Chimie Anorganică

e−Chimie 124

5. PRINCIPALII POLUANŢI AI APEI, SOLULUI, AERULUI ŞI INFLUENŢA ACESTORA ASUPRA MEDIULUI. CĂI DE PREVENIRE/REDUCERE A POLUĂRII

5.1 Prezentarea componentelor de mediu: apă, sol, aer Apa reprezintă o componentă principală a mediului, foarte importantă pentru toate formele de viaţă. Apa acoperă aproximativ 70,9% din suprafaţa Pământului. Din aceasta circa 97% se găseşte în oceane, 2,4% în gheţari şi calote glaciare, 0,6% în râuri, lacuri şi iazuri. O cantitate mică din apa de pe Pământ este conţinută în organisme şi diferite produse. Atmosfera conţine aproximativ 0,001% apă sub formă de vapori, nori şi precipitaţii. Cantitatea mare de apă de pe Pământ, ca întindere şi ca volum, a făcut ca ea să constituie un înveliş important al planetei numit hidrosferă. Între toate cele trei învelişuri ale planetei hidrosferă, atmosferă (masa de aer care înconjoară Pământul pe o grosime de 3000 km) şi litosferă (învelişul solid situat la exteriorul Pământului cuprins între 0 şi 30 kilometri pe continente şi între 0 şi 10 km sub fundul oceanelor) există o strânsă legătură prin schimbul permanent de energie şi materie. Apele naturale sunt reprezentate de ape stătătoare (lacuri, mlaştini), ape curgătoare (râuri, fluvii, izvoare), mări şi oceane, ape subterane. Proprietăţile acestora sunt definite de substanţele prezente în apă. Impurităţile existente în mod natural în apă pot fi solide, lichide sau gazoase şi sunt dispersate în apă sub formă de suspensie respectiv emulsie, în stare coloidală sau dizolvate. Indicatorii folosiţi pentru caracterizarea apelor sunt: duritatea, substanţele dizolvate (TDS), turbiditate, carbon organic total (COT), consum chimic de oxigen (CCOCr sau CCOMn), culoare, consum biochimic de oxigen (CBO5). Substanţele minerale dizolvate prezente în apele naturale sunt bicarbonaţii, carbonaţii, clorurile, sulfaţii de calciu, sodiu, magneziu, potasiu a cǎror concentraţii sunt cuprinse între 1 şi 1000 ppm. Azotul, fosforul, fierul, manganul, siliciul, fluorul sunt prezenţi în concentraţii cuprinse între 0,01 şi 10 ppm. Substanţele minerale prezente în apele naturale provin din procesele de eroziune a solului, de percolare a sedimentelor şi de alterare a rocilor. Conţinutul acestora este modificat în urma proceselor metabolice şi de transport hidrologic. Organismele acvatice intervin direct asupra concentraţiei compuşilor din apă prin consumarea, transformarea sau stocarea acestora în procesele metabolice, sau indirect, prin modificarea concentraţiei compuşilor care sunt importanţi în echilibrul acvatic. Activitatea metabolicǎ a microorganismelor prezente în apǎ, modificǎ prin producerea şi consumarea de dioxid de carbon, pH-ul apei care mai departe determinǎ distribuţia compuşilor carbonici, a fosfaţilor, a sulfurilor, a ionilor de fier si aluminiu, acizilor organici, precum şi modificarea valorilor de saturaţie a compuşilor precipitabili care se formeazǎ în timpul reacţiilor acid-bazǎ. Solul reprezintă un component al ecosferei alături de atmosferă şi hidrosferă, fiind un strat natural situat la suprafaţa scoarţei terestre, cu proprietăţi şi funcţii specifice (capabil să întreţină viaţa plantelor terestre). Solul s-a format prin acţiunea îndelungată şi conjugată a unor factori interdependenţi asupra rocilor. Principalii factori sunt: clima, vegetaţia şi apa. Procesele de transformare au condus la apariţia fenomenului de pedogeneză. Solificarea (pedogeneza) este procesul complex de natură preponderent biologică, prin care la suprafaţa terestră se acumulează materie organică moartă şi prin care au loc transformările mineralelor şi a materiei organice în prezenţa activităţii micro şi macroflorei.

Chimie Anorganică

e−Chimie 125

Solul este alcătuit din: 1. o fază solidă care este datǎ de partea minerală şi organică cu cel mai important component complexul argilo-humic; 2. o fază lichidă, soluţia solului care constǎ din apa conţinută în sol în care s-au dizolvat săruri precum şi diverşi compuşi organici; 3. o fază gazoasă care constă din aerul din porii solului cu un ridicat conţinut de CO2 şi alte gaze rezultate din metabolismul microorganismelor (figura 5.1).

1-rădăcina 2-apa adsorbita de către particulele de sol 3- particule cu sol 4-spatii cu aer 5-sol saturat cu apă 6-drenarea apei subterane

Figura 5.1. Structura fină a solului cu ilustrarea fazelor solidă, lichidă şi gazoasă

Solurile tipice sunt împărţite pe straturi distincte pe adâncime denumite orizonturi. Stratul superior al solului este orizontul A care se caracterizeazǎ printr-o activitate biologică maximă conţinând majoritatea materiei organice. Orizontul B sau subsolul constă din materii organice, săruri şi particule de argilă infiltrate din solul superior. În acest strat procesele biologice cum este degradarea bacteriilor din biomasa plantelor reziduale, produc într-o oarecare măsură CO2, acizi organici şi compuşi complecşi, compuşi care au fost transportaţi de către apele pluviale în straturile joase ale orizonturilor unde ei interacţionează cu argilele şi alte minerale şi au ca rezultat alterarea mineralelor. Orizontul C este compus din roci caracteristice originii fiecărui sol. Rocile primare din care s-a format solul au un rol important pentru determinarea compoziţiei solului.

1- vegetatie 2- orizont „A”(strat superior al

solului) 3- orizont „B” (subsolul) 4- orizont „C” (roci primare

dezagregate) 5- strat de rocă

Figura 5.2. Profilul solului ilustrat prin orizonturile solului

Chimie Anorganică

e−Chimie 126

Între fazele care alcătuiesc solul au loc permanente schimburi de substanţă: dioxidul de carbon se dizolvă în apă, se formează acidul carbonic care disociazǎ şi formează ioni de hidrogen. Aceştia dizolvă cationii reţinuţi pe complexul argilo-humic (micelii coloidale) mobilizând calciul, magneziul şi au ca efect final debazificarea solului. Efectul este intensificat de aportul de acizi poluanţi (sulfuric şi azotic) proveniţi în special din ploile acide şi conduc la mobilizarea fierului şi a aluminiului determinând efecte toxice asupra organismelor. Invers, în cazul în care se adăugă un amendament bazic (calcar, dolomită), ionii de hidrogen din complexul argilo-humic sunt dizlocuiţi de ionii de calciu şi magneziu determinând creşterea gradului de saturaţie a solului în baze. Echilibrul care se stabileşte între ionii din soluţie şi faza solidă se modifică permanent sub acţiunea microorganismelor datorită asimilării de către plante precum şi datorită aportului de substanţă din exterior (îngrăşăminte, poluanţi). În urma acţiunii organismelor vii (vegetale şi animale din sol) se formează humusul cel mai important produs al proceselor pedogenetice. Aprovizionarea solului cu apă este un factor determinant al fertilităţii care depinde de: permeabilitatea solului, puterea de reţinere, pierderea apei şi de factorii hidrogeologici. Indiferent de sursă (precipitaţii, pânzele freatice, scurgeri de suprafaţă, scurgeri din interiorul solului, irigaţii), în sol apa este supusă unor forţe care determină reţinerea sau mişcarea ei. Fertilitatea solurilor se caracterizeazǎ cu ajutorul proprietăţilor specifice tipurilor de sol. Astfel, fertilitatea unui sol podzolic depinde de gradul de saturaţie în baze şi de cantitatea de aluminiu mobil. Fertilitatea solurilor mlăştinoase este determinată de aprovizionarea cu potasiu şi fosfor şi de eventuale carenţe în calciu, magneziu, bor, cupru şi zinc, iar fertilitatea unui sol organic alcalin de eventuale carenţe în magneziu, bor, cupru şi zinc.

Activitatea umană conştientă poate dirija fertilitatea solului, în sensul creşterii acesteia, deplasând echilibrul ecologic în limite raţionale, dar poate determina şi o reducere a resurselor naturale din sol ducând de la reducerea fertilităţii până la transformarea terenurilor fertile de odinioară în deşerturi şi pustiuri. Principalii componenţi ai solului sunt de origine minerală şi de origine organică. Constituenţii minerali sunt substanţele minerale din formaţiunile de roci primare nealterate (pietre, nisipuri), formaţiunile secundare provenite din alterarea chimică a rocilor primare (minerale argiloase, argile) şi de alte săruri şi reprezintǎ 60-90% din masa solului.

Tabelul 5.1. Compoziţia mineralogică a solului Mineralele din sol

Minerale primare provenite din rocile primare fără nici o modificare a structurii chimice

Silicaţi şi aluminosilicaţi ai unor metale

Minerale secundare provenite din rocile primare sau secundare prin modificarea structurii chimice a mineralelor primare sau prin naşterea de combinaţii noi în procesul de alterare chimică

Minerale argiloase (aluminosilicaţi hidrataţi) Oxizi şi hidroxizi de siliciu, aluminiu, fier şi alte metale sau metaloizi Diferite săruri: carbonaţi, sulfaţi, fosfaţi, azotaţi, cloruri

Constituenţii organici ai solului sunt compuşi nehumici (resturi organice proaspete, produşi intermediari de descompunere a masei vegetale şi faunei regăsite după moarte în sol şi microorganismele participante la diferite procese biologice) şi compuşi humici (substanţe organice macromoleculare cu structură foarte complexă, rezultate în urma policondensării şi polimerizării produşilor de

Chimie Anorganică

e−Chimie 127

descompunere). Microorganismele solului au un rol esenţial în cataliza proceselor redox. Rădăcinile plantelor eliberează în sol acizi organici, odată cu exudatele şi joacă un rol foarte important în circuitul elementelor în sol. Zona din sol influenţată puternic de activitatea rădăcinilor plantelor se numeşte rizosferă. Ponderea diverşilor compuşi organici în plante şi în sol este prezentată în tabelul 5.2.

Tabelul 5.2. Compuşii organici din sol

Compuşii Compoziţia materiei organice în plantele mature, %

Compoziţia materiei organice din sol, %

Celuloze 20÷50 2÷10 Hemiceluloze 10÷20 0÷2 Lignina 10÷30 35÷50 Grăsimi, substanţe tanante, ceruri 1÷8 1÷8 Protide 1÷15 28÷35

Cele trei invelişuri ale scoarţei terestre sunt strâns legate între ele, nu se pot discuta separat şi cea mai evidentǎ legǎtura este planta. Pentru producţia majorităţii culturilor sunt necesare cantităţi mari de apă. Pentru a produce un kg de fân uscat sunt necesare câteva sute de kg de apă. Apa din sol (prezentă în proporţie de 1÷50%) participă la descompunerea fizico-mecanică a rocilor primare, la transformările chimice din procesul de mineralizare a compuşilor organici şi reprezintă mijlocul de bază pentru transportul nutrienţilor esenţiali plantelor din solul solid către rădăcina plantelor şi apoi mai departe prin tulpină către frunze (figura 5.3).

Figura 5.3. Schema transportului apei de către plantele

din sol în atmosferă Apa trece în atmosferă din frunzele plantelor printr-un proces de transpiraţie. Datorită faptului că particulele solului au dimensiuni mici prezentând pori capilari, faza apoasă nu este total independentă de conţinutul în materie solidă a solului. Există o foarte puternică interacţiune între materia organică solidă şi apa din sol. Dacă solul începe să se satureze cu apă atunci el suferă modificări serioase ale proprietăţilor fizice, chimice şi biologice. Oxigenul prezent în acest tip de sol este rapid utilizat de către microorganismele aerobe pentru respiraţie ceea ce duce la o scădere a conţinutului de materie organică din sol. În acest mod se rup legăturile dintre particulele coloidale din sol şi în acest mod se distruge structura solului. Un exces de apă în sol influenţeazǎ negativ creşterea plantelor şi solul nu mai conţine aerul necesar majorităţii plantelor rădăcinoase (cu excepţia culturilor de orez).

Chimie Anorganică

e−Chimie 128

Test de autoevaluare nr. 5.1

1. Indicaţi categoriile de ape naturale. 2. Menţionaţi sursele de substanţe minerale din apă. 3. Menţionaţi principalii indicatori folosiţi pentru caracterizarea apelor. 4. Precizaţi rolul organismelor acvatice asupra concentraţiei substanţelor prezente în apă. 5. Definiţi solificarea. 6. Enumeraţi principalii componenţi ai solului. 7. Menţionaţi principalele orizonturi ale solurilor. 8. Precizaţi rolul microorganismelor din sol asupra compoziţiei chimice a acestuia. 9. Definiţi rizosfera.

