amestec de poluanti, biodegradarea
poate fi inhibata de anumite produse care devin toxice pentru microorganisme ;
4. In anumite cazuri, procesele biologice in care sunt prinsi poluantii pot da
nastere unor metaboliti la fel de toxici sau chiar mai toxici decat poluantii initiali ;
5. Durata procesului de biodegradare a poluantilor este destul de lunga,
atingand cateva luni de zile in cazul decontaminarii in situ si on situ.
Dintre metodele biologice de depoluare a solurilor, cea mai larga aplicabilitate si
cele mai consistente avantaje le au metodele de biodegradare. Biodegradarea s-a dovedit
adecvata pentru urmatoarele grupe de poluanti :
42
Hidrocarburi petroliere : motorina, benzina, uleiurile minerale, benzen,
toluen, combustibil lichid usor ;
Deseuri de la exploatarea titeiului, namoluri si reziduuri uleioase ;
Produse si reziduuri organice din industria chimica de baza (alcooli,
acetona, fenoli, aldehide si alti solventi) ;
Compusi organici halogenati, incluzand solventii alifatici de tipul
tricloretilena, cloroform, a celor aromatici de tipul clorbenzen dar si a
policlorbifenililor (PCB) ;
Compusi complecsi de tipul hidrocarburilor aromatice policiclice si a
pesticidelor ;
Nitrati si sulfati.
Solul, subsolul si apa subterana reprezinta mediul normal de viata pentru multe
microorganisme (bacterii, virusuri, ciuperci, alge, protozoare, etc.). Bacteriile
predominante sunt cele de tipul: Pseudomonas, Bacillus, Arthrobacter, Flovorbacterium,
iar fungicidele predominante sunt : Tricoderma, Penicillium si Asperigillus. Este bine de
stiut ca 1 g de sol contine in conditii normale 106 – 108 microorganisme, iar 1 ml de apa
subterana nepoluata contine 104 microorganisme.
Procesul de biodegradare se dezvolta dupa o reactie in lant in care compusii
carbonului sunt transformati prin degradare succesiva in molecule din ce in ce mai putin
complexe pana la obtinerea CO2, H2O si alte substante simple. Produsele intermediare
obtinute in procesul de biodegradare sunt numite metaboliti.
Cele mai utilizate metode biologice decontaminare a solurilor si apelor subterane
sunt: biodegradarea in vrac, bioreactorul, biodegradarea in situ, bioventingul si
biospargingul, biolixivierea, bioacumularea si metoda zonelor umede. Fiecare dintre
aceste metode are un domeniu optim de aplicare.
Biodegradarea in vrac
Aceasta tehnologie reuneste ca principiu mai multe metode de biodecontaminare,
cele mai importante fiind compostarea, metoda “land farming” si metoda “biopile”.
43
Biodegradarea in vrac se aplica in exclusivitate materialelor solide, fiind utilizate de
regula pentru decontaminarea on situ a solurilor poluate cu produse organice.
Principiul de baza al biodegradarii in vrac consta in excavarea solului poluat si
dispunerea acestuia in vecinatatea locului de excavare, in conditii tehnice care
favorizeaza biodegradarea aerobica naturala. Principalele conditii care asigura accelerarea
procesului de degradare sunt:
Aerarea ;
Umiditatea ;
Aportul de nutrienti.
Sursa de microorganisme necesara proceselor de biodegradare provine in mod
obisnuit din flora bacteriana prezenta in sol, dar pentru accelerarea procesului de regula
este necesar si un adaos de microorganisme de cultura.
Compostarea sau « bioconversiunea » este cea mai veche si in acelasi timp cea
mai simpla tehnica de biodegradare in vrac. Produsul final al acestui proces este
compostul, adica un ingrasamant organic care poate fi folosit fara sa provoace dereglari
in procesul de crestere al plantelor sau in procesele bio-chimico-fizice ale solului.
Tehnica de lucru consta in excavarea solului contaminat si amestecarea acestuia
cu materiale organice grosiere (paie, scoarta, gunoi de grajd) cu rol de aerare, nutritiv si
de mentinere a umiditatii optime necesare dezvoltarii microorganismelor. Asadar
gramezile se uda si se intorc periodic.
