10. calitatea apelor subterane

8/14/2019 10. CALITATEA APELOR SUBTERANE

1/13

Hidrodinamica apelor subterane. Calitatea apelor subterane. 237

Capitolul 10

CALITATEA APELOR SUBTERANE

n condiiile n care calitatea apelor constituie o problem prioritar pe planmondial, iar singura surs de ape nepoluate o reprezint rezervorul de ape subterane,meninerea acestei rezerve reprezint o condiie vital pentru omenire. Apa subteraneste o surs bun de ap potabil datorit proprietilor solului, de purificare.Fenomenul de poluare apare uneori i n cazul apelor subterane, dei acestea sunt mai protejate dect apele de la suprafa.

Poluarea este o modificare a proprietilor fizice, chimice i biologice ale apei,restrngnd posibilitile de folosire a apei subterane, fcnd-o neutilizabil. Calitateaapelor constituie o component ecologic i economic a sistemului de gospodrire asurselor de ap.

Scopul final al studiului polurii apelor subterane l constituie realizarea unormodele de prognoz calitativ i cantitativ precum i stabilirea unor programe deoptimizare a investigaiilor asupra mediului.

Abordarea unei probleme de poluare (fig. 10.1) presupune:1) culegerea i tratarea informaiilor; 2) construirea i folosirea modelelor de prognoz; 3) verificarea modului n care se realizeaz prognoza. Culegerea i tratarea informaiilor presupune: - identificarea sistemului;- nregistrarea informaiilor numerice; - structurarea informaiilor ne-numerice (calitative);- optimizarea informaiilor i a controlului. Un model de prognoz a polurii apelor subterane trebuie s nglobeze: - curgerea n mediu poros, n regim saturat;- curgerea n mediu poros, n regim nesaturat;- modelarea matematic a dispersiei agenilor poluani n mediu poros. Datorit interinfluenei dintre freatic i apele de suprafa exist o

interdependen i din punct de vedere al calitii apelor. Apele de suprafa reprezintcondiii de frontier pentru domeniul freatic, att din punct de vedere hidraulic, ct idin punct de vedere al concentraiei poluantului.

Obiectivele studiilor de poluare a apelor subterane sunt:1) estimarea rapid a probabilitii de curgere accidental a poluantului spre un

pu de pompare;


2/13


2) definirea influenei unor poluani prezeni sau inevitabili n puuri, n specialca o funcie de regimurile de pompare;

3) definirea zonelor sensibile la poluare n scopul optimizrii amplasrii de noi puuri;

4) obinerea unui model la scar mare ca un suport cantitativ de prognoz iconducere;5) informarea prin simple vizualizri privind evoluia polurii. Scopul cercetrilor este ca pornind de la studiul experimental, pe modele, de la

experiene efectuate "in situ", pe baza rezolvrii matematice a problemei curgeriifluidelor n medii poroase i a problemei dispersiei, s se elaboreze modele de prognoz pentru cazuri reale de poluare.

Poluarea apei subterane poate fi de tip continuu sau accidental i se poate datoraunor poluani industriali, agricoli, sanitari.

Poluarea agricol este datorat apei de irigaie sau din ploaie, care transportmineralele, sarea, ierbicidele, pesticidele, ngrmintele, spre apa subteran. Oobservare atent a poluanilor admisibili arat c cea mai frecvent i cea mai periculoas form a polurii apelor subterane este cea cu substane miscibile. Trebuie sse in seama de faptul c micarea fluidelor este uneori bine descris prin neglijareaefectelor de combinare (este exemplul studiilor la scar mare i de asemenea al micrii poluantului prin ci prefereniale, n special cnd cantitatea de poluant este foarte micdar toxicitatea este mare).Exist cazuri n care fenomenul de dispersie nu poate fi neglijat. Astfel, problemele de poluare a apelor subterane sunt de dou tipuri: convective i dispersive.

10.1. SURSE DE POLUAREPrincipalele cauze de poluare ale acviferelor sunt:

1. Extragerea excesiv din puuri (mai mult dect poate asiguraacviferul) 2. Introducerea poluanilor n apele freatice prin intermediul apelor de suprafa:

a) din fosele caselor sau din tratarea apelor uzate, menajere; b) din efluenii industriali (apa uzat, neepurat suficient); c) din gunoiul solid amestecat cu apa;d) folosirea excesiv, n agricultur, a pesticidelor i a ngrmintelor; e) din scurgeri accidentale.