Atmosfera se defineşte ca stratul gazos care înconjoară Pământul cu rol determinant în apariţia şi menţinerea vieţii, fiind una din caracteristicile de bază care diferenţiază planeta Pământ de alte planete ale sistemului Solar. Din punct de vedere al compoziţiei se apreciazǎ că există un număr foarte mare de compuşi care alcătuiesc atmosfera şi care pot fi formal clasificaţi în compuşi permanenţi (cu o concentraţie relativ stabilă) şi compuşi variabili (cu o concentraţie care variază în timp şi este dependentă de o serie de factori naturali sau antropogeni). Compoziţia atmosferei se prezintǎ astfel: 1. componenţi principali: azot 78,084%, oxigen 20,946%; 2. componenţi secundari: argon 0,934%, dioxid de carbon 0,033%, neon 18ppm, heliu: 5 ppm; 3. componenţi variabili: vapori de apǎ, ozon, dioxid de sulf, oxizi de azot, monoxid de carbon, hidrogen, compuşi organici volatili (COV), particule solide, ioni sau radicali liberi. Compoziţia atmosferei terestre este variabilă în spaţiu şi timp. Variază foarte mult cu altitudinea. Din punct de vedere structural, atmosfera terestră se subdivide în 5 “sfere” principale între care există 4 “subsfere” (figura 5.4): I -Troposfera (cel mai „subţire” strat) se caracterizează printr-o mare instabilitate pe verticală şi pe orizontală. Aici se produc multe fenomene meteorologice, temperatura scade cu altitudinea (în medie cu 6,5ºC/km) şi la limita superioară se ating valori de -55ºC. În acest strat se concentrează aproximativ 80% din totalul gazelor atmosferice şi tot aici este localizată şi limita superioară a biosferei. Tropopauza este un strat cu o grosime de câţiva km caracterizat de temperaturi scăzute şi care joacă un rol deosebit în transferul poluanţilor între cele două straturi, troposferă şi stratosferă. II – Stratosfera este zona unde se formează stratul de ozon cu rol protector asupra sistemelor biotice de pe Pǎmânt care reţine radiaţiile UV în proporţie de peste 98%. Temperatura creşte cu altitudinea de la valori de -55ºC spre valori apropiate de 0ºC. Aici instabilitatea este extrem de mare şi se întâlnesc „curenţii fulger” a căror viteză este de ordinul sutelor de km/orǎ şi cu direcţia de deplasare de la V la E (direcţie dată de agitaţia termică a moleculelor de gaz, de viteza şi sensul de rotaţie terestră) cu rol în dispersia poluanţilor (proveniţi din sursele naturale sau sursele antropogene). Stratopauza este caracterizată de o creştere uşoară a temperaturii şi o scădere semnificativă a densitǎţii aerului.

Chimie Anorganică

e−Chimie 129

Figura 5.4. Schema generală structurală a atmosferei

III - Mezosfera are grosimea de 50÷70 km, cu o variaţie de temperatură mult mai pronunţată. Este stratul caracterizat de valori scăzute şi foarte scăzute ale temperaturii (sub -80ºC). Atmosfera este foarte rarefiată, iar presiunea atmosferică scade la valori extrem de mici de ordinul 10-5 atm. Mezopauza face trecerea spre zona temperaturilor ridicate ale următorului strat. IV – Termosfera are grosimea de câteva sute de km cuprinzând ionosfera şi magnetosfera. Caracteristica de bază a stratului este o ionizare puternică a particulelor existente, cu furtuni ionice şi magnetice care generează aurora boreală. V -Exosfera este ultimul strat atmosferic a cǎrui grosime este de ordinul miilor de km. Stratul se caracterizeazǎ printr-o rarefiere treptată până la dispariţia completă a stratului de gaze care înconjoară Pământul. Raportul dintre componentii atmosferei este relativ constant până la o altitudine de aproximativ 100 km după care se înregistreazǎ o creştere a ponderii He şi apoi de H2 concomitent cu formarea unor specii ionice, radicalice, electroni liberi. Concentraţia gazelor descreşte pronunţat cu altitudinea, înregistrând o rarefiere puternică la altitudini mari. Compoziţia, structura şi proprietăţile atmosferei joacă un rol important în procesul de poluare atmosferică atât în ceea ce priveşte răspândirea poluanţilor primari, cât şi generarea poluanţilor secundari sau desfăşurarea unor procese cu efecte negative asupra unor componenţi naturali, cum ar fi distrugerea stratului de ozon stratosferic.

Test de autoevaluare nr. 5.2

1. Definiţi atmosfera. 2. Menţionaţi principalii compuşi existenţi în atmosferă. 3. Enumeraţi principalele „sfere” ale atmosferei. 4. Indicaţi cum variazǎ compoziţia atmosferei cu altitudinea.

5.2. Poluarea mediului Termenul de poluare provine de la substantivul latin pollutio care înseamnǎ profanare sau murdǎrire. Iniţial poluarea apelor a fost un proces natural datorat proceselor şi fenomenelor naturale. Ulterior activitatea economică, dezvoltarea continuǎ a industriei extractive şi a celei producǎtoare de bunuri materiale, a transporturilor şi comerţului a condus la poluarea masivǎ. Se defineşte poluarea ca fiind introducerea într-un mediu natural a unor componente (fizice, chimice, biologice) care interferează cu sănătatea umană, calitatea vieţii sau funcţia naturală a ecosistemelor (organismele vii şi mediul în care trăiesc). Chiar dacă uneori poluarea mediului este un rezultat al fenomenelor

Chimie Anorganică

e−Chimie 130

naturale cum ar fi erupţiile vulcanice, cea mai mare parte a substanţelor poluante provine din activităţile umane. Poluarea înseamnǎ alterarea caracteristicilor celor trei sfere ale pǎmântului: atmosferǎ, hidrosferǎ, litosferǎ. Suprafaţa globului este acoperită de apă în proporţie de 2/3, iar restul de uscat. Populaţia globului este în continuǎ creştere ceea ce înseamnǎ un consum din ce în ce mai mare de apǎ, o presiune asupra resurselor naturale de apǎ ale planetei ceea ce implică de multe ori şi o calitate mai slabǎ a acestora. O apǎ cu caracteristici modificate faţă de cele naturale poate fi definită ca o apǎ poluatǎ. Poluarea datoratǎ activitǎţii umane a devenit din ce în ce mai accentuatǎ în urma revoluţiei industriale. Atât timp cât populaţia globului a fost mai puţin numeroasă, poluarea nu a reprezentat o problemă gravă şi apele oceanului erau suficient de mari încât efectele poluării erau reduse. În zilele noastre populaţia planetei determină o poluare masivă care pare a fi fără limite.

5.2.1. Surse de poluare chimică Orice activitate în urma căreia are loc eliminarea de poluanţi în mediu constituie o sursă de poluare chimică. Un poluant este transportat în mediu prin căi specifice (de exemplu, sub acţiunea curenţilor de apă – în cazul poluării apei, prin intermediul apei infiltrate din precipitaţii în cazul poluării solului, prin difuzie sau sub acţiunea curenţilor de aer – în cazul poluării aerului). Sursele de poluare se clasifică după posibilitatea de delimitare a sursei în:

• surse punctuale (localizate) - surse individuale, uşor de identificat, caracterizat şi controlat, clar delimitate. De exemplu, transportul apelor uzate se realizează prin conducte sau canale care le conduc la evacuare în apele de suprafaţă prin guri de evacuare sau de scurgere (surse punctuale). Dacă apele reziduale nu sunt epurate înainte de evacuare, ele reprezintă un potenţial risc de poluare a mediului. Principalele activităţi generatoare de ape uzate sunt industria, zootehnia, mineritul şi dar şi gospodăriile umane care generează ape menajere. In cazul poluǎrii atmosferei gazele reziduale sunt evacuate prin coşuri înalte (surse punctuale) care dispersează poluanţii la mari înălţimi. Toate instalaţiile industriale sunt obligate să purifice (trateze) gazelor înainte de evacuarea lor în atmosferă.

• surse nelocalizate - surse ce emit poluanţi de pe suprafeţe întinse care ajung în ape sau în aer ca urmare a unor fenomene naturale. Acest tip de surse emite poluanţi, de cele mai multe ori, intermitent, atâta timp cât ţine fenomenul natural (de exemplu, ploile acide care se formează ca urmare a dizolvării unor gaze acide din troposferă in apa din precipitaţii, sau apele care se retrag în albii după inundaţii transportând de pe şi din solul cu care au venit în contact îngrăşminte minerale sau pesticide). De multe ori aceste surse sunt şi difuze, greu de caracterizat şi se manifestă indirect cum sunt ploile acide, sedimentele contaminate, utilizarea unor pesticide etc.

După modul în care poluantul intră într-un anumit receptor sursele se clasifică în: • surse primare – surse care elimină direct în mediu poluanţi (poluanţi

primari), ca de exemplu eşapamentul unui autovehicul. • surse secundare – surse care emit poluanţi (poluanţi secundari) ca

urmare a reacţiei dintre poluanţii primari cu mediul în care au fost emişi initial. Un bun exemplu îl constituie sedimentele cu conţinut mare de metale grele, dragate de pe fundul râurilor, care prin depozitare pe sol pot să devină surse secundare de poluare. Poluanţii secundari se pot forma prin reactia dintre poluanţii primari şi compuşii din mediu, ca de exemplu formarea acidului sulfuric în ploile acide din dioxidul de sulf emis din surse primare.

După frecvenţa cu care emit, sursele se pot clasifica în: • surse continue – emit continuuu pentru perioade îndelungate, cum ar fi

Chimie Anorganică

e−Chimie 131

un coş de evacuare a gazelor de ardere de la o centrală termică, între două opriri ale instalatiei. Aceste surse sunt caracteristice activităţilor antropice şi sunt caracterizate prin parametrii specifici ca volum sau cantitate de poluant emis/zi, volum sau cantitate de poluant emis/unitate de produs, volum sau cantitate de poluant emis/unitate de materie primă utilizată, parametri specifici fiecarei industrii care sunt denumiţi factori de emisie.

• surse discontinue – pot să apară atât în activităţile tehnologice cât şi la transport, uneori nu poate fi prevăzut momentul emisiei şi cantitatea de poluant eliminată. In această categorie intră şi sursele care emit intermitent fără caracter periodic, pentru perioade relativ scurte, ca de exemplu evacuarea în aer a gazelor de purjă.

• surse accidentale - surse ale căror caracteristici, loc, moment al emisiei şi durată nu se pot prevedea. Astfel de surse generează poluare accidentală care apare, de exemplu, în urma unor defecţiuni în instalaţiile industriale, accidente rutiere etc.

În funcţie de mobilitate, sursele antropice de poluare a atmosferei se clasifică în: • surse fixe reprezentate de activităţi şi instalaţii care există într-o anumită

locaţie care nu se modifică în timp, ca de exemplu centralele termoelectrice care funcţionează pe bază de combustibili fosili (cărbune, petrol, gaze naturale);

• mobile reprezentate de mijloacele de transport rutiere, feroviare, aeriene şi maritime. Mijloacele de transport indiferent de natura lor poluează atmosfera prin oxizi ai carbonului, oxizi ai azotului, hidrocarburi, pulberi etc..

În funcţie de forma pe care o au sursele de poluare a atmosferei, acestea se clasifică în: surse punctiforme (coşuri), surse liniare (autostrăzi), surse de suprafaţă (oraşe), de volum (explozii), difuze (suprafeţe foarte mari, terenuri agricole).

Test de autoevaluare nr. 5.3 1. Definiţi poluarea. 2. Definiţi sursa de poluare. 3. Indicaţi cei mai importanţi poluanţi şi efectele acestora asupra mediului. 4. Prezentaţi consecinţele suprapopulării. 5. Identificaţi două tipuri de poluare şi descrieţi modul în care acestea influenţează mediul local. 6. Menţionaţi câteva tipuri de poluare industrială. 7. Definiţi poluantul. 8. Definiţi poluanţii primari şi poluanţii secundari din atmosferă. 9. Definiţi o sursă punctiformă de poluare. 10. Definiţi poluarea accidentală.