Schema de principiu a compostarii
Datorita avantajelor pe care le prezinta, de-a lungul timpului s-au elaborat si
perfectionat mai multe metode de compostare, diferite in functie de natura deseurilor care
se supun procesului de fermentare (sortimentatie, cantitati disponibile intr-o anumite
44
perioada de timp, sursa deseurilor, etc.), de timpul necesar procesului, de utilajele folosite
sau de locul unde se aplica.
Cele mai cunoscute metode de compostare sunt : Procedeul Indore ; Procedeul Italcampo ;
Indiferent de metoda de compostare utilizata, se delimiteaza urmatoarele faze de
compostare:
1. Compostul brut sau partial fermentat - in aceasta faza materialele din compost pot
fi recunoscute ca origine. Raportul C:N este in jur de 20-25, mirosul este usor
neplacut, temperatura este peste 55 °C iar microflora si fauna de nevertebrate sunt
in plina dezvoltare.
2. Compostul semifermentat – in aceasta faza inca se mai recunosc materialele
originale. Raportul C:N este in jur de 18-20, mirosul neplacut a disparut,
temperatura se mentine in jur de 55 °C.
3. Compostul finit sau bine fermentat – in aceasta faza are loc descompunerea
avansata a materiei organice initiale si sinteza substantelor humice care dau
compostului culoarea neagra caracteristica si mirosul de pamant reavan. Raportul
C:N este in jur de 11-12, temperatura scade, iar continutul de substanta organica
este de cca. 55-60% din totalul substantei uscate.
4. Compostul suprafermentat sau mranita – in aceasta faza procesele microbilogice
au au depasit faza de sinteza a substantelor humice, continutul de substante
organice ajungand la 20-30 %.
1. Procedeul Indore de compostare
Compostarea dupa procedeul Indore se face cladind deseul organic (vegetal, animal,
gunoi de grajd sau orice alt deseu organic) sub forma unei gramezi cu sectiunea
triunghiulara, avand baza de 1,5 m si inaltimea initiala tot de 1,5 m iar lungimea in
functie de cantitatea de deseuri existenta.
Conditiile pe care trebuie sa le indeplineasca amestecul de deseuri pentru reusita
aplicarii acestui procedeu sunt:
Amestecul de deseuri sa aiba un raport C:N in jur de 33:1; Umiditatea amestecului sa fie cuprinsa intre 50 si 65%; Materialele din amestec sa formeze o gramada afanata care sa
permita desfasurarea proceselor aerobe.
45
In cazul in care amestecul de deseuri nu indeplineste intocmai aceste conditii, se
vor face operatii pregatitoare in functie de necesitati. Acestea constau in maruntire,
umectare, adaos de nutrienti pentru corectare raport C:N, cladirea gramezii pe o suprafata
impermeabila, s.a.
Procesele fermentative sunt dirijate prin operatii periodice de desfacere si
recladire a gramezii de compostare (o data la 2-3 saptamani), avand grija sa se realizeze o
amestecare cat mai buna a straturilor superioare cu cele inferioare si a celor de la interior
cu cele de la exterior. In toata perioada procesului de compostare temperatura in gramada
se mentine in jur de 60 °C.
Dupa cca. 3 luni, umiditatea in gramada se reduce sub 40% pentru ca procesele
fermentative sa inceteze, temperatura este in jur de 30 °C iar raportul C:N la acest tip de
compost este de 18:1 – 20:1.
In caz ca livrarea compostului nu se face imediat, se recomanda conservarea lui
prin cladirea in gramezi mari si acoperirea acestora pentru a evita influenta factorilor
externi (spalarea substantelor nutritive sub actiunea precipitatiilor, modificarea texturii,
declansarea unor procese de mineralizare, etc.).
2. Procedeul Italcampo
Acest procedeu de compostare se caracterizeaza prin inalta tehnicizare a conducerii
procesului de compostare si prin calitatea superioara a compostului.