3. Salinitate excesiv. Aceasta se produce datorit precipitaiilor reduse care nu pot realimenta pnza freatic.

4. Poluare datorat sistemelor de canalizare deficitare. 5. Poluare datorat staiilor de epurare exploatate necorespunztor.


3/13


10.1.1. Generaliti asupra haldelor pentru depozitarea deeurilor.Influena haldelor asupra mediului

Haldele pentru depozitarea deeurilor transportate mecanic sau hidraulicinflueneaz n mod negativ mediul ambiant, n ceeace privete calitatea apelor desuprafa i subterane, calitatea aerului, a vegetaiei i a aspectului general al zonei, dacnu se iau msuri corespunztoare.


4/13


n ceeace privete apele subterane, avnd n vedere folosinele multiple icantitile limitate ale acestora, problema principal rmneaceea de a preveniimpurificarea, prin msuri eficace. Trebuie avut n vedere faptul c efectele deimpurificare ale acestor ape sunt aproape ireversibile i o mbuntire a calitii apei

chiar n timp ndelungat este pe ct de dificil pe att de costisitoare.Cantitatea i calitatea apei folosit la transportul i depozitatrea deeurilor

Cantitile mari de ap folosite pentru transportul i depozitarea deeurilor nhalde pun n special probleme de impurificare a apelor de suprafa i subterane i mai puin probleme de modificare a nivelurilor i debitelor.

Apa folosit la transportul i depozitarea deeurilor n halde i modific totalcaracteristicile fizico -chimice iniiale, ceeace are consecine nefavorabile asuprafolosinelor n zona haldelor. Raportul de diluare a amestecului ap- deeu influeneazcompoziia fizico- chimic a apei de transport.

Cantitile de ap rezidual provenite de la diferite instalaii de preparare aminereurilor se apreciaz a fi de ordinul:

- de la o flotaie de 250 t minereu/zi rezult 1000 m3 de ap; - de la o cianuraie de 250 t minereu/zi rezult 2000 m3 de ap; - de la o spltorie de 250 t minereu/zi rezult 2500 m3 de ap. n industria energetic, n ara noastr, cantitile de ap folosite la transportul

cenuii industriale n vederea depozitrii au fost apreciate la cca. 50 milioane m3/an pn n 1970 ajungnd, n anul 1980, la mai mult de 100 milioane m3/an.

Apa folosit la transportul deeurilor din industria minier i metalurgic coninefraciuni de reactivi, folosii n procesul tehnologic al preparrii, ca varul tehnic, cianurade sodiu, sulfatul de zinc, sulfatul de cupru, acidul sulfuric, carbonatul de sodiu,xantatul de sodiu, flotanololul, fosfacresolul, uleiul de pin, silicatul de sodiu, substaneradioactive.Indicatorul pH variaz de la puternic acid (pH = 3) la intens alcalin (pH = 10 11)la apele provenite din prelucrarea minereurilor feroase i neferoase i de pH = 3, la pH = 8 9, la preparaiile de crbune.

Din industria coloranilor, pigmenilor etc. rezult ape de transport cu omineralizare mare, cu o ncrcare n substane organice generate de prezena acetailor isubstanelor cu toxicitate crescut cum sunt: cromul, plumbul i zincul.

Din industria sodei rezult ape de transport puternic mineralizate, impurificatecu cloruri (de ordinul 75000mg/l) sulfai, calciu, magneziu. Indicatorul pH variaz ntre

12 13.n apa folosit la transportul cenuii industriale se gsesc cantiti mari de sulfaisolubili, urme de f ier, aluminiu, sulfuri metalice i alcalinoferoase, un indicator pH mare(variabil ntre 8.8 i 13).