5.2.2. Poluarea apei Apa este indispensabilă vieţii şi rolul ei este deosebit de important în echilibrele naturale. Poluarea acesteia produce efecte mai mult sau mai puţin grave asupra populaţiei. Poluarea apei se defineşte ca fiind alterarea caracteristicilor fizice, chimice şi biologice ale apei, produsă direct sau indirect de activităţile umane şi care face ca apele să devină improprii utilizării în scopul în care era utilizată înainte de a interveni alterarea. In cazul poluării chimice a apei una sau mai multe substanţe eliminate în apă într-o anumită cantitate determină efecte serioase asupra florei şi faunei acvatice, dar şi asupra omului. În mod natural oceanele, lacurile, râurile pot să se autoepureze (totalitatea proceselor fizice, chimice şi biologice naturale ce au drept consecinţă reducerea concentraţiei poluanţilor din apă) redobândind caracteristicile fizico-chimice avute anterior impurificării. Autoepurarea se poate realiza prin dispersie, difuzie, sedimentare, reacţii chimice şi procese biologice. Când nivelul de

Chimie Anorganică

e−Chimie 132

poluare este ridicat autoepurarea numai este posibilă şi sănătatea animalelor, plantelor şi a omului este afectată. Impactul poluării este dat de cantitatea de poluant eliminat şi de volumul de apă receptor. O cantitate mică de substanţe chimice toxice determină un impact redus dacă este deversată dintr-un vas în ocean, dar aceeaşi cantitate de substanţă chimică poate să determine un impact mult mai mare dacă este pompată într-un lac sau într-un râu unde volumul de apă este prea redus pentru a putea fi dispersată. Activităţile umane sunt sursa de poluare a apelor direct şi indirect în urma poluării solului şi a atmosferei. Apele de suprafaţă sunt foarte vulnerabile la poluare fapt datorat dezvoltării marilor comunităţi lipsite de sisteme sanitare adecvate, dezvoltării industriei, dezvoltǎrii agriculturii intensive, a mineritului cu un impact sever asupra mediului. Compartimentele hidrosferei (mări, oceane, lacuri, răuri) sunt legate şi dependente unele de altele şi poluanţii sunt transportaţi şi transferaţi dintr-un compartiment în altul. Precipitaţiile introduc poluanţii din atmosferă, apele uzate eliminate în urma activităţilor umane aduc de asemenea o serie de componenţi î apele de suprafaţă şi mai departe, apele de suprafaţǎ transportă poluanţii în lacurile şi mările în care se varsă. Poluarea apelor se clasifică în funcţie de natura poluanţilor în: 1. poluare fizică: termică (deversarea de ape calde), radioactivǎ; 2. poluare chimică cu: compuşi organici, compuşi ai sulfului, ai flourului, ai azotului, metale grele, pesticide, îngrǎşǎminte minerale, uleiuri şi reziduuri petroliere, substanţe organice greu sau nebiodegradabile; 3. poluare biologică cu: germeni, virusuri şi alte organisme patogene; substanţe organice biodegradabile (ce consumă oxigenul); 4. poluare estetică: degradarea peisajelor datorită urbanizării, industriei, sistematizării eronat concepute. Fiecărui tip de poluare îi corespund efecte specifice care se manifestǎ asupra calităţii apei, sănătăţii omului şi mediului. Poluarea termică se datoreazǎ evacuǎrii de ape calde de obicei provenite din industrie. Temperatura ridicatǎ a acestora determinǎ perturbări ecologice importante. Organismele acvatice care nu se adaptează noilor condiţii mor, în consecinţă se perturbă întregul ecosistem. Creşterea temperaturii determinǎ scăderea concentraţiei de oxigen şi proliferarea masivă a diverselor clase de microorganisme, inclusiv a germenilor patogeni. Acidifierea apelor de suprafaţǎ (dulci) provine în principal de la ploile acide. Chimistul Robert Angus Smith (1872) a introdus termenul de ploaie acidă observând cum precipitaţiile atacǎ plantele şi clădirile. În lipsa carbonaţilor, aciditatea poate fi neutralizatǎ de aluminosilicaţi, dar nu foarte eficient, riscul acidifierii fiind în continuare prezent. Ionul sulfat este un "ion transportor"; el provine din atmosferǎ şi când magneziul şi calciu nu sunt în cantitǎţi suficiente, ionul sulfat scoate din roci aluminiu şi ionii de hidrogen (H+) provocând acidifierea. Din acest motiv solurile care prezintǎ capacitatea de a reţine sulfaţii previn acidifierea apelor. Ionul azotat este mai puţin periculos, el este un nutrient care poate fi consumat de organismele acvatice. Dacă însǎ este în exces ionul azotat genereazǎ acidifiere prin acelaşi mecanism ca şi ionul sulfat. Acidifierea adicǎ scăderea pH-ului determinǎ o creştere a solubilităţii metalelor grele care sunt mobilizate din sedimente şi nu mai sedimenteazǎ. Metalele grele sunt toxice pentru toate formele de viaţǎ. Unele metale pot sǎ fie dezlocuite şi mobilizate chiar din combinaţii stabile prezente în sol. De aceea nu se poate remedia un lac cu apă acidifiatǎ prin tratare cu var pentru cǎ metalele grele sunt şi rǎmân în apǎ. Solurile şi apele prezintǎ capacitatea de a neutraliza aciditatea datoritǎ

Chimie Anorganică

e−Chimie 133

bicarbonaţilor de calciu şi de magneziu. Capacitatea acestora este limitată şi se reduce mult în cazul unui flux mare de ioni de hidrogen, de sulfat sau de azotat. Mortalitatea piscicolă este efectul maxim constatat al acidifierii. La scăderea pH-ului sub 6, mor unele componente ale ecosistemelor, peştii îşi pierd sursele de hrană şi ca urmare ajung la deficit de minerale, decalcifierea oaselor, reducerea fertilitǎţii. Reducerea pH-ului conduce la reducerea conţinutului în oxigen, la dezvoltarea şi creşterea bacteriilor anaerobe, reducerea biodiversităţii, dezvoltarea algelor filamentoase şi a macrofitelor acidotolerante. Poluarea cu azotaţi. Azotaţii provin în special din agricultură. Azotul este unul dintre nutrienţii cu rol important în mediul acvatic. Se gǎseşte sub formă gazoasǎ (N2 atmosferic, NOx), dizolvat (NO2

-, NO3-, NH4

+) sau sub formă "solidă" în materia organică. Efectele poluării cu azotaţi ai mediului acvatic sunt în principal: eutrofizarea apelor şi afectarea sǎnǎtǎţii umane (methemoglobinemie la copii, cancer gastric). Sursele de azotaţi în apă sunt: 1. precipitaţiile care au antrenat poluanţii evacuaţi în atmosferă (de exemplu, oxizii de azot prezenţi în atmosferǎ de la arderea combustibililor fosili), au spălat spaţii improprii de depozitare a unor materii prime şi auxiliare, produse, subproduse, au spǎlat rampe de depozitare a deşeurilor, neamenajate sau ilegale, au spălat suprafeţe agricole fertilizate în exces şi au antrenat substanţele depuse sau împrǎştiate pe suprafaţa solului; 2. eliminare de ape uzate menajere neepurate sau insuficient epurate; 3. procesele care au loc in mod natural în sol. Fermierii aplicǎ azot sub formă de îngrǎşǎmânt mineral sau ca îngrǎşǎmânt natural culturilor lor. Acesta este convertit într-o formǎ disponibilǎ plantelor şi microorganismelor prezente în sol şi plantele consumǎ o bunǎ parte din totalul de azotaţi prezent. În cazul în care în sol existǎ o cantitate suficientǎ de materie organicǎ, bacteriile din sol pot sǎ îndepǎrteze o cantitate apreciabilǎ de azotaţi prin procesul de imobilizare. Azotul din azotaţi devine astfel parte a materiei organice din sol prin imobilizare. Când conţinutul de oxigen este limitat, un alt grup de bacterii utilizeazǎ azotaţii ca sursǎ de oxigen şi convertesc azotaţii în gaze ca N2, NO şi NO2, proces numit denitrificare. Cantitatea de azotaţi care nu sunt consumaţi de plante, nu sunt imobilizaţi de bacteriile din sol, nu sunt convertiţi la gaze atmosferice, levigheazǎ cǎtre zona în care sunt rǎdǎcinile plantelor şi mai departe spre apele subterane. Levigarea azotaţilor cǎtre apele subterane este mai accentuatǎ când îngrǎşǎmântul conţine azot sub formǎ nitricǎ decât în cazul îngrǎşǎmântului cu azot sub formǎ amoniacalǎ. Distanţa între zona rǎdǎcinilor şi pânza de apǎ subteranǎ determinǎ vulnerabilitatea aquiferului la poluare. Astfel cu cât zona în care se aflǎ rǎdǎcinile plantelor este mai aproape de pânza de apǎ, cu atât azotaţii pǎtrund mai repede în pânza de apǎ potabilă. Levigarea azotaţilor din solurile cultivate în zonele carstice determinǎ o contaminare masivǎ a apei subterane. În fermele zootehnice se foloseşte hranǎ bogată în azot. Cantitatea totalǎ de azot din aceasta este mai mare decât necesarul de azot pentru culturi agricole. Depozitarea hranei în zone deschise fǎrǎ protecţie la precipitaţii, deversarea directǎ sau scurgerile în lagune contribuie la poluarea cu azotaţi a apelor de suprafaţǎ sau subterane. 4. nitrificarea compuşilor azotului, uree şi amoniac, proveniţi de la dejecţiile animale, cu microorganismele Nitrosomonas şi Nitrosococus şi a azotiţilor cu Nitrobacter; 5. în urma eroziunii solurilor ce conţin nitrat care deşi apar ca surse “naturale”, indirect sunt antropice; 6. deversarea apelor uzate cu conţinut de azotaţi. Poluarea cu compuşi organici biodegradabili apare când cantitǎţi mari de compuşi organici care sunt substrat pentru microorganisme sunt deversate în

Chimie Anorganică

e−Chimie 134

receptori naturali. În procesele de descompunere, oxigenul prezent în receptorul natural este consumat şi rezultǎ scǎderea concentraţiei în oxigen ceea ce determinǎ efecte negative asupra biotei acvatice. Efluenţii organici conţin cantitǎţi mari de suspensii solide care împiedicǎ sau absorb lumina necesarǎ fotosintezei ceea ce conduce la alterarea caracteristicilor receptorului natural. Compuşii organici constau din proteine (65%), carbohidraţi (25%), lipide (10%), acizi nucleici şi o multitudine de combinaţii ale acestora. Cea mai tipicǎ poluare cu compuşi organici biodegradabili este cea cu ape menajere (fecaloid-menajere). În Anglia secolului XIX s-au realizat primele canalizǎri pentru a rezolva problema epidemiilor transmise pe cale hidricǎ; apele uzate menajere erau deversate în Tamisa pe care au transformat-o într-un râu mort care degaja miros pestilenţial şi din cauza cǎruia în geamurile parlamentului se atârnau cârpe îmbibate cu clorurǎ de calciu. Ca urmare s-a trecut la realizarea primelor staţii de epurare a apelor. O altǎ sursǎ de poluare cu compuşi organici este industria, mai ales industria de celulozǎ şi hârtie, industria alimentarǎ. Compuşii organici care ajung în lacuri şi râuri se descompun în prezenţa oxigenului cu ajutorul microorganismelor. Dacǎ existǎ oxigen dizolvat suficient, degradarea este aerobǎ cu consum de oxigen, cu eliminare de dioxid de carbon (respiraţie) şi apǎ. Dacǎ oxigenul este insuficient, se creazǎ condiţiile pentru procese de degradare anaerobǎ în care carbonul este transformat în metan şi dioxid de carbon. În acest caz compuşii cu azot participă la reactii de denitrificare, sulfatul este redus la hidrogen sulfurat. Aceste procese au loc frecvent în lacuri şi în mlaştini, dar foarte rar în râuri. Un caz particular al poluǎrii cu substanţe organice este poluarea cu produse petroliere care chiar în concentraţii reduse conferǎ culoare, miros şi gust apelor în care sunt eliminate. Principalele procese pe care le suferǎ produsele petroliere sunt transportul, transferul şi transformarea (figura 5.5). Produsele petroliere sunt mai uşoare decât apa şi de aceea formeazǎ o peliculǎ la suprafaţa apei care împiedicǎ oxigenarea care poate conduce la dezechilibre ecologice.

a. dispersie

b. evaporare

c. emulsie

d. oxidare

e. biodegradare

f. dizolvare

g. sedimentare

Figura 5.5. Procesele care au loc la deversarea produselor petroliere în apele de

suprafaţǎ

Suspensiile din râuri şi lacuri transportǎ nutrienţii, poluanţii organici şi anorganici. Aceste suspensii rezultǎ în urma eroziunii naturale, din producţia endogenǎ din ape de la alge (maxim 20 mg/L în apele eutrofe), în urma precipitǎrii carbonatului de calciu în apele dure şi cu alcalinitate mare, dar şi a activităţilor antropice. Apa potabilǎ nu trebuie sǎ conţinǎ suspensii. Suspensiile fine sunt greu de îndepǎrtat şi produc înfundarea conductelor de transport, a filtrelor, conferǎ gust şi miros neplǎcut, perturbǎ operaţia de dezinfecţie, transportǎ toxici, metale grele, determinǎ creşterea CBO5.