In principiu, se prepara o „gramada–mama” din deseuri organice usor
fermentabile in care se inglobeaza biopreparate obtinute din culturi microbiene selectate
in laborator. Dupa ce fermentarea se declanseaza si cuprinde intreaga gramada-mama,
materialul in care s-au imnultit culturile de microorganisme este amestecat in proportie de
10% in gramada de compostare industriala care se cladeste sub forma de prisma. Se
recomanda ca prisma de lucru sa aiba sectiune triunghiulara cu baza de 6 m, inaltimea de
cca. 3 m iar lungimea dupa locul disponibil si dupa cantitatea de material ce urmeaza a fi
supus procesului de compostare.
In conformitate cu acest procedeu, fermentarea se desfasoara predominant aerob,
temperatura medie in gramada este de 55-65 °C, umiditatea optima este de 45-60%,
valorile mai ridicate fiind necesare la inceputul procesului de compostare iar cele mai
scazute la terminarea procesului, dupa cca. 3 luni de zile.
46
Pentru a se asigura conditiile optime de aerobioza, se procedeaza la remanieri
periodice. Acestea constau in amestecarea materialelor de la suprafata cu cele din interior
si a celor de la baza cu cele din partea superioara, o data la 20 de zile la inceput, apoi o
data la o luna de zile. Aceste remanieri se pot face, ca de altfel si construirea initiala a
gramezii, mecanizat, folosind de exemplu un tractor autoincarcator cu cupa. Forma pe
care o ia gramada este cea naturala care se obtine atunci cand se descarca materiale
fragmentate.
Dupa cca. 3 luni, compostul rezultat este cernut prin site mecanice cu ochiuri de
10 cm pentru separarea corpurilor dure si mari, apoi este trecut prin fata unui
electromagnet pentru separarea metalelor feroase. Dupa aceste operatii de sortare,
compostul se macina si se cerne prin site cu ochiuri mai mici in vederea livrarii (se
urmareste obtinerea unei granulatii uniforme si umiditate redusa). Pentru a usura
transportul, depozitarea si conservarea compostului, acesta se poate ambala in saci de
diferite marimi care se inchid ermetic.
Metode biologice de depoluare a solurilor (biotehnologii) II
Metoda « land farming » consta in tratarea solului prin executarea unor lucrari
cu specific agricol. Solul excavat este depus pe o suprafata plana intinsa, intr-un strat de
cativa cm si este sapat, intors si imbogatit fertilizanti. Aportul de fertilizanti amelioreaza
echilibrul nutrienti-sursa de carbon (poluanti), iar in cazul gunoiului de grajd creste
cantitatea de microorganisme disponibile. La intervale regulate solul este sapat si intors in
vederea aerarii si omogenizarii. In ultimele faze se pot cultiva leguminoase cu rol de
fixatori de azot, fapt ce le confera calitatea de «ingrasamant verde». Procesul de
biodegradare dureaza cateva luni de zile si este dependent de temperatura mediului
ambiant si de umiditatea constanta a zonei in lucru. Aceasta metoda este una dintre cele
mai simple din punct de vedere tehnic si se aplica cu randamente sporite in cazul
hidrocarburilor cu volatilitate redusa (ex. sol poluat cu motorina sau alti combustibili).
Metoda « biopile » se aplica in cazul decontaminarii solurilor cu continuturi
ridicate de substante volatile si acolo unde prin lege se interzice executarea operatiilor de
depoluare in aer liber.
47
Schema de principiu a metodei «biopile«
Solul in lucru se excaveaza, se depune in gramezi pe o suprafata impermeabila
usor in panta si inconjurata de rigole de scurgere si se acopera cu o membrana cu rol de
retinere si dirijare a gazelor rezultate. Aerarea gramezii se face cu ajutorul unui sistem de
conducte perforate instalate la baza gramezii, intr-un start permeabil format din pietris.
Prin dispozitivul de aspersiune se realizeaza umectarea solului si administrarea de
nutrienti si microorganisme.
Aceasta metoda necesita urmarirea continua si reglarea adecvata a pH-ului, a
temperaturii, umiditatii, gazelor evacuate si a continutului de poluanti. Periodic se
preleveaza probe de sol si se determina continutul de nutrienti, poluanti si compusi
intermediari. Ex. de aplicare a metodei: pentru soluri poluate cu HAP ; dupa 9 luni de
zile, prin aceasta metoda s-a inregistrat o reducere de la 80-120 mg HAP/kg sol la 20
mgHAP/kg sol; sau pentru soluri poluate cu uleiuri minerale : dupa 7 luni de zile, s-a
inregistrat o reducere de la 3000 mg ulei/kg sol la 80-120 mg ulei/kg sol.