Deeurile provenite din industria chimic prezint probleme deosebit de grele dedepozitare prin:

- cantitile mari, - diversitatea caracteristicilor fizico -chimice, mineralogice i mecanice, a

stabilitii lor n timp, sub influena mediului i a condiiilor de depozitare, - marea majoritate a deeurilor din industria chimic pun probleme deosebit de

grele de poluare, necesitnd msuri severe de protecie a mediului,


5/13


- deeurile hidrotransportate trebuie depozitate n halde realizate cu baraje deformare, dimensionate dup legile cunoscute ale barajelor,

- majoritatea terenurilor ocupate pentru depozitarea deeurilor hidrotransportatenu pot fi redate n circuitul agricol dect cu msuri speciale de stabilizare sau

consolidare, ntruct deeurile nu se pot consolida n mod natural, - n vederea unei exploatri normale i a proteciei mediului, toate haldeletrebuie prevzute cu AMC,

- n vederea micorrii cantitilor de deeuri de depozitat i a problemelor dedepozitare puse de aceste deeuri, se recomand revizuirea proceselor tehnologice ivalorificarea deeurilor la maximum, ca i evacuarea i depozitarea lor grupat nvederea anihilrii unor efecte toxice.

10.1.2. Influena reciproc dintre apele subterane i apele de suprafa

Starturile de ap subteran se alimenteaz din apele de suprafa, fie prininfiltraie pe versani, fie prin infiltraie din albia rului. n zonele n care rurilealimenteaz straturile subterane, modificrile de regim ale acestora modific i regimulapelor subterane. Astfel, la captrile din freatic, reducerea debitelor minime pe ru provoac o reducere a debitelor ce se pot extrage.

Schemele de gospodrire a apelor de suprafa pot influena n mod favorabilresursele de ap subteran n zonele acumulrilor, unde datorit ridicrii nivelului apeise asigur o alimentare mai bogat a straturilor subterane. n sens invers, n urmaamenajrii apelor subterane, n special ca urmare a prelevrii de debite din acestestraturi, se poate provoca o coborre a nivelului apelor freatice i deci se poate micoraaportul de debite din straturile subterane n ru. n cazul prelevrilor foarte intense poateapare chiar inversarea fenomenului, adic alimentarea resurselor subterane din cursurilede ap de suprafa (pe cursurile inferioare ale rurilor n zona de es, se ntmplfrecvent ca stratul s alimenteze rul).

Din punct de vedere al calitii, apele de suprafa constituie condiii de frontier pentru apele subterane, deci soluia problemei dispersiei n mediul poros (apa subteran)va fi influenat de concentraia substanelor poluante din apele de suprafa.

10.1.3. Poluarea apelor subterane datorit folosirii n agricultur a pesticidelor, a ngrmintelor minerale i a apelor uzate pentru irigaii.

Irigarea cu ape uzate menajere i industriale este un procedeu de epurareavantajos n condiiile n care nivelul apei subterane din zona respectiv nu este aproapede suprafaa solului. Infiltrarea n sol a apelor uzate este condiionat de capacitatea deadsorbie a solului. Aceast caracteristic a solului i confer posibilitatea de a reine ceamai mare parte din substanele i microorganismele din apa uzat, realizndu- se astfeli epurarea ei. Dar solul poate lsa s treac prin el o cantitate mai mare sau mai mic deap poluat care ajunge la stratul acvifer.

Dac normele de irigare corespund capacitii de adsorbie a solului, n cazulunui sol omogen, teoretic, apele uzate trecute prin sol ar trebui s nu mai coninsubstane poluante.

n numeroase cazuri apar fenomene de poluare a solului ca urmare amineralizrii mereu crescnde (n special nitrai i nitrii). Prezena unui coninut ridicat


6/13


de nitrai i amoniac indic o poluare organic cu ape uzate ca urmare a unei epurriincomplete a apelor uzate n zona de aerare a solului.

Folosirea excesiv a ngrmintelor chimice i a pesticidelor reprezint, deasemenea, o surs de poluare.

10.2 INTERPRETAREA ANALIZELOR CHIMICE I EVALUAREA CALITII APELOR SUBTERANE

10.2.1. Analiza srurilor coninute n apele subterane

Un buletin de analize a coninutului de substane chimice conine, n general,concentraia anionilor i cationilor identificai, n mg/l. Evaluarea calitii apei analizateconst n:

- verificarea corectitudinii analizei chimice pe baza echilibrului ntre anionii icationii identificai, - calculul duritii apei, - clasificarea apei subterane pe baza indicilor lui Palmer,- comparaii chimice bazate pe formula ionic. Rezultatele unei analize chimice sunt acceptabile dac diferena dintre suma

anionilor i cationilor (exprimat n mval/l) reprezint mai puin de 2 % din suma tuturor ionilor (n mval/l)

=r - r r + r

100 < 2 %A CA C

(10.1)

r A = suma coninutului n miliechivaleni a tuturor anionilor coninui, r C = suma coninutului n miliechivaleni a tuturor cationilor coninui.