Chimie Anorganică

e−Chimie 135

Eutrofizarea (de la grecescul eu: bine şi trophê: hranǎ) înseamnǎ o îmbogǎţire excesivǎ pânǎ la saturare a unui mediu acvatic în elemente nutritive în special fosfor (conţinut in fosfaţi) şi azot (conţinut în amoniu, azotaţi şi azotiţi) care are ca rezultat înflorirea algalǎ. Mecanismul de eutrofizare constǎ în urmǎtoarele: compuşi ai fosforului şi ai azotului (din surse naturale şi antropice) eliminaţi în cantitǎţi mari în receptorul natural înregistrează o creştere excesivă a concentratiilor. Apele naturale astfel îmbogǎţite permit reproducerea rapidǎ a unor specii acvatice, în particular a algelor fenomen denumit înflorire algalǎ. Aceste specii nu pot fi eliminate de organismele prezente în ecosistem. Ca urmare mortii lor, se mineralizeazǎ şi se depun la fundul lacului. Descompunerea materiei organice moarte favorizeazǎ creşterea bacteriilor heterotrofe care consumǎ oxigenul dizolvat. Dezvoltarea unor plante plutitoare împiedicǎ pǎtrunderea radiaţiilor solare necesare pentru fotosinteza plantelor acvatice şi împiedicǎ de asemenea schimbul cu atmosfera. Consumul de oxigen depǎşeşte producţia de oxigen şi mediul devine mai întâi hipoxic şi apoi anoxic favorabil formǎrii gazelor metan, hidrogen sulfurat. Efectele sunt moartea unor organisme acvatice aerobe (insecte, crustacee, peşti) şi a florei acvatice care prin descompunere consumǎ oxigenul şi determinǎ producerea de dereglǎri ale lanţurilor trofice. Eutrofizarea este mai frecventǎ în lacuri care sunt ecosisteme cvasi închise şi mai rar în râuri care sunt deschise. Pe cale naturalǎ viteza de eutrofizare este de regulǎ lentǎ, dar în urma activitǎtilor umane ea este acceleratǎ. Principalele cauze ale eutrofizǎrii sunt: 1. spălarea solurilor fertilizate cu îngrǎşǎminte cu azot şi fosfor; 2. evacuarea apelor uzate netratate industriale şi/sau menajere bogate în azotaţi, amoniac, materii organice, fosfaţi proveniţi de la detergenţi. În funcţie de gradul de troficitate lacurile se clasifică în: 1. lacuri oligotrofe în care biomasa are valori până la 10 mg/L; 2. lacuri mezotrofe cu biomasa cuprinsă între 10 şi 20 mg/L; 3. lacuri eutrofe cu valori ale biomasei mai mari de 20 mg/L. Caracteristici ale acestor tipuri de lacuri sunt prezentate în figura 5.6.

Figura 5.6. Tipuri de lacuri în funcţie de gradul de troficitate

Efectele eutrofizǎrii sunt: reducerea biodiversitǎţii (animale şi vegetale); reducerea calitǎţii apelor (gust şi miros neplǎcute, modificarea culorii, reducerea concentraţiei de oxigen, creşterea concentraţiei de dioxid de carbon, metan, hidrogen sulfurat, turbiditate ridicatǎ); creşterea excesivǎ a masei algale, a biomasei de zooplanctonului gelatinos, a fitoplanctonului toxic. Ca urmare a creşterii excesive a plantelor acvatice se blocheazǎ navigaţia, este afectatǎ piscicultura, funcţia recreativǎ (apa prezintǎ turbiditate ridicatǎ, miros şi gust neplǎcute apariţia de dermatite şi conjuctivite la înotǎtori datoritǎ apei încǎrcate cu toxine algale apare riscul la boli diareice), se blocheazǎ filtre, funcţionarea ecluzelor şi a motoarelor de ambarcaţiuni.

Chimie Anorganică

e−Chimie 136

Poluarea cu agenţi patogeni (microbiologicǎ). Agenţii patogeni care ajung în ape sunt: bacterii, viruşi sau paraziţi. Bolile produse la om şi la animale sunt boli transmise hidric, prin ingerare sau prin contact direct şi prin inhalare de aerosoli proveniţi din apa contaminată. Apele naturale conţin atât microorganisme patogene, cât şi nepatogene. Microorganismele provin din apele din reţeaua de canalizare, de la ferme zootehnice, din industrie, de la animale domestice. Omul sau anumite animale sunt rezervoare de patogeni pe lângǎ care existǎ şi specii ubicuitare. Unele specii de bacterii au tulpini patogene şi tulpini nepatogene sau nu sunt patogene, dar pot produce boli la organisme slăbite, cu imunitatea redusǎ. Un om elimină zilnic prin fecale miliarde de bacili coli, în principiu nepatogeni. Majoritatea bacteriilor sunt specifice, dar unele provoacă boli atât la om, cât şi la animale. Efectele produse de poluarea cu agenţi patogeni sunt: bolile de contact (piele, mucoase), bolile digestive, bolile generale. Poluarea cu metale grele. În categoria “metalelor grele” sunt incluse metale tranziţionale, metaloizi, lantanide şi actinide. Controlul privind concentraţia de metale grele este important datoritǎ efectelor pe care le au acestea asupra mediului înconjurǎtor şi asupra omului. Astfel Hg, Cd, As, Pb, Cr sunt toxice pentru sǎnǎtatea omului şi a mediului înconjurǎtor. Frecvent în emisiile de la incinerarea deşeurilor se regăsesc As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Sn, and Tl. Unele metale în cantitǎţi foarte mici sunt necesare omului: Co, Cu, Cr, Mn, Ni, în timp ce altele au efecte cancerigene sau toxice şi afecteazǎ sistemul nervos central (Mn, Hg, Pb, As), rinichii şi ficatul (Hg, Pb, Cd, Cu), pielea, sistemul osos sau dinţii (Ni, Cd, Cu, Cr). Sursele principale de metale grele sunt: surse geologice (naturale), industria minieră şi industria de prelucrare a metalelor, tăbăcăriile (crom), fabricarea pesticidelor (cupru şi arsen), bǎile de cromare sau de cadmiere, plumbul de la benzinǎrii, excreţiile umane şi animale, infiltraţiile de la haldele de deşeuri. Prin precipitare sau prin schimbul ionic în soluri şi nǎmoluri, metalele grele se localizeazǎ şi rǎmân într-o stare latentǎ. În comparaţie cu compuşii organici, metalele grele nu se degradeazǎ şi necesitǎ anumite tipuri de remediere. Sunt metode de îndepǎrtare a metalelor grele din sol (mercurul) prin utilizarea de plante (fitoremediere). Plantele care acumuleazǎ mercur sunt utilizate pentru îndepǎrtarea acestuia din sol prin concentrarea în biomasă. O problemǎ asociatǎ cu prezenţa şi persistenţa metalelor în mediu, în special în ape, sunt bioacumularea (proces biochimic care determinǎ o creştere a concentraţiei unei substanţe chimice într-un organism într-o proporţie mai mare decât în mediul înconjurǎtor apropiat inclusiv hrana) şi biomagnificare (procesul prin care concentraţia substanţei chimice devine mai mare decât cea în hranǎ când principala cale de pǎtrundere în organism este hrana ingeratǎ) ceea ce determinǎ o valoare mai mare a expunerii la contaminant a unor organisme faţǎ de valoarea acesteia din mediul înconjurǎtor (speciile de peşte de coastǎ, pǎsǎrile de mare sunt monitorizate privind prezenţa metalelor grele). In figura 5.7. se prezintǎ un posibil circuit al metalelor în naturǎ care în final duce la contaminarea omului.

Chimie Anorganică

e−Chimie 137

Figura 5.7. Cǎile de contaminare a omului cu metale grele

Poluanţii organici. Sunt compuşi organici cu proprietăţi speciale, sintetici şi cu o mare stabilitate la degradare cum ar fi pesticidele, fungicidele, ierbicidele, insecticidele. O parte din compuşii aparţinând acestor clase sunt denumiţi Poluanţi Organici Persistenti (POP). Frecvente sunt pesticidele organo-clorurate şi organo-fosforice, triazinele, derivatele de uree, erbicidele tip hormon vegetal, solvenţii de uz casnic, substanţele de sinteză şi reactivi din industrie, de exemplu cei pentru fabricarea de polimeri. DDT-ul şi alte pesticide organoclorurate au fost interzise în aproape toate ţările sau sunt foarte strict controlate, după ce s-au constatat efectele produse. Poluanţii organici persistenţi pot produce efecte letale sau neletale prin expunere directă sau indirectă, atât pentru un termen scurt cât şi unul îndelungat. Pesticidele produc moartea unor specii, determinǎ modificǎri comportamentale şi fiziologice ale speciilor sǎlbatice. Ca urmare funcţia de reproducere a indivizilor din aceste specii este alterată. Rezultatul poate fi observat ca urmare a concentrǎrii acestora într-un lanţ trofic. Efectele toxice ale compuşilor organici în general şi ale pesticidelor în special sunt legate de structura chimicǎ a acestora, de mecanismul de acţiune şi de transformǎrile care au loc în organismul animal. Animalele reacţioneazǎ diferit la expunerea la un anumit poluant iar rǎspunsul este în funcţie de specie şi de indivizi. Astfel unele specii de animale metabolizeazǎ substanţa organicǎ în metaboliţi netoxici, iar altele nu pot sǎ dea un rǎspuns specific. Degradabilitatea biologică (biodegraadabilitatea) şi chimică a diverşilor poluanţi organici de sinteză este extrem de diferită. In diverse medii, unii persistă săptămâni (insecticide organofosforice), alţii luni (triazine), iar alţii foarte mult (peste 10 ani pentru DDT). Unii sunt reţinuţi sau descompuşi prin procedeele obişnuite de epurare a apei, alţii însă trec aproape nemodificaţi (lindan, pentaclorfenol) şi se acumuleazǎ în organismele acvatice. Contaminarea cu elemente radioactive a organismelor rezultǎ din expunerea directă la anumiţi radionuclizi care sunt absorbiţi şi mai departe fixaţi în organism. Apele naturale pot sǎ conţinǎ uraniu (U), prezent în minereuri, zăcăminte însoţite de radon (Rn). Radonul este prezent în apa contaminată radioactiv, se degajă uşor şi poate fi inhalat când apa se foloseşte la duş, pentru vaporizatoare şi umidificatoare. Radiul (Ra) din unele ape minerale în concentraţii foarte mari provine din alterarea rocilor. În ape existǎ frecvent thoriu

Chimie Anorganică

e−Chimie 138

şi potasiu radioactiv. Apele mării sunt de 100 de ori mai puţin radioactive decât sedimentele din râuri, dar sunt ape termale puternic radioactive. Pe lângǎ sursele naturale de contaminare radioactivă existǎ sursele antropice de poluare radioactivă a apei: teste nucleare atmosferice şi submarine, descărcarea sistematică de deşeuri radioactive în mări şi oceane, ape radioactive, recipiente cu deşeuri radioactive, reactoare nucleare cu durata de utilizare expirată, armele nucleare pierdute în ocean din accidente de bombardiere sau submarine de atac nuclear scufundate în ocean. Ca şi alţi poluanţi, radionuclizii se pot concentra în organismele vii de-a lungul lanţurilor trofice. Un exemplu este fosforul radioactiv din apa unui râu, care de la un factor de concentraţie 1, ajunge succesiv la factor 35 în nevertebrate, 2000 în peşti, 7500 în raţe şi 200000 în ouăle de raţă. Unii izotopi de stronţiu (Sr) şi cesiu (Cs) au timpul de înjumătăţire de ordinul deceniilor şi fixarea lor în organism duce la o expunere de durată cu riscurile corespunzătoare. Odatǎ ajuns într-un organism trebuie considerat timpul de înjumătăţire biologic într-un anumit organ care depinde de starea fizico-chimică a radionuclidului absorbit. Efectele somatice (apar la nivelul celulelor somatice şi acţionează asupra fiziologiei individului expus la radiaţii provocând distrugeri care conduc fie la moartea rapidă, fie la reducerea semnificativă a speranţei medii de viaţă) apar la doze mari de radiaţie, în timp ce efectele cancerigene sau genetice (în celulele germinale sexuale din testicule sau ovare – aceste mutaţii letale sau subletale la descendenţi) apar în urma expunerii la orice doză (măsură a cantităţii de substanţă chimică ce a ajuns în organism prin ingerare sau inhalare si care poate fi cuantificată sau estimată printr-un număr mare de moduri). Într-o relaţie dozǎ–rǎspuns existǎ un prag de la care efectele adverse sunt vizibile. În cazul expunerii la radionuclizi la orice dozǎ existǎ un rǎspuns ca efect advers.

Test de autoevaluare nr. 5.4 1. Indicaţi cei mai importanţi poluanţi ai apelor. 2. Definiţi apa reziduală (uzată). 3. Propuneţi modalităţi prin care se poate preveni poluarea apelor. 4. Propuneţi modalităţi prin care se poate preveni poluarea termică a apelor. 5. Indicaţi efectele apelor poluate asupra ecosistemelor. 6. Menţionaţi câteva metode de economisire a apei. 7. Definiţi eutrofizarea apelor. 8. Prezentaţi clasificarea lacurilor în funcţie de gradul de troficitate. 9. Definiţi autoepurarea apelor. 10. Menţionaţi principalele surse de azotaţi din ape.