Biodegradarea in situ – se recomanda in cazul unor extensii importante ale
poluarii atat in profunzime cat si lateral, in zonele in care sunt cladiri. Principiul metodei
consta in introducerea in zona contaminata a nutrientilor si a oxigenului in scopul crearii
conditiilor favorabile biodegradarii poluantilor.
48
Daca poluarea afecteaza numai zona nesaturata, solutia care contine nutrienti si
oxigen se administreaza in sol prin aspersiune la suprafata acestuia. Daca poluarea
afecteaza si zona saturata si zona nesaturata, se poate aplica :
Sistemul pasiv – care presupune administrarea solutiei atat prin
aspersiune, deasupra zonei contaminate, cat si prin puturi sau foraje de injectie instalate
in amonte de zona contaminate. Daca poluantul pluteste la suprafata panzei freatice,
administrarea solutiei se face preponderent prin aspersiune. Este foarte important ca
solutia sa ajunga rapid la poluant si contactul cu poluantul sa se fac ape o suprafata cat
mai mare.
Sistemul activ – se bazeaza pe administrarea solutiei cu substante nutritive
si oxigen prin puturi sau foraje situate in amonte de zona contaminata, fiind prevazut si
cu puturi sau foraje de pompare a apei situate in aval de zona contaminata. Utilizarea
sistemului activ este mai eficienta decat utilizarea sistemului pasiv, dar si mai scump.
In majoritatea cazurilor de biodegradare se foloseste flora bacteriana autohtona
specifica zonei contaminate.
Biolixivierea sau lesierea bacteriana consta in extractia prin solubilizare cu
ajutorul bacteriilor a elementelor metalice din solul contaminat. Prin aceasta metoda nu se
distrug poluantii ci doar se creaza conditii favorabile pentru separarea lor de mediul in
care se afla.
Aceasta metoda a fost practicata de romani inca din antichitate pentru extractia
metalelor din minerale si poate fi aplicata singulara sau in asociere cu metode de
solubilizare chimica.
Principiul metodei se bazeaza pe actiunea unor bacterii prezente in apele de mina
care au proprietatea de a oxida metalele, aducandu-le la forme usor solubile. De exemplu,
ferobacteriile Feroobacillus ferrooxidans sau Thiobacillus ferrooxidans aduc ionul feros
la ion feric iar sulfobacteriile Thiobacillus thiooxidans aduc sulfurile la sulfati.
Variantele aplicative ale metodei sunt in situ, in reactoare si in vrac, ultima fiind
cea mai utilizata.
Schema de principiu a biolixivierii in vrac o prezentam in figura urmatoare :
49
Aplicarea metodei impune operatii pregatitoare, (excavarea solului poluat,
maruntirea, umectarea si depunerea in gramada pe o suprafata impermeabila). Bacteriile
dezvoltate in medii de cultura se amesteca cu apa, se stropeste gramada cu aceasta
solutie ; in gramada solutia se incarca cu metale si acizi. Gravitational, solutia se
colecteaza la baza gramezii si apoi se face recuperarea metalelor prin diferite metode
folosite la prelucrarea substantelor minerale utile (cementare cu fier, extractie cu solventi,
fixare pe rasini schimbatoare de ioni, etc.).
Biolixivierea este o metoda de decontaminare simpla, eficienta si ieftina, folosita
in tehnica industriala, dar este dezavantajoasa din punct de vedere al duratei procesului de
decontaminare.
Bioacumularea - regrupeaza mecanisme diverse – asimilare, absorbtie de
particule, transport activ de ioni, complexare, precipitare - asociate acumularii poluantilor
de catre microorganisme si plante. Principalii poluanti care se preteaza la acest tip de
depoluare sunt metalele grele. Acestea nu sunt distruse prin bioacumulare ci doar
concentrate in vederea unei distrugeri ulterioare prin alte metode.