Fie urmtorul buletin de analiz [Gheorghe,A., Zamfirescu,F.,..Aplicaii i probleme hidrogeologice, 1983]:

Tabel 10.1. Buletin de analiz Element Simbol Coninut (mg/l)

clor Cl- 16,0sulfat SO4- - 10,0

carbonat HCO3- 197,0azotat NO3- 4,0sodiu Na+ 24,0

potasiu K + 10,0calciu Ca++ 23,0

magneziu Mg++ 19,0amoniu NH4+ 2,0

Calculul coninutului n miliechivaleni (r) pentru fiecare ion se face raportndconinutul n mg/l al ionului respectiv n soluie, la echivalentul chimic E al ionului.

E =Masa atomica a elementului

Valenta elementului (10. 2)


7/13


Coninutul n miliechivaleni va fi :

r =continutul in (mg / l)

E (mval / l) (10.3)

r % = r r

100e le l

= coninutul n miliechivaleni, n procente = procent

echivaleni. r e l= suma miliechivalenilor anionilor i cationilor din soluie.

Pentru elementele din buletinul de analiz se face calculul lui cu relaia (10.1),grupnd anionii i cationii separat.

Tabelul 10. 2. Calculul echivalenilor chimici Ionul Masa atomic Valena Echivalentul chimic

ECl - 35,45 1 35,45SO 4

- - 96,06 2 48,03NO 3

- 62,00 1 62,00HCO 3

- 61,02 1 61,02Na + 22,99 1 22,99K + 39,10 1 39,10

Ca ++ 40,08 2 20,04Mg ++ 24,31 2 12,15NH 4

+ 18,01 1 18,01

Tabel 10. 3. Verificarea corectitudinii analizei chimiceAnioni mg/l r

(mval/l)

r

r

el

a c+ r 100

(%)

Cationi (mg/l) r(mval/l)

r

r

el

a c+ r 100

(%)

Cl- 16,0 0,464 5,79 Na+ 23,0 1,00 12,472SO4- - 10,0 0,208 2,594 K + 10,0 0,255 3,18

HCO3- - 199, 3,261 40,670 Ca++ 23,0 1,147 14,305 NO3- 4,0 0,065 0,810 Mg++ 19,0 1,563 19,493

NH4++ 1,0 0,055 0,684 r a - 3,998 49,864 r c - 4,02 50,136

%2


8/13


DP - duritatea permanent (dat de coninutul de sulfai i cloruri de calciu imagneziu);

Dt - duritatea temporar (dat de hidrocarbonaii de calciu i magneziu) Duritatea apei se exprim ngrade de duritate :

- grade germane [h] 1 mvall

Ca = 2,8 h

O ap cu un coninut de 1 miliechivalent de Ca sau Mg la un litru de ap, areduritatea de 2. 8h (grade hidrotermetrice).

- grade franceze 1h = 1, 79 grade franceze;- grade engleze 1h = 1, 25 grade engleze;- grade americane 1h = 1, 04 grade americane.Se mai poate defini duritatea de 1h ca fiind duritatea unei ape cu un coninut de

10 mg / l de oxid de calciu (CaO).Pentru proba de ap din buletinul de analiz, duritatea total este:

DT = (rCa + rMg) 2, 8 = (1, 147 + 1, 563) 2, 8 = 7, 588 h

Pentru determinarea duritii permanente i temporare trebuie s se analizezecompoziia chimic a apei pe baza principalelor tipuri de grupri existente n soluie.