5.2.3. Poluarea solului

Se defineşte poluarea solului ca fiind orice acţiune care produce dereglarea funcţionării normale a solului ca biotop, în cadrul diferitelor ecosisteme naturale sau artificiale (antropice) afectând fertilitatea şi capacitatea sa bioproductivă cantitativ sau calitativ. Solul este supus unor solicitări crescânde din toate sectoarele de activitate, ceea ce determinǎ în final dezafectarea unor însemnate suprafeţe. Aprecierea globală a gradului de poluare a unui sol se poate face printr-un indice valoric, constând din valoarea producţiei vegetale (recoltei) pierdute prin scăderea fertilităţii sau prin cheltuielile necesare menţinerii capacităţii bioproductive la parametri anteriori manifestării poluării. Acidifierea unui sol, din vecinǎtatea unei termocentrale datorată poluării cu dioxid de sulf poate fi compensată prin aplicarea unor amendamente calcaroase. Costul aplicării acestora în vederea menţinerii fertilităţii iniţiale, exprimă măsura poluării solului respectiv.

Chimie Anorganică

e−Chimie 139

( ){ } { }OHCOCaSolCaCOHSol 22

232 ++→+ ++ (5.1)

Prin urmare poluarea solului include orice fenomen de degradare a solului chiar dacă efectul acestora apare indirect, transmis prin lanţul sol-microorganisme-plante superioare-animale-om-societate. Atât în zonele rurale, cât şi în cele urbane solul este supus poluării fiind receptorul poluanţilor din activităţi antropice şi naturale. Datorită acestui fapt şi în funcţie de compoziţia solului numeroase zone de pe Glob sunt afectate de poluare.

Surse de poluare a solului. Principalele forme de poluare a solului sunt: eroziunea solului, degradarea structurii şi a proprietăţilor sale fizice, poluarea chimică şi radioactivă, precum şi contaminarea microbiană. Cei mai importanţi factori care determinǎ poluarea solului sunt: starea ridicată de eroziune a solului, utilizarea excesivă a îngrăşămintelor chimice, utilizarea biocidelor (pesticide, insecticide şi ierbicide), deşeuri lichide şi solide din zonele urbane şi industriale, incendiile de păduri, inundaţiile şi seceta, procese legate de capilaritate şi percolare. Eroziunea este cea mai veche formă de poluare a solului datoratǎ intervenţiei omului asupra unei singure verigi a lanţului ecologic ceea ce permite acţiunea factorilor meteorologici, hidrologici şi geofizici cu consecinţe dezastruoase. Eroziunea solului constă în transportarea solului de pe suprafaţa terenurilor de către apele meteorice, vânturi, alunecări de teren etc. În stare nativă orice teren este acoperit cu o vegetaţie proprie adecvată pentru fixarea solului; dispariţia acestei protecţii naturale este cauza tuturor fenomenelor de eroziune. Cazurile clasice de eroziune sunt iniţiate de despăduririle terenurilor care determinǎ o primă fază de scădere a rezervelor de apă a solului şi o expunere directă a păturii superficiale a terenului la acţiunile exterioare cu generarea de efecte în faza secundară. În a doua fază se constatǎ micşorarea treptată a densităţii vegetaţiei mai ales pe terenurile în pantă, datorită aprovizionării necorespunzătoare cu apă şi expunerii mai puternice a solului la acţiunea vânturilor şi viiturilor. Acestea din urmă se produc cu atât mai des şi mai intens cu cât rezervele de apă a solului scad mai mult, ajungând ca, practic, orice ploaie să le producă. Sărăturarea solului este procesul de îmbogăţire a scoarţei pedologice cu săruri solubile. Un conţinut excesiv de săruri de sodiu determină salinizarea solului. Poluarea solului este larg răspândită, iar impactul acesteia se resimte asupra organismelor umane prin hrana şi apa consumată. Sursele de poluare a solului sunt: 1. poluanţii chimici (substanţele chimice) produşi de industria textilă, industria pesticidelor, a produselor farmaceutice, a hârtiei, zahărului, industria petrolieră şi a sticlei; compuşii toxici organici produc efecte negative asupra fertilitǎţii solului; 2. efluenţii industriali - apele uzate de pe platformele industriale; 3. deşeurile biologice includ deşeurile alimentare, deşeurile stradale, deşeurile menajere, animalele şi vegetaţia moartă şi deşeurile de spital; conţin microorganisme şi ca urmare sunt producătoare şi transportatoare de diferite boli datorită modului neigienic de depozitare. Agenţii patogeni ce pot fi transmişi omului din sol, producând îmbolnăvirea acestuia sunt fie de origine umană sau animală, fie din cele având solul drept habitat. 4. poluanţii metalici de tipul Hg, Cd, Cr eliminaţi de industrii cum ar fi tabăcăriile, fabricarea oţelului, a bateriilor, industria lacurilor şi vopselelor, chimică, din agricultură, incinerarea deşeurilor, traficul auto intens şi din arderea combustibililor fosili. În condiţii normale de pH, cele mai multe metale au tendinţa de a se acumula în sol datorită formării de compuşi insolubili. La scăderea valorii pH-ului metalele grele se solubilizează cu afectarea biotei din sol

Chimie Anorganică

e−Chimie 140

manifestându-şi efectele toxice. Aceste metale constituie un risc pentru sănătatea umană deoarece se deplasează de-a lungul lanţului trofic. 5. deşeurile din agricultură - deşeurile generate după recoltarea plantelor, deşeurile zootehnice, reziduurile şi alte deşeuri agricole; folosirea directǎ a acestora ca îngrăşăminte conduce la o serie de inconvenienţe cum sunt fermentaţia în timpul depozitǎrii şi a transportului în/pe sol cu producerea de intermediari urât mirositori, toxici pentru animale şi om (amine superioare) şi crearea unui mediu prielnic pentru dezvoltarea de microorganisme patogene; 6. deşeurile municipale solide reprezintă un amestec de diferite materiale care includ cenuşă, praf, resturi menajere, moloz, carcase de animale moarte, deşeuri textile, nisip, pietre, frunze şi alte tipuri de vegetaţie moartă, deşeuri de la magazine şi pieţe, inclusiv hârtie, paie, carton, fructe şi legime în descompunere şi alte deşeuri solide generate de unităţi cum ar fi spitalele, şcolile, birourile; 7. pesticidele sunt substanţele chimice, naturale sau de sinteză, folosite pentru distrugerea dăunătorilor animali şi vegetali care atacă omul sau organismele utile lui (plantele de cultură, animalele domestice). Pesticidele includ insecticidele şi fungicidele (aplicate preventiv sau pentru tratarea unor boli - pe partea aeriană a plantelor sau introduse în sol odată cu semănatul), ierbicidele (aplicate fie pe sol, fie pe plante). Pot avea efect direct asupra ecosistemului din sol sau indirect prin transmiterea lor sau a produşilor de descompunere în alte ecosisteme. 8. îngrăşămintele - problema principală în folosirea îngrăşămintelor chimice este legată de eficienţa cu care se asimilează substanţa activă de către plante, în general scăzută (60%). Substanţa activă neasimilată se acumulează în sol (fosforul) sau este levigat (azotul) în apele freatice şi rezultǎ poluarea acestora. Creşterea concentraţiei de azotaţi în unele plante poate avea loc ca urmare a suprafertilizării cu îngrăşăminte nitrice. Creşterea conţinutului de azotaţi în plante la peste 300 ppm, considerată ca nivel critic, duce în urma consumării acestora de către animale la methemoglobinemie (boală produsǎ ca urmare formǎrii unui complex stabil care împiedicǎ transportul oxigenului). Substanţa activă din îngrăşământul neasimilat de plante, levigată în apele freatice le conferǎ acestora toxicitate, iar în apele de suprafaţă duce la dezvoltarea excesivă a vegetaţiei acvatice şi la eutrofizarea apelor. Îngrăşămintele chimice administrate în condiţii agrochimice necorespunzătoare pot determina acidifierea solului. 9. poluanţi radioactivi. Reactoarele atomice, instalaţiile nucleare şi fabricile de producere a armelor nucleare elimină deşeuri radiaoctive care ajung în sol şi se acumulează în acesta determinând poluarea solului. Izotopii 90Sr, 137Cs, 40Ba eliminaţi sunt periculoşi pentru organismele umane. Deşeurile radioactive depozitate pe sol determină apariţia de radiaţii gamma care sunt periculoase pentru plante, viaţa acvatică şi organismele umane. 10. depozitele subterane de petrol, gaze, substanţe chimice toxice şi deşeuri umane gestionate necorespunzător, cum ar fi fosele septice, pot polua solul şi iar poluanţii pot ajunge în apa freatică; 11. ploile acide - provenite din dizolvarea în precipitaţii a dioxidului şi trioxidului de sulf şi a oxizilor de azot din atmosferă determină scăderea pH-ului solului (soluţiei solului); 12. materia organică în descompunere determină acidifierea solului.

Chimie Anorganică

e−Chimie 141

Test de autoevaluare nr. 5.5 1. Definiţi poluarea solului. 2. Indicaţi cauzele şi efectele poluării solului. 3. Indicaţi sursele de poluare a solului. 4. Indicaţi ce este degradarea solului. 5. Definiţi sărăturarea solului. 7. Precizaţi dacă o sursă de poluare sunt cadavrele animalelor. 8. Enumeraţi avantajele şi dezavantajele utilizării materialelor plastice. 9. Indicaţi impactul deşeurilor provenite de la materiale nebiodegradabile. 10. Explicaţi necesitatea de a conserva solului. 11. Indicaţi rolul copacilor în controlul şi prevenirea poluării. 12. Indicaţi modalităţi de prevenire a poluării solului. 13. Indicaţi modalităţi de remediere a solurilor poluate. 14. Definiţi pesticidele şi precizaţi efectele acestora asupra ecosistemelor din sol.

5.2.4. Poluarea atmosferei

Poluarea aerului reprezintă fenomenul de eliberare în atmosferă a unor substanţe care la o anumită concentraţie pot sa producă efecte negative, nedorite asupra organismelor umane, animale, vegetale sau asupra materialelor sau care pot să modifice în sens negativ echilibrul natural al oricărui ecosistem. Poluarea atmosfericǎ se consideră succesiunea urmǎtoarelor etape: 1. emisia poluanţilor ca proces prin care poluanţii generaţi din diferite surse pătrund în atmosfera limitrofă surselor de emisie (emisia reprezintă procesul de eliminarea de poluanţi în aer dintr-o sursă; este caracterizată de concentraţia poluantului la punctul de evacuare în aer a gazelor reziduale); 2. transmisia şi transportul poluanţilor ca proces de răspândire a poluanţilor din zona de emisie în restul atmosferei; 3. recepţia poluanţilor ca proces de pătrundere a poluanţilor dispersaţi în atmosferă în zona receptorilor, considerată lipsită de poluanţi, prin absorbţie, adsorbţie, depunere umedă sau uscată a poluanţilor. Transportul poluanţilor are loc atât pe verticală (prin difuzie şi antrenare de către curenţii ascendenţi de aer generaţi de variaţiile de temperatură şi presiune şi factorii topografici locali), cât şi pe orizontală (prin difuzie şi antrenare de către vânturi a căror direcţie, intensitate şi timp de manifestare sunt dependente de factorii meteorologici şi topografici). Poluarea atmosferei este datoratǎ atât unor factori naturali, cât şi unora de natură antropică. Principalele surse naturale de poluare a atmosferei sunt erupţiile vulcanice şi acţiunea factorilor meteorologici (ca de exemplu, furtunile de nisip). Ca urmare, în aer sunt emise cantităţi mari de cenuşă vulcanică, gaze toxice, fum, praf, aerosoli etc. Caracterul transfrontalier al poluării atmosferice a condus la manifestarea efectelor poluante la o scară geografică mult mai mare, cum ar fi cele induse de ploile acide, distrugerea progresivă a stratului de ozon, efectul de seră. Poluarea cu compuşi ai carbonului. Principalii compuşi ai carbonului identificaţi ca poluanţi ai aerului sunt CO şi CO2. Sursele de CO cele mai răspândite sunt: arderile incomplete ale carburanţilor în motoarele cu combustie internă, arderea combustibililor fosili, procese industriale, incinerarea reziduurilor, incendii, fumat etc. CO formează cu hemoglobina – carboxi-hemoglobina (COHb) care are ca efecte reducerea capacităţii hemoglobinei de a transporta oxigenul prin organism. Afinitatea hemoglobinei pentru monoxidul de carbon este de 250 de ori mai mare decât cea pentru oxigen. La concentraţii reduse ale monoxidului de carbon (sub 30 ppm) un organism sănătos poate compensa blocarea hemoglobinei (5% COHb) prin intensificarea volumului de sânge circulat (coronarian). Efectele nocive ale oxidului de carbon vor fi mai