In mod simplificat, bioacumularea se prezinta sub doua forme:
bioacumularea pasiva se defineste prin fixarea elementelor poluatoare la suprafata anumitor microorganisme sau plante. Anumite microorganisme, cum sunt : Rhizopus, Mucor, Aspergillus si Penicillium pot fixa pe suprafata lor exterioara metale grele (atrag, absorb sau complexeaza) ; incarcarea cu poluanti este urmata apoi de alte procedee de decontaminare ;
bioacumularea activa consta in asimilarea poluantilor de catre celulele microorganismelor si plantelor . Spunem ca se realizeaza o bioacumulare activa atunci cand concentratia poluantilor in interiorul celulelor vii este mai mare decat concentratia poluantilor in exteriorul celulelor vii. Sunt capabile de bioacumulare unele alge unicelulare, bacterii, mucegaiuri. Pentru plantele superioare, speciile Thlapsi coerulescens pentru Zn, Cd, Cu si speciile Alyssum pentru Ni si-au dovedit capacitatea de bioacumulare. Cercetarile in acest domeniu sunt orientate spre transferul genelor rezistente de la plantele capabile sa asimileze poluanti la plantele cu capacitate mare de productie.
Aplicarea efectiva a acestei metode este deocamdata limitata deoarece impune
anihilarea poluantilor concentrati in plante si acest lucru nu are inca metode consacrate de
aplicare. De asemenea, durata procesului de decontaminare este lunga (ani de zile).
Metoda zonelor umede – se recomanda pentru biodegradarea si bioacumularea
poluantilor prezenti in apele menajere, in apele de mina (contaminate cu metale grele si
suspensii minerale) si in apele de la tratarea lemnului cu produse organice.
50
Metoda presupune amenajarea, in aval de sursele de poluare, a unor intinderi
mlastinoase care sunt strabatute de apele poluate. La trecerea apelor prin aceste zone
metalele grele sunt imobilizate de vegetatia specifica mlastinei (flora bacteriana, alge,
trestii si plante superioare) iar aciditatea mediului acvatic este redusa considerabil. In
cazul apelor menajere uzate, traversarea mlastinei determina biodegradarea substantelor
organice sub actiunea microorganismelor, precum si denitrificarea apei.
Schema de principiu a metodei zonelor umede
Procesele biologice si fizico-chimice care concura la depoluarea apelor din
mlastina sunt deosebit de complexe (conditii anaerobe, mediu constant, actiune catalitica
a bacteriilor, sedimentare fina, filtrare naturala, etc.).
Proiectarea unui sistem adecvat de epurare bazat pe metoda zonelor umede se face
luand in considerare urmatorii parametrii:
-suprafata si adancimea “zonei umede”;-numarul « bazinelor » inseriate ;-cantitatea de specii vegetale necesare ;-timpul de rezidenta a apei poluate in zona umeda ;
Valorile acestor parametrii depind de debitul si caracteristicile apei poluate, de
concentratia maxima in poluanti impusa apei la evacuarea in emisar, de conditiile
climatice locale, etc.
Exemple tipice de aplicare a metodei zonelor umede sunt : USA-pentru
decontaminarea apelor de mina si Franta-pentru epurarea apelor menajere uzate (serii de
lagune).
51
d) Metode chimice de depoluare a solului
Utilizarea metodelor chimice pentru depoluareasolurilor se face cu scopul de a
separa, distruge sau transforma poluantii in forme mai putin nocive prin provocarea unor
reactii chimice intre poluanti si anumiti reactivi administrati voluntar.
Procedeele chimice de depoluare sunt aplicabile cu mijloace tehnice cunoscute de
la tehnologiile chimice. Utilizarea reactivilor chimici in procesele de decontaminare
genereaza insa riscul unei poluari secundare si a unor accidente de munca. Totodata
costurile decontaminarii prin metode chimice se situeaza aproape intotdeauna la cote
ridicate.