Tabel 10.4. Calculul capacitilor de reacie Tipul gruprii Notaie Componeni Capaciti de reacie r (%)

pe componente totalAcizi puternici a Cl-+SO4--+NO3- 5,79+2,594+0,81 9,194Acizi slabi b HCO3- 40,67 40,67Baze puternice c Na++K + 12,472+3,18 15,652Baze slabe d Ca+++Mg+++NH4+ 14,305+

19,493+0,6834,484

innd seama de ordinea de reacie ntre principalele tipuri de grupri,compoziia chimic probabil a probei de ap va fi:

NaCl = 2 5,79 = 11,58 %rest Na = 12,472 - 5,79 = 6,682 %

Na2SO4 = 2 2,594 = 5,188 %rest Na = 6,682 - 2,594 = 4,088 %

NaNO3 = 2 0,81 = 1,62 %rest Na = 4,088 - 0,81 = 3,278 %

NaHCO3 = 2 3,278 = 6,556%rest HCO3 = 40,67 - 3,278 = 37,392 %

KHCO3 = 2 3,18 = 6,36 %rest HCO3 = 37,392 - 6,36 = 31,032 %


9/13


CA(HCO3)2 = 2 14,305 = 28,610 %rest HCO3 = 31,032 - 14,305 = 16,727 %

Mg(HCO3) = 2 16,727 = 33,454 %rest Mg = 19,493 - 16,727 = 2,712 %Vor rmne ncombinate 2,712 % Mg i 0,686 % NH4.

n concluzie apa nu conine sulfai sau cloruri de calciu sau magneziu. Duritatea permanent a probei D p = 0, iar duritatea total este identic cu cea temporar DT=Dt.

10.2.2 Clasificarea apelor subterane pe baza indicilor lui PALMER

Stabilirea echilibrului salin.Echilibrul salin al substanelor dizolvate n ap se stabilete prin combinarea

(nsumarea) grupelor de reacie, exprimate prin valoarea capacitii de reacie. Cele patru grupe de reacie a, b, c, d sunt prezentate n tabelul 10. 4.- Dac capacitatea de reacie corespunztoare grupei c este mai mare dect cea

corespunztoare grupei a (c a), se combin grupa bazelor alcaline cu grupa acizilor puternici (salinitate primar S1), iar surplusul din grupa c se combin pn laneutralizare cu o parte din grupa acizilor slabi (alcalinitate primar A1). Restul grupeiacizilor slabi (b), se combin cu bazele alcalinoferoase (d) (alcalinitate secundarA2).

- dac a (r %) c (r %), surplusul grupei acizilor puternici (fa de bazelealcaline) se combin cu grupa bazelor alcalinoferoase (d) rezultnd o salinitatesecundar S2, iar excesul de acizi puternici rmne liber n ap (salinitate teriar S3).

- Dac a (r %) c (r %) + d (r %), surplusul grupei bazelor alcalino - feroase(fa de acizii puternici) se combin cu grupa acizilor slabi rezultnd alcalinitateasecundar A2.

Calculul indicilor de salinitate (S) i alcalinitate (A) Grupele de reacie se combin numai n limitele valorii capacitii de reacie.

Astfel, indicii S i A (procent- echivalentul srurilor formate) se calculeaz prin sumavalorilor capacitilor de reacie ale grupelor de reacie (cnd grupele au valori egale). ncazul cnd grupele au valori diferite se calculeaz dublul valorii mai mici, surplusulgrupei cu valoare mai mare adugndu-se la valoarea grupei de reacie, intrnd nreacie n ordinea artat mai sus.

Tabel 10.5. Indicii PALMERAcizi Baze

puternicec

slabed

foarte slabee

puternicia

S1 salinitate primar

S2salinitate secundar

S3salinitate teriar

slabi b

A1alcalinitate primar

A2Alcalinitate secundar

A3alcalinitate teriar

a, b, c, d, e= grupele de reacie, exprimate n procente echivalente.

a: r % Cl-

+ r % SO4- -

+ r % NO3-

(produc salinitate)


10/13


b: r % CO3- + r % HCO3- + r % S - - (produc alcalinitate)c: r % Na+ + r % K + + r % Li+d: r % Ca+++ r % Mg++ e: r % Fe++ + r % Al+++

S1, S2, S3, A1, A2, A3 sunt indicii lui PALMER;S1, S2, S3 - indici de salinitate;A1, A2, A3 - indici de alcalinitate.