Chimie Anorganică

e−Chimie 142

grave la persoanele care suferă de boli ale aparatului cardiovascular. Dioxidul de carbon reprezintă produsul arderii complete a combustibililor fosili. Nu reprezintă un pericol direct asupra organismului uman datorită nivelului ridicat al concentraţiei minime toxice (3÷4%). Acumularea dioxidului de carbon în atmosferă împreună cu alţi compuşi are drept urmare modificarea regimului de transfer al căldurii de la nivelul solului în atmosferă şi favorizează efectul de seră. Poluarea cu gaze care produc efectul de seră conduce la: creşterea temperaturii medii a atmosferei cu peste 2°C în 100 ani, modificări substanţiale ale climei, reducerea severă a umidităţii solului, deplasarea zonelor ploioase spre nord, la topirea zăpezilor şi a gheţarilor, la extinderea zonelor aride. Poluarea cu compuşi ai sulfului şi sursele de emisie. Gazele de ardere sau reziduale pot conţine diverse specii moleculare cu sulf a căror natură este dependentă de doi factori principali: 1. natura sursei primare cu conţinut de sulf; 2. complexitatea transformărilor fizico-chimice la care gazele sunt supuse în diverse procese. Sursele primare de compuşi cu sulf sunt: 1. materii prime cu sulf, naturale sau sintetice: sulf nativ sau obţinut prin diverse procese din alte materii prime, pirită, calcopirită, alte minereuri cu sulf (sulfuri de Zn, Cu, Cd, Pb etc.), H2SO4, sulfaţi; 2. combustibili: cărbuni, petrol, gaze naturale şi produse derivate. După natura proceselor la care sunt supuse materiile prime naturale sau materialele sintetice cu conţinut de sulf derivă şi natura compuşilor cu sulf din gaze. Dacă procesele sunt de oxidare sau se desfăşoară într-o atmosferă oxidantă (în prezenţa O2 şi la temperaturi ridicate), compuşii cu sulf sunt de tip SO2 (în cele mai multe cazuri), SO3 şi eventual vapori sau picături fine de H2SO4. Dacă procesele sunt de tip reacţii de reducere sau se desfăşoară într-o atmosferă reducătoare (în prezenţa H2, CO şi/sau hidrocarburi şi la temperaturi ridicate), compuşii cu sulf sunt de tip H2S (în cele mai multe cazuri), COS, CS2, compuşi organici cu sulf (mercaptani, sulfuri şi disulfuri, tiofen, benzotiofen sau alţi compuşi organici) sau chiar sulf elementar. Poluarea cu compuşi cu sulf este una dintre cele mai importante forme de poluare a atmosferei şi fiind cunoscute şi aplicate la nivel industrial numeroase procedee de desulfurare. Poluarea cu compuşi ai azotului şi sursele de emisie. Principalii oxizi ai azotului (NOx) din gazele reziduale sunt: NO, NO2, N2O şi mai rar alţi oxizi (ca de exemplu N2O4, care se formează prin dimerizarea NO2 şi care este stabil doar la temperaturi joase). Formarea oxizilor de azot este asociată cu procesele de oxidare sau de ardere care au loc la temperaturi ridicate. Raportul cantitativ dintre cei doi oxizi ai azotului este dat în special de temperatură şi de prezenţa oxigenului din aer: NO + ½ O2 ↔ NO2 (5.2) La temperaturi joase, echilibrul reacţiei este deplasat în sensul formării NO2 iar la temperaturi mari, în sensul formării NO, astfel încât în intervalul de temperatură 150 ÷ 600oC coexistă ambii oxizi, iar la temperaturi mai mari de 600oC este prezent doar NO. Datorită faptului că din zona de ardere până la evacuare în atmosferă temperatura gazelor se modifică continuu, iar concentraţia O2 poate fi şi ea destul de variabilă, este destul de dificil de precizat compoziţia specifică în oxizi de azot în aceste gaze, justificându-se formularea generală NOx. Oxizii de azot din atmosferă determină apariţia de ploi acide, smog fotochimic şi indirect determină formarea ozonului troposferic şi a poluanţilor secundari de tip PAN (azotat de peroxiacetil), PBN (azotat de peroxibenzoil ). Sǎnǎtatea omului

Chimie Anorganică

e−Chimie 143

este grav afectatǎ de prezenţa oxizilor de azot care provoacă afecţiuni pulmonare. Sursele antropogene de gaze reziduale cu conţinut de oxizi de azot sunt: 1. surse mobile: mijloacele de transport contribuie cu 50% din totalul emisiilor antropogene de NOx, respectiv 70% în cazul marilor aglomeraţii urbane; 2. surse staţionare sau fixe: centralele termoenergetice (17%) pe bază de combustibili solizi (cărbune), lichizi (păcură, motorină) sau gazoşi (gaze naturale, gaze de provenienţă petrochimică sau carbochimică, biogaz etc.). Ploile acide sunt determinate, în principal, de prezenţa în atmosferă a oxizilor de sulf şi de azot, în concentraţie mare, proveniţi din arderea combustibililor fosili, industria chimică şi metalurgică sau din procesele de oxidare a unor materiale biologice care în contact cu apa de ploaie formează soluţii diluate de acid sulfuric şi azotic. Aceste ploi pot apărea la distanţe mari (sute km) de locul emisiei agentului poluant şi au efecte negative asupra vegetaţiei, solului şi apelor:

1. distrugerea vegetaţiei prin atacul direct asupra clorofilei, în special a pădurilor de conifere; 2. acidifierea solului prin dizolvarea sărurilor de calciu şi magneziu, rezultând carenţe în nutriţia vegetaţiei; 3. dizolvarea stratului protector de la suprafaţa frunzelor, ducând la scăderea rezistenţei vegetaţiei la atacul daunătorilor; suprafertilizarea solului; 4. acidifierea apei lacurilor, ducând la scǎderea faunei acvatice. Sursele antropice pentru aceşti poluanţi sunt instalaţiile de ardere a combustibililor fosili, industria metalurgică, fabricarea celulozei, arderea deşeurilor de lemn şi a rumeguşului în centrale termice, administrarea de îngrăşăminte cu azot în agricultură, dejecţii şi fermentaţia enterică de la creşterea animalelor, incinerarea deşeurilor şi unele procese din industria chimică. Sursele mobile de poluanţi care determină apariţia ploilor acide sunt în principal autovehiculele rutiere. De asemenea, există o categorie de surse de mică importanţă cum ar fi încălzirea individuală. Procesele de transformare pe care le suferă dioxidul de sulf şi oxizii de azot în atmosferă pot conduce, atunci când concentraţia acestora depăşeşte anumite valori critice, la acidifierea atmosferei, la apariţia de precipitaţii acide cu efecte negative asupra calităţii celorlalţi factori de mediu abiotici (apă, sol), dar şi asupra ecosistemelor şi sănătăţii umane. Mecanismul de formare a ploilor acide constă în oxidarea şi reacţia cu apa în atmosferă a oxizilor de azot şi sulf la acid azotic şi sulfuric. Compuşii de reacţie ajung pe sol şi în ape pe cale umedă sau uscată. Oxizii de azot şi de sulf ajung pe cale umedǎ odatǎ cu precipitaţiile şi staţioneazǎ în atmosferă în medie mai multe zile ceea ce conduce la afectarea unor regiuni depărtate. Pe cale uscată gazele ajung prin difuzie sau în particule de aerosoli, ca azotat de amoniu sau sulfat de amoniu când staţionează puţin în atmosferă şi ca urmare produc efecte numai în zona înconjurătoare nu în zona îndepǎrtate. Poluarea cu compuşi organici volatili. Se definesc compuşii organici volatili (COV) ca fiind compuşi organici care prezintă o presiune de vapori ridicată în condiţii normal la temperatura camerei. Principalele proprietăţi care stau la baza definiţiei COV din aer sunt: volatilitatea exprimată prin presiunea de vapori, punctul de fierbere, reactivitatea manifestată în reacţiile fotochimice din atmosferă. Compuşii organici volatili sunt prezenţi în atmosferă, dar şi sol sau în apele contaminate. În acest caz definiţiile date COV pot să difere, criteriul de clasificare fiind densitatea faţă de aer. În literatura de specialitate apare şi noţiunea de “compuşi organici semi-volatili” (COSV) care include “produşi de combustie incompletă”, produşi ai industriei petrochimice, produşi biogeni şi compuşi din smogul fotochimic.

Chimie Anorganică

e−Chimie 144

Poluarea cu particule solide. Particulele poluante solide provin atât din surse naturale, cât mai ales antropogene, caz în care sunt specifice mai ales activităţile industriale (exploatări miniere, în special de suprafaţă, instalaţii de îmbogăţire a materiilor prime solide şi de condiţionare a acestora (mărunţire, sortare, flotaţie, aglomerare, uscare), depozitarea, ambalarea şi transportul diverselor materiale (materii prime, produse semifinite şi finite) în stare granulară sau pulverulentă, prelucrarea unor materii prime în vederea obţinerii unor produse specifice, industria materialelor de construţii (ciment, ceramică, sticlă, var, ipsos etc), industria siderurgică (obţinerea fontei şi a oţelului), industria de metalurgie neferoasă (obţinerea Zn, Cu, Pb, Al), alte industrii (de prelucrare a lemnului), obţinerea energiei prin arderea combustibililor convenţionali, în special a celor solizi (cărbuni fosili), cuptoare de incinerare a deşeurilor menajere şi industriale, transporturi (în special cele rutiere şi feroviare). Particulele solide cu dimensiuni mai mari de 10 microni ajung până în sistemul respirator superior (partea superioară a sistemului respirator – gât şi nas) şi se elimină prin strănut, tuse, saliva sau prin sistemul digestiv. Particulele mai mici pun probleme de sănătate mult mai serioase determinând micşorarea capacităţii pulmonară, apariţia de boli cronice cum ar fi emfizemul, bronşite cronice, cancer şi boli cardiovasculare. Smogul fotochimic. Termenul de smog este rezultatul fuziunii a două cuvinte din limba engleză: smoke = fum şi fog = ceaţă şi a fost utilizat pentru prima dată la începutul secolului XX-lea de către fizicianul englez H.A.Des Vœux, cu ocazia unei puternice poluări atmosferice în zona oraşului Glasgow în anul 1905. Atunci au fost înregistrate 1063 de decese în rândul populaţiei civile. Smogul este un amestec complex de poluanţi atmosferici (gazoşi, lichizi, solizi), care se manifestă ca un nor difuz de culoare galben-brună, este staţionar deasupra marilor aglomerări urbane timp de la câteva ore până la câteva săptămâni şi care prezintă un potenţial toxic extrem de ridicat. Cei mai importanţi factori care determină formarea smogului fotochimic într-o zonă intens poluată sunt: gradul de poluare, insplaţia (gradul de iradiere cu UV)topografia zonei, factori meteorologici, factori temporali. Procesul de formare a smogului fotochimic este foarte complex atât datorită prezenţei unui mare număr de poluanţi (gazoşi, lichizi, solizi), cât şi datorită mecanismelor complexe de reacţie determinate de un număr mare de factori. Într-o formă mult simplificată, procesul parcurge două etape: formarea ozonului troposferic sub acţiunea radiaţiilor UV şi interacţia acestuia cu alţi poluanţi, în special cu compuşi organici volatili şi cu NOx. Efectele nocive asupra organismului uman ale smogului fotochimic sunt acute, reprezentate de uscăciune a mucoaselor gurii, nasului, modificări ale acuităţii vizuale, cefalee până la congestie pulmonară, edem şi moarte; la concentraţii de 0,02-0,05 ppm ozonul este sesizat olfactiv; la 0,1÷1 ppm crează tulburări de vedere, modificări ale funcţiei pulmonare, iar la 0,8÷1,7 ppm apar congestiile pulmonare şi cronice: leziuni cronice pulmonare (bronşită, pneumonii), apariţia şi dezvoltarea tumorilor pulmonare. Distrugerea stratului de ozon. Rolul esenţial al ozonului stratosferic este acela de reţinere a radiaţiilor UV cu lungime de undă 200÷400nm. După valoarea lungimii de undă, radiaţiile ultraviolete sunt de trei tipuri: UVC (λ = 200÷280 nm), UVB (λ = 280÷315 nm), UVA (λ = 315÷400 nm). Radiaţiile de tip UVA sunt puternic absorbite de moleculele de ozon şi în consecinţă nivelul intensităţii acestora la sol este foarte scăzut. Absorbţia celorlalte tipuri de radiaţii de către moleculele de ozon este puternic dependentă de grosimea stratului de ozon. La începutul secolului XX în SUA au fost sintetizaţi pentru prima dată la scară industrială compuşi organici de tip cloro-fluoro-carburi (CFC). Compuşii CFC prezintă câteva proprietăţi particulare faţă de alţi compuşi organici, motiv pentru care aceştia şi-au găsit aplicaţii practice deosebite. Aplicaţiile mai importante ale