Clasificarile facute pentru metodele chimice de depoluare se bazeaza pe criteriul
reactiei dominante: oxidare, reducere, neutralizare, precipitare, extractie chimica,
hidroliza, etc
EXTRACTIA CHIMICA
Principiul metodei consta in separarea poluantilor de mediul contaminat cu
ajutorul unor reactivi chimici adecvati tipului de poluare (solventi, acizi, baze) urmata de
recuperarea reactivilor si distrugerea poluantilor prin alte procedee. Asadar, prin aceste
metode nu se realizeaza o depoluare completa a sitului ci se creaza conditiile necesare
pentru depoluare.
Extractia cu solventi : este metoda cea mai des utilizata si se face in reactoare
speciale. Poluantii ce pot fi extrasi prin aceasta metoda sunt : hidrocarburi grele,
gudroane, hidrocarburi aromatice policiclice (HAP), policlorbifenili (PCB), pesticide
organice. Aceasta metoda se aplica in diferite variante, dupa cum urmeaza :
-cu solvent standard (alcan, alcool, cetona); In acest caz solventul se amesteca cu
solul excavat pana la formarea unui namol si apoi se face depoluarea acestuia prin flotare,
de exemplu;
-cu solvent lichid la limita presiunii de vapor saturat ;
-cu solvent a carui solubilitate depinde de temperatura ;
Concentratele de poluanti obtinute prin aceste procedee sunt distruse, izolate sau
revalorificate utilizand metode termice, izolare in depozite controlate, electroliza, etc. Ex.
de aplicabilitate practica: In Texas, un sol poluat de catre o fabrica de creozot.
52
Extractia acida : se utilizeaza in cazul solurilor poluate cu metale grele si este
cunoscuta in variantele in situ si on situ. Acizii folositi in acest caz sunt: HCl, HNO3,
H2SO4. Ca tehnica de lucru, zonele contaminate sunt impregnate cu acizi si, printr-un
sistem de drenuri colectoare solutia acida incarcata cu poluanti este recuperata si apoi
depoluata.
Extractia bazica: se utilizeaza in cazul solurilor poluate cu cianuri, amine, eteri,
fenoli, anumite metale si este cunoscuta in variantele in situ si on situ. Baza cea mai des
folosita ca si reactiv este soda caustica, NaOH. Tratarea cu solutie bazica a solului
contaminat cu cianuri, de exemplu, are ca efect solubilizarea cianurilor. Aceste solutii
sunt apoi acidifiate in cvederea precipitarii cianurilor, apoi din nou alcalinizate pentru a
refolosite. Metoda este foarte pretentioasa, dar a fost utilizata cu succes pentru
decontaminarea unor halde de steril minier sulfatat si cianurat.
OXIDAREA
Acest procedeu are ca principiu de baza provocarea reactiilor de oxidare de catre
un oxidant puternic care intra in contact cu poluantii din materialul supus tratarii. Practic
se utilizeaza O3 si H2O2, din motive de incompatibilitate cu procesele la scara
operationala.
Ozonul - O3 - este un gaz incolor, cu puternic potential de oxidare. Se utilizeaza
pentru degradarea directa a unor compusi organici din apele poluate sau din efluentii
lichizi. Neputand fi stocat, ca urmare a duratei sale scurte de viata (cateva minute in apa),
ozonul se fabrica direct pe sit.
Actiunea chimica a ozonului consta in diminuarea cantitatii de carbon organic
dizolvat in apa, cu formare de CO2. Cresterea continutului de O2 in mediul tratat
favorizeaza biodegradarea poluantilor prin stimularea dezvoltarii bacteriilor.
Apa oxigenata -H2O2 - este un oxidant mai puternic decat ozonul si are actiune
multipla: poate degrada compusii organici complecsi relativ refractari la biodegradare
(PCB, HAP, etc.) si poate modifica mobilitatea anumitor metale. De asemenea, prin
cresterea continutului de O2 in mediul contaminat se accelereaza biodegradarea
poluantilor.
Efectul apei oxigenate poate fi catalizat de actiunea razelor ultraviolete. Apa
poluata tratata cu H2O2 daca circula printr-o serie de compartimente iradiate cu raze
53
ultravilete, acestea vor cataliza reactia de oxidare datorita scindarii apei oxigenate in
radicali OH_, care reactioneaza cu moleculele organice provocand descompunerea lor in
H2O, CO2 si saruri. Tehnica se aplica pentru pluanti de tipul PCB, solventi clorati sau
hidrocarburi.