Tabel 10.6. Clasele de ape. Caracterizarea apelor funcie de indicii PALMER Clasa Indicii Formula Caracterizarea apelor

I S1, A1, A2 (A3) a c ape alcaline moi, aso-ciate rocilor cristalineizcmintelor petolifere

II S1, A2 (A3) a = c ape de tip intermediarIII S1, S2, A1 (A2) a c

a c + dape dure, asociate

rocilor sedimentareIV S1, S2 (A3) a = c + d ape cu compoziie

apr opiat de a apelor marine sau freatice

din regiuni secetoaseV S1, S2, S3 (A3) a c + d ape acide, asociatezc-

mintelor de minereuri, cuconcentr aii ridicate de ionide hidrogen i metale grele

Pentru proba din tabelul 10.1a = 5, 79 + 2,594 + 0,81 = 9,194 b = 40,67c = 12,472 + 3,18 = 9,194d = 14,305 + 19,493 + 0,686 = 3,484S1 = a + c = 9,194 + 9,194 (din 1,652) = 18,388Rest c = 15,652 -9,194 = 6,458 (baz puternic) se combin cu acid slab b

rezultnd A1 (alcalinitate primar) A1 = c + b = 6,458 + 6,458 (din 40,67) = 12,916Rest b = 40,67 - 6,458 = 34,212 (acid slab) se combin cu baz slab d,

rezultnd A2 (alcalinitate secundar) A2 = b + d = 34,212 + 34,212 (din 34,484) = 68,424 rest 34,484 - 34,212 = 0,272

(baz slab). Cu S1 = 18,388, a c, A1 = 12,916 A2 = 68,424 apa se ncadreaz n clasa I a

apelor alcaline moi.

10.3. REPREZENT RI GRAFICE PENTRU DEFINIREATIPURILOR DE AP

Cele mai utilizate diagrame sunt- diagrama ternar;- diagrama semilogaritmic (H. Schoeller - E. Berkaloff)


11/13


10.3.1. Diagrama ternar

Diagrama ternar const n dou triunghiuri echilaterale pe care sunt reprezentateconcentraiile anionilor i cationilor, n procente echivalente (r %).

Fig. 10.2. Diagrama ternar

Fiecare latur reprezint un procent de 50 %. Pe baza ncadrrii punctelor n unul din cele apte cmpuri, n care este mprit

triunghiul, se stabilete denumirea apei dup anioni (A) i cationi (C). Apa studiat este hidrocarbonat.

10.3.2. Diagrama semilo garitmic (H. Schoeller - E. Berkaloff)

Diagrama semilogaritmic(H. Schoeller - E. Berkaloff) este format din aptescri logaritmice corespunznd principalilor ioni :

- cationii Ca++, Mg++, Na++ K +;- anionii Cl-, SO4- -, CO3- + HCO3- -, NO3-.

Valorile sunt n mg / l.

Dou scri de referin ale miliechivalenilor i o scar pentru un ionsuplimentar. Scrile sunt astfel decalate nct pe o scar (n ordonat) s se poat citiatt coninutul n mg /l ct i miliechivalenii corespunztori acestui coninut.

Cu ajutorul acestei diagrame (figura 10.3) se poate analiza, pe baza coninutuluichimic al probei:- caracterul apei respective,- compararea apelor ntre ele (apele cu aceiai compoziie chimic au reprezentri

grafice paralele),- compararea valorilor reale cu cele admisibile (STAS-ul de potabilitate)

n diagrama din figura 10.3 sunt reprezentate prin puncte, valorile maximeadmisibile pentru ionii respectivi precum i reprezentarea grafic a apei din buletinul deanaliz. Apa este potabil,cu caracter carbonat.


12/13


Fig. 10.3. Diagrama Schoeller -Berkaloff. Coninuturi maxime admisede STAS-ul de potabilitate


13/13


10.3.3. Diagrama PIPER-TRILINEAR

Cationii i anionii dintr -o prob sunt desenai separat n dou triunghiuri.Compozitia chimic este determinat prin proiecia acestor puncte n rombul central.

Concentraiile ionice sunt desenate n procente de echivaleni pe litru, calculate separat pentru cationi i anioni. Echivalenii pe litru sunt calculai prin raportul ntre valoarea nmg/li greutatea atomic, nmulit cu valena ionului.

Fig.10.4. . Diagrama PIPER-TRILINEAR [Handbook of hydr.1992]

10. calitatea apelor subterane

Documents