Chimie Anorganică

e−Chimie 145

compuşilor CFC sunt utilizarea lor ca agenţi frigorifici (freoni), solvenţi speciali, agenţi de formare de aerosoli, agenţi de formare a spumelor polimerice (polimeri expandaţi), agenţi de sterilizare echipamente medicale. Compuşii de tip CFC şi derivaţii acestora se acumulează în stratosferă şi participă la reacţii fotochimice, sub incidenţa radiaţiilor UV având loc scindarea legăturilor de tip C-Cl, C-F mai puţin stabile, cu eliberarea atomilor de halogen:

CCl3F + UV → CCl2F + Cl (5.3) CCl2F2 + UV → CClF2 + Cl (5.4)

Atomii de clor formaţi reacţionează foarte rapid cu moleculele de ozon:

Cl + O3 → ClO + O2 (5.5) ClO + O → Cl + O2 (5.6)

Se formează oxidul de clor (ClO) care este puţin stabil şi care reacţionează cu un atom liber de oxigen. Atomul de halogen astfel eliberat reacţionează cu o nouă moleculă de ozon. Ca urmare, un singur atom de clor poate participa la o succesiune de reacţii prin care moleculele de ozon sunt transformate în molecule de oxigen descompunând astfel aproximativ 100 000 de molecule de ozon. Compuşii chimici care au cel mai mare impact asupra distrugerii stratului de ozon sunt cunoscuţi sub acronimul ODS („Ozone Depleting Substances”) sau ODC („Ozone Depleting Chemicals”) şi fac parte din următoarele categorii de compuşi organici halogenaţi: CFC (cloro-fluoro-carburi), HCFC (hidrocloro-fluorocarburi), BFC (bromofluorocarburi), HBFC (hidroclorofluorocarburi), CCl4- tetraclorură de carbon, CH3Br- bromură de metil, CH3-CCl3- metil cloroform. Distrugerea stratului de ozon prin acţiunea indirectă a poluanţilor atmosferici de tip CFC determină o creştere a intensităţii radiaţiilor UV care ajung la nivelul solului. O reducere cu 50% a stratului de ozon determină o creştere a intensităţii radiaţiilor UV la nivelul solului cu mai mult de 100%. Acţiunea eritemală este dependentă de intensitatea radiaţiilor UV, de timpul de expunere dar şi de lungimea de undă a rediaţiilor UV.

Test de autoevaluare nr. 5.6

1. Comentaţi importanţa stratului de ozon. 2. Precizaţi poluanţii responsabili de distrugerea stratului de ozon. 3. Enumeraţi cele mai importante gaze cu efect de seră. 4. Indicaţi consecinţele poluării cu gaze cu efect de seră. 5. Indicaţi efectele ploilor acide asupra organismului umane. 6. Indicaţi raportul dintre poluarea antropică şi poluarea naturală. 7. Enumeraţi principalele surse de monoxid de carbon din atmosferă. 8. Explicaţi necesitatea de a controla emisiile de compuşi gazoşi ai carbonului. 9. Definiţi smogul fotochimic. 10. Menţionaţi efectele negative ale ploilor acide.

Chimie Anorganică

e−Chimie 146

5.3. Prevenirea şi reducerea poluării 5.3.1. Prevenirea şi reducerea poluării apelor

Autoepurarea. Apele naturale au capacitatea de a se autoepura prin: 1. procese fizice: diluare, amestecare, difuzie, sedimentare, coagulare, dizolvare de oxigen, degajare de gaze în aer, sub acţiunea radiaţiei solare; 2. procese chimice: neutralizare, oxidare, reducere, precipitare, adsorbţie, absorbţie, descompunere fotochimică; 3. procese biologice: prin biocenoza proprie, în mod direct, prin acţiune litică (bacteriofagi), filtrare (scoicile), consum (de către protozoare), secreţia de substanţe toxice pentru “intruşi” (actinomicetele); 4. procese biochimice în ciclurile azotului, sulfului şi carbonului, pe baza activităţii specifice a bacteriilor, fungilor care se desfǎşoarǎ în condiţii dependente de pH, radiaţii solare, concentraţia de oxigen, temperatură. Procesul de autoepurare este influenţat negativ de curgerea lentă şi neturbulentă, de valori extreme ale temperaturii apei, de prezenţa unor compuşi toxici în concentraţii ridicate, de prezenţa de substanţe tensioactive. Cel mai important proces este oxigenarea apei care se face exogen (dizolvarea oxigenului atmosferic în apele liniştite se produce cu preluarea a 1,4 mg O2/zi/m2, iar în apele turbulente a 50 mg O2/zi/m2) şi endogen prin fotosinteză. Apele sunt preluate din ciclul natural şi sunt utilizate în toate activitǎţile umane începând cu domeniul menajer, agricultura, industrie etc. Apa este prelevată din natură, tratată şi utilizată în diverse domenii (gospodǎrirea apelor = activităţile care, printr-un ansamblu de mijloace tehnice şi măsuri legislative, economice şi administrative, conduc la cunoaşterea, utilizarea, valorificarea raţională, menţinerea sau îmbunătăţirea resurselor de apă pentru satisfacerea nevoilor sociale şi economice, la protecţia împotriva epuizării şi poluării acestor resurse, precum şi la prevenirea şi combaterea acţiunilor distructive ale apelor – Legea apelor, 1996 modificată şi completată în 2010). După folosire apele trebuie să fie redate naturii. Pentru a proteja resursele naturale în general, apele în particular, este nevoie de prevenirea poluǎrii acestora. Când însǎ poluarea s-a produs este nevoie de un tratament care poate fi costisitor şi complicat, dar obligatoriu de urmat. Datoritǎ folosinţelor, calitatea apelor este mult afectatǎ şi de aceea principala mǎsurǎ de protecţie a calitǎţii apelor de suprafaţă este epurarea apelor. Epurarea - este ansamblul de operaţii care se aplicǎ apelor uzate pentru a le aduce la condiţiile standard care fac posibilǎ evacuarea acestora într-un receptor în condiţii de siguranţǎ. Istoric. Acum circa 5000 ani se pare cǎ au fost construite primele canalizǎri în valea Indului. In Roma anticǎ celebra ”Cloaca maxima” deservea aproximativ un milion de locuitori şi tot de atunci existǎ canalele romane care au fost astfel construite încât şi azi sunt utilizabile. Rolul canalelor era sǎ deverseze apele uzate din localitǎţi în receptori naturali, râu sau mare, în aval. În urma lucrǎrilor arheologice din insula Creta s-au gǎsit patru sisteme de colectare separatǎ la palatul regelui Minos care dateazǎ de la 1700 î.Hr. Apele uzate erau colectate printr-un sistem de ţevi din teracotǎ care erau legate de un canal colector în piatrǎ. Apele de ploaie alimentau cisterne şi apeducte cu apǎ de la surse naturale pentru a deservi continuu sǎli de baie şi latrine care apoi erau evacuate în râul Kairatos. De pe la anul 2000 î.Hr. întreaga insulǎ Creta avea un sistem de colectare din teracotǎ a apelor. Sistemul transporta în principal apele de ploaie, dar şi o parte din deşeurile umane. În Evul mediu locuitorii din oraşele europene îşi aruncau apele fecaloid-menajere în stradǎ, în şanţul din mijlocul strǎzii.

Chimie Anorganică

e−Chimie 147

Staţia de epurare. Principiul constructiv al unei staţii de epurare constǎ din douǎ sau trei trepte de epurare: treapta primară – mecanică, treaptă secundară – biologică, treaptă terţiară – pentru îndepărtarea N si P. Unele staţii de epurare conţin şi treapta terţiară de epurare care are rolul de a înlătura compuşii în exces (nutrienţii) şi sǎ asigure dezinfecţia apelor (prin clorinare) înainte de a fi deversate în receptorul natural. Treapta primară de epurare se bazeazǎ pe procese fizice de separare şi cuprinde urmǎtoarele utilaje: 1. grătarele cu rol de reţinere a corpurilor plutitoare şi a suspensiilor grosiere (bucăţi de lemn, textile, plastic, pietre); 2. sitele au rol identic cu cel al grătarelor, dar au ochiuri mai dese şi au rolul de a reţine solidele cu diametrul mai mic; 3. deznisipatoarele sau decantoarele au rolul de a reţine particulele grosiere; asigură depunerea pe fundul bazinelor, a nisipului şi pietrişului fin şi a altor particule care au trecut de site, dar care nu rǎmân suspendate în ape liniştite mai mult de câteva minute; 4. decantoarele primare - longitudinale sau circulare. Rolul lor este sǎ asigure staţionarea apei timp mai îndelungat pentru ca suspensiile fine sǎ se depunǎ. În decantoarele longitudinale se pot adǎuga diverse substanţe chimice cu rol de agent de coagulare/floculare pentru a determina depunerea suspensiilor fine. Treapta secundară de epurare se bazeazǎ pe activitatea microorganismelor (metabolism şi creştere bacterianǎ) şi cuprinde urmǎtoarele utilaje: 1. bazin de aerare unde apa este amestecată cu "nămol activ" care conţine microorganismele care descompun substanţele organice în condiţii aerobe. Se introduce continuu aer pentru a susţine şi accelera procesele biochimice. 2. decantoarele secundare sunt bazine în care se sedimentează materialele de suspensie formate în urma proceselor complexe din aerotancuri (nǎmol). Nămolul este trimis la metantancuri, iar gazele (ce conţin mult metan) se folosesc drept combustibil (de ex. la centrala termică). Treapta terţiarǎ este biologică, mecanică, chimică sau combinată. Se utilizează tehnologii clasice (filtrarea) sau mai speciale (adsorbţia pe cărbune activ, precipitarea chimică). În această treaptă se eliminǎ azotul în exces prin nitrificare (transformarea amoniului în nitrit şi apoi nitrat) urmată de denitrificare (transformarea nitratului în azot gaz care se degajă în atmosferă), iar fosforul se elimină pe cale biologică sau chimică. În urma trecerii prin staţia de epurare apele trebuie să aibă o calitate care să corespundă standardelor pentru ape uzate epurate şi descǎrcarea apelor în emisar sǎ fie în siguranţǎ fǎrǎ a produce efecte negative asupra mediului înconjurǎtor. Se înregistrează situaţii în care ajung în apele fecaloid-menajere tot mai multe substanţe poluante pe care staţiile de epurare nu le pot înlătura din ape. În final apa epurată este evacuatǎ în emisar care poate fi râul de unde a fost captată în amonte de localitate apa pentru tratare şi potabilizare. Apa poate conţine încă urme de poluanţi care nu au putut fi eliminaţi, motiv pentru care este avantajos ca debitul emisarului să fie mare şi sǎ asigure o diluţie adecvată. 5.3.2. Prevenirea şi reducerea poluării solului

În scopul menţinerii funcţiilor solului şi pentru reducerea riscului pentru mediu şi sănătate trebuie întreprinse măsuri corespunzătoare pentru a limita introducerea intenţionată sau neintenţionată a substanţelor periculoase pe/sau în sol, exclusiv acelea cauzate de depuneri din aer şi acelea determinate de fenomene naturale cu caracter excepţional, inevitabil şi irezistibil. În acest scop se va recurge la: îmbunătăţirea tehnicilor agricole, reducerea cantităţii de îngrăşăminte chimice şi pesticide folosite, gestionarea corespunzătoare a deşeurilor, exploatarea judicioasă a solului, reîmpăduriri, realizarea de lucrări de desecare-drenaj, folosirea de diferite adaosuri, adoptarea