Aplicarea acestor oxidanti pe soluri in procesele de decontaminare se recomanada
numai daca solul respectiv indeplineste urmatoarele conditii :
Solul este bine aerat ; Solul este sarac in substante organice ;
Solul contine ioni de Fe+2 in proportie redusa, altfel oxidantul va fi
consumat in mod preferential pentru transfoemarea Fe+2 in Fe+3 ;
Solul nu contine pesticide de tipul aldrinului care, prin oxidare se
transforma in dieldrin, un produs toxic ce se degradeaza extrem de lent.
REDUCEREA
Din punct de vedere chimic aceasta este reactia inversa oxidarii si este identificata
in soluri ca fenomen fizico-chimic natural. Deci, prin aceasta metoda se doreste
accelerarea fenomenului de reducere naturala. Acest tip de reactie este utilizat cu
precadere pentru poluantii din categoria produselor organice (substante aromatice,
pesticide) si metale precum crom si seleniu.
Agentii reducatori folositi frecvent in decontaminare sunt metalele, in special
fierul, care se administreaza sub forma de pudra.
Procesul de reducere a compusilor organici include mai multe tipuri de reactii,
cum ar fi dehalogenarea sau saturarea ciclurilor moleculare aromatice. Prin acest
procedeu se urmareste intotdeauna transformarea unui produs toxic intr-un produs
inofensiv, conform reactiei :
Fe + H2O + Radical-Cl = Fe2+ + H2O + Cl- + Radical-H;
Sau transformarea clorbenzenului in ciclohexanol, conform reactiei:
Fe + 2 H2O + Radical-CH = CH-R = Fe2+ + 2 OH + R-CH2-CH2 – R;
Cea mai importanta aplicatie prin reactii de reducere o reprezinta transformarea
Cr+6- foarte toxic si mobil, in Cr+3- netoxic si mai putin mobil.
Principiul metodei consta in instalarea directa in situ, in aval de aureola de
dispersie a poluarii a unei bariere permeabile, o transee chimica umpluta cu fragmente de
54
fier si solutie acida. La traversarea transeei de catre apa subterana contaminata se produce
reactia de oxido-reducere care conduce in final la transformarea Cr+6 toxic si mobil (dar
cu concentratie mai mica de 30µg/l) in Cr+3 netoxic si cu mobilitate redusa.
In prezent aceste reactii sunt in faza de tehnica de laborator si statii pilot, dar cu
sanse de dezvoltare.
DECLORURAREA
Se stie ca, in principiu, cu cat o molecula este mai clorurata cu atat ea este mai
toxica. In aceste circumstante, decontaminarea solurilor urmareste reducerea gradului de
clorurare al unor compusi chimici recunoscuti pentru toxicitatea lor, cum sunt solventii
clorati si policlorbifenilii (PCB).
Principiul metodei consta in inlocuirea partiala sau totala a ionilor de Cl- din
poluantii organici cu radicali OH-. Procesul poarta numele de BCD (Base Catalysed
Decomposition). Reactia se desfasoara la cald, intr-un solvent (de ex. dimetilsulfoxid) si
in prezenta unor baze tari (NaOH, KOH) si a etilenglicolului.
Schema de principiu a procedeului de declorurare a solurilor poluate se prezinta
astfel :
Schema de principiu a procedeului de declorurare a solurilor poluate
Solul poluat excavat se pregateste pentru declorurare (se sorteaza, se marunteste,
se claseaza volumetric). Astfel pregatit materialul se introduce intr-un reactor impreuna
cu reactivii de declorurare. Amestecul astfel format se incalzeste la 200-300 ºC, iar gazele
55
rezultate sunt captate si tratate intr-o unitate speciala. Solul decontaminat este evacuat si
poate fi redepus in zona excavata.
Randamentul de declorurare prin aceasta metoda poate ajunge pana la 99% in
cazul PCB si pana la 60 % in cazul HAP.
PRECIPITAREA
Precipitarea se bazeaza pe proprietatea metalelor de a precipita in anumite
conditii. Ex. valori ale pH-ului, concentratia poluantului, natura agentului de precipitare,
etc. Pentru fiecare poluant se folosesc anumiti agenti de precipitare si se formeaza
anumiti produsi cu nocivitate scazuta (poluantii se transforma in compusi insolubili).
Tabel ……
Tablou sinoptic al precipitariiPoluant Agent de precipitare Produsi formatiCianuri Saruri de fier Ferocianuri greu solubile,
slab disociate, cu nocivitate scazuta
Sarurir ale metalelor alcaline
Var, hidroxizi alcaliniSulfati
Carbonat de calciu si hidroxid de magneziu greu solubiliSulfati greu solubili (ex. BaSO4)
Saruri ale unor metale grele XantatiSulfuri solubileProteine (deseuri de par, coarne, copite, sange, etc.)
Xantati metalici (ex. Cd)Sulfuri insolubile (ex. Hg, Cd)Combinatii insolubile (ex. pentru indepartarea Hg)
Sulfuri Saruri sau hidroxizi de fier Sulfura de fier insolubilaOrtofosfati Var sau saruri de fier,
aluminiu, magneziuFosfati metalici insolubili
Proteine Acizi lignosulfonici Combinatii insolubile cu valoare de furaj
Amine aromatice Poliizocianati Produsi de condensare valorificabili ca aditivi de uleiuri
56
14. Importanta solurilor si apelor subteraneSolul este factorul principal in asigurarea hranei omului si a celorlalte
vietuitoare.
Pe langa cerintele umane privind hrana, imbracamintea (plantele tehnice) si materialele
de constructie (lemnul, piatra, argila, etc.), nevoile moderne ale societatii actuale fac din
sol suportul de baza pentru cladiri, sosele, bazine de acumulare, spatii de agrement, etc.
In Europa, solicitarile de teren pentru activitatile social-economice au dus la
scaderea suprafetei arabile. Din aceasta cauza au fost luate masuri de crestere continua a
productivitatii solurilor. Aceste masuri au avut insa de cele mai multe ori consecinte
ecologice negative, nedorite.
De asemenea, solul are capacitatea de tamponare, respectiv retinere si
prelucrare a substantelor si energiilor din mediu. Aceasta capacitate este deosebit de
importanta pentru mentinerea echilibrului ecologic al planetei.
Activitatea proprie a solului depinde insa in cea mai mare masura de energia
primita de la soare. Plantele agricole folosesec mai putin de 1% din radiatia solara
fiziologic activa, restul energiei fiind acumulata in humus care devine astfel acumulator
global si distribuitor al energiei solare absorbite, solul fiind astfel o resursa energetica
reinoibila.
In ceea ce priveste apele subterane, acestea reprezinta faza cea mai stabila si mai
extinsa a apelor dulci terestre, fiind una din cele mai importante resurse de apa potabila
utilizate in lume. In fiecare an sunt extrase din subsol cca 600-700 miliarde de mc de apa,
volum ce reprezinta cel putin 1/5 din intreaga cantitate de apa folosita de om. Aceasta
importanta resursa naturala este utilizata masiv si in irigatii precum si in diferite sectoare
industriale.
In comparatie cu apele de suprafata, apele subterane prezinta urmatoarele
avantaje :
-caracter extensiv ;-accesibilitate pentru utilizatorii dispersati, mai ales pentru cei din mediul rural ;-resursa garantabila in toate anotimpurile ;-constanta de temperatura si calitate;-costuri de captare si tratare mici ;-protectie buna impotriva poluantilor antrenati de precipitatii sau diversati
accidental pe sol, evolutia poluarii fiind mult mai lenta ;
57
Ca dezavantaj, se poate mentiona faptul ca apele subterane contaminate cu diferiti
poluanti se depolueaza mult mai dificil decat apele de suprafata, datorita accesibilitatii
reduse la acvifere.
Asadar, aceste doua componente ale mediului inconjurator sunt si ele vulnerabile
la poluare, posedand mijloace limitate de autoprotejare care, daca sunt depasite, duc la
dezechilibre importante, ating sanatatea umana si ingradesc domeniile de utilizare ale
solurilor.
58