Chimie Anorganică

e−Chimie 148

de legislaţie corespunzătoare şi educarea populaţiei în spiritul protecţiei mediului Îmbunătăţirea metodelor agricole utilizate poate ajuta la reducerea spălării îngrăşămintelor (percolarea acestora). Rotaţia culturilor sau utilizarea de culturi mixte poate îmbunătăţi fertilitatea solului. Aplicarea îngrăşămintelor biologice şi a îngrăşămintelor naturale poate reduce cantitatea de îngrăşăminte şi pesticide utilizată. Metodele biologice de combatere a dăunătorilor conduc la scăderea cantităţii de pesticide utilizate şi în consecinţă la reducerea poluării solului. Dacă poluarea solului se datorează eroziunii, prevenirea acesteia se poate realiza printr-o exploatare judicioasă a solului. Aceasta se referă la folosirea adecvată a irigaţiilor, a fertilizării, tratării cu pesticide, alternării culturilor, precum şi folosirii unor echipamente adecvate. Alte măsuri importante care trebuie luate în vederea prevenirii poluării solului prin eroziune sunt: evitarea suprapăşunatului, evitarea exploatării necorespunzătoare a pădurilor şi amenajările antierozionale. Utilizarea agriculturii biologice (ecologice) se bazează pe obţinerea de produse agricole cu valoare nutritivă ridicată, folosirea unor metode de lucru compatibile cu mediul, menţinerea şi ameliorarea durabilă a fertilităţii solului, evitarea poluării solului, protejarea plantelor şi animalelor sălbatice, păstrarea organismelor vii din sol prin rotaţii adecvate de culturi, prin tehnici adecvate de lucrări şi prin menţinerea unui nivel mare de humus. Compostarea reprezintă o metodă ecologică şi eficientă de valorificare a deşeurilor biodegradabile. Tehnica presupune tratarea în condiţii aerobe a materialelor biodegradabile cu formare de compost (în cazul compostării deşeurilor) sau cu degradarea unor compuşi periculoşi dintr-un sol contaminat). Compostul reprezintă îngrăşământul de bază al agriculturii biologice, bogat în materii organice cu raportul Ca/P mai mic de 25, bine fermentat şi care nu conţine agenţi patogeni pentru plante, animale şi om. Se foloseşte în cantitate de 6-10 tone/ha în funcţie de conţinutul de humus al solului. La prepararea composturilor se folosesc reziduuri din: agricultură (reziduuri zootehnice, de la culturile cerealiere şi plante tehnice), industria alimentară (de la abatoare, carmangerii, de la prelucrarea peştelui), prelucrarea legumelor, industria berii, a alcoolului şi din vinificaţie, industria lemnului, resturi menajere, resturi vegetale din parcuri, ierburi marine, reziduuri de canalizare. Prevenirea poluării implică un domeniu larg de măsuri care au acelaşi obiectiv şi anume reducerea sau eliminarea surselor de deşeuri şi alţi poluanţi. Prevenirea poluării cu deşeuri şi alte tipuri de poluanţi se realizează prin reducerea surselor de poluare precum şi prin reciclarea deşeurilor. Soluţia de perspectivă a problemei reprezintă schimbarea tehnologiilor clasice de fabricaţie, prin concepţii noi, fără deşeuri de fabricaţie şi introducerea de tehnologii de valorificare a materiilor prime sărace în substanţă activă. Limitarea acestor soluţionări constă în cheltuieli mari aferente schimbărilor menţionate făcând ca acestea să se realizeze doar treptat. Reciclarea materialelor utile din deşeuri reprezintă cea mai bună măsură de prevenire a poluării mediului ambiant, de reintegrare în circuitul economic a unor materiale refolosibile. Trebuie să fie realizat un sistem eficient de eliminare a deşeurilor pentru a face faţă cantităţii mari de deşeuri solide generate. Deşeurile industriale pot fi tratate fizic, chimic şi biologic până la obţinerea de compuşi mai puţin periculoşi. Deşeurile municipale trebuie pretratate şi reciclate. Doar o cantitate foarte mică din astfel de deşeuri trebuie eliminată. Reîmpădurirea şi plantarea de graminee ajută la prevenirea poluării solului. În împădurire speciile native ar trebui să aibă un avantaj faţă de speciile exotice. Prevenirea sărăturării secundare a solurior se poate realiza: prin asigurarea unei bune funcţionări a sistemului de desecare-drenaj (pentru a favoriza circulaţia descendentă în solurile saline şi îndepărtarea din sol a sărurilor solubile odată cu apele de evacuare), prin irigaţii de spălare în a doua parte a perioadei de vegetaţie. Lipsa de apă a solului se previne prin irigare.

Chimie Anorganică

e−Chimie 149

Prevenirea creşterii conţinutului de sodiu schimbabil din sol, la niveluri şi adâncimi dăunătoare calităţii solului, se realizează prin asigurarea bunei funcţionări a sistemului de desecare-drenaj (care să împiedice circulaţia ascendentă a soluţiilor saline bogate în ioni de sodiu) şi prin irigaţii de spălare însoţite în a doua parte a vegetaţiei de amendamente. Lucrările de hidro-ameliorare se realizează pentru prevenirea excesului de umiditate a solului. Folosirea asolamentelor, a fertilizării solului şi tratarea acestora se realizează pentru prevenirea tasării solului. În cazul poluării cu pesticide măsurile de ameliorare a mediului sunt diferite în funcţie de natura pesticidului. Procedeele cele mai rapide sunt cele care se bazează pe administrarea de adjuvanţi în sol, care au ca scop principal reţinerea sau degradarea pesticidelor. Un număr mare de procedee de depoluare folosesc capacitatea de reţinere a contaminanţilor de unele plante, cum ar fi de exemplu: porumbul, trestia de zahăr, sorgul etc. Alte măsuri importante care trebuie luate în scopul menţinerii calităţii solului se referă la conştientizarea publicului privind importanţa protecţiei mediului asupra calităţii vieţii pe Pământ şi adoptarea de legislaţie corespunzătoare. În cazul în care se constată nerespectări ale legislaţiei în vigoare se vor aplica amenzi corespunzătoare. Reducerea poluării solului. Metodele de reducere a poluării solului diminuează efectele acesteia asupra organismelor vii şi a ecosistemelor. Principalele metode de reducere a poluării solului sunt: 1. reducerea, reutilizarea şi reciclarea deşeurilor – constă în micşorarea cantităţii de deşeuri eliminată care ajunge în depozitele de deşeuri şi reciclarea „agresivă” în special a bateriilor uzate, a anvelopelor şi maselor plastice care conţin şi pun în libertate substanţe chimice periculoase şi metale grele. Nu se vor arde materiale plastice sau anvelope deoarece prin arderea acestora rezultă compuşi de ardere periculoşi care vor fi transportaţi de curenţii de aer şi ca urmare vor polua atât atmosfera, cât şi solul. 2. remedierea solurilor are ca scop îndepărtarea, transformarea sau imobilizarea poluanţilor din sol pentru protecţia mediului şi sănătăţii. Remedierea este supusă unor reglementarii europene şi naţionale. Principalele tehnologii de remediere a solurilor sunt: tehnologii de distrugere sau alterare a contaminanţilor (poluanţilor) care includ tehnologii termice, biologice şi chimice, tehnologii de extracţie şi separare a contaminanţilor din sol care includ desorbţia termică, spălarea solului, extracţia vaporilor din sol, tehnologii de imobilizare a contaminanţilor incluzând stabilizarea, solificare şi izolarea. Acestea pot fi aplicate in situ (fără excavarea matricei poluate a solului intervenţia având loc chiar în amplasamentul în care s-a produs contaminarea) şi ex situ (solul contaminat este îndepărtat în prealabil din locaţia iniţială). 4. compostarea deşeurilor de grădină cum ar fi gazonul tăiat, resturile de fructe şi vegetale. Acestea trebuie utilizate ca strat protector care se depune pe sol cu rol de a reţine umiditatea în sol, a reduce eroziunea, a suprima creşterea buruienilor (plantelor dăunătoare) şi germinarea seminţelor şi de a furniza nutrienţii necesari prin descompunerea materiei din stratul respectiv. Prin compostare se reduce cantitatea de azot care s-ar elimina prin descompunerea deşeurilor de grădină şi care ar ajunge prin spălare şi percolare în apa subterană şi în apa de suprafaţă. 5. menţinerea (întreţinerea) corespunzătoare a rezervoarelor subterane de stocare a uleiurilor, fosele septice şi sistemul de canalizare. Fosele septice trebuie evacuate periodic şi trebuie verificate pentru a nu apărea diferite fisuri şi trebuie verificate zonele ude din curte, cu miros neplăcut şi zonele în care s-a constatat o creştere excesivă a plantelor. 6. eliminarea şi depozitarea corespunzătoare a deşeurilor menajere. Deşeurile de origine animală trebuie valorificate corespunzător. Deşeurile menajere trebuie colectate selectiv în recipiente speciale, pe sortimente: sticlă, metal, hârtie, materiale plastice şi trebuie reciclate. Depozitele de deşeuri trebuie să respecte

Chimie Anorganică

e−Chimie 150

legislaţia în vigoare. 7. utilizarea de ierbicide şi pesticide organice, biodegradabile. Înainte de a utiliza substanţele chimice trebuie cunoscute informaţii despre modul de acţiune şi despre efectele acestora. Substanţele chimice trebuie utilizate cu moderaţie. 8. plantarea de specii indigene - planificată astfel încât să se reducă scurgerile. Aceasta va ajuta la reducerea cantităţii de apă şi de substanţe chimice de pe plantaţii (gazon) necesare pentru menţinerea culturilor respective. 9. utilizarea corespunzătoare a îngrăşămintelor chimice. Îngrăşămintele chimice trebuie utilizate în timp util şi nu se irigă culturile la care s-au administrat îngrăşăminte pentru a împiedica scurgerile acestora. Se procedează la analiza solului pentru a se asigura utilizarea de îngrăşăminte corespunzător necesităţilor plantelor. 10. respectarea reglementărilor în domeniul mediului şi realizarea unui lobby pentru un control sever al poluanţilor industriali cum ar fi substanţele chimice şi metalele grele din minerit, rafinării şi alte industrii grele. Companiile şi întreprinderile trebuie sprijinite să utilizeze practici durabile şi nepoluante prin cumpărarea produselor şi serviciile acestora şi nu ale concurenţilor lor. Chiar dacă produsele acestora sunt mai scumpe faţă de cele ale competitorilor totuşi economiile pe termen lung sunt importante. 5.3.3. Prevenirea şi reducerea poluării atmosferei

Poluarea atmosferei este un proces dinamic, complex determinat de un număr mare de factori. Reducerea concentraţiei poluanţilor atmosferici nu este posibilă prin eliminarea lor din atmosferă ci prin limitarea surselor de emisie şi a cantităţilor acestora. Măsurile pentru controlul poluării aerului urmăresc: 1. identificarea şi inventarierea surselor de emisie a poluanţilor; 2. identificarea naturii şi caracteristicilor poluanţilor la fiecare sursă de emisie; 3. evaluarea cantitativă a emisiei poluanţilor; 4. identificarea şi cuantificarea efectelor poluanţilor atmosferici; 5. stabilirea unor norme generale şi specifice care să precizeze nivelul emisiilor admisibile de poluanţi la fiecare sursă; 6. evaluarea costurilor totale pentru măsurile luate şi a beneficiilor. Procesele cele mai frecvent utilizate de tehnologiile de prevenire şi reducere a poluării atmosferei sunt: adsorbţia, absorbţia, condensarea şi diferite procese chimice. Adsorbţia este operaţia unitară de transfer de masă prin care un component (sau mai mulţi) dintr-o fază fluidă (gazoasă sau lichidă) este transferat şi reţinut la suprafaţa unei faze solide. Procesele de adsorbţie se desfăşoară pe anumite materiale cu proprietăţi adsorbante numite simplu adsorbanţi. Aceste materiale au proprietatea de a adsorbi selectiv cantităţi apreciabile de componenţi gazoşi sau lichizi. Materiale adsorbante utilizate în procese de depoluare sunt: cărbunele activ, oxizii micşti, silicaţii şi aluminosilicaţii, zeoliţii şi chiar polimeri organici cu structură poroasă. Absorbţia este operaţia unitară de transfer de masă prin care un component gazos este transferat din fază gazoasă într-o fază lichidă prin dizolvare. Absorbantul este un lichid, care poate fi monocomponent (apa) sau multicomponent (soluţii de acizi, baze, săruri, amine etc, sau suspensii). Acestea pot fi soluţii apoase în care se află componenţi cu solubilitate scăzută precum carbonaţi, hidroxizi sau CaO, MgO. Procesul de condensare este un proces fizic prin care un compus aflat în stare de vapori este adus în fază lichidă prin modificarea parametrilor de stare (presiune şi temperatură). Procesul se desfăşoară cu degajare de căldură (proces exoterm), cu micşorare de volum deci este favorizat de temperaturi joase şi presiuni ridicate. Eliminarea poluanţilor în stare de vapori din gazele reziduale se poate realiza prin

Chimie Anorganică

e−Chimie 151

procese bazate pe scăderea temperaturii, a presiunii sau a temperaturii şi presiunii. Agenţii de răcire deseori utilizaţi sunt aer, apă sau soluţii de răcire tip solă care preiau atât căldura vaporilor, cât şi căldura gazelor purtătoare. Procese chimice. Eliminarea poluanţilor din gazele reziduale prin procese chimice presupune modificarea acestora prin reacţii chimice din care rezultă produşi de reacţie mai puţin poluanţi şi mai uşor de separat. Cele mai uzuale procese chimice de depoluare a gazelor sunt de tip: 1. procese de neutralizare aplicabile poluanţilor cu caracter acid (HCl, HCN, H2S, SO2, SO3, NO2, iar agenţii de depoluare sunt reactanţi cu caracter bazic:

a) suspensiile apoase de Ca(OH)2, Mg(HO)2, CaCO3, MgCO3, dolomită; b) oxizii metalici şi carbonaţii: CaO, MgO, ZnO, CuO, Fe2O3, MnO2,

CaCO3, MgCO3, CaCO3∙MgCO3, soluţii de NaOH, Na2CO3, K2CO3, Na3PO4, NH4OH, Ca(OH)2, baze organice (mono, di sau trietanolamine);

2. procese de oxidare aplicabile poluanţilor cu caracter reducător (CO, H2S, SO2, COV). Reactantul cu caracter oxidant folosit în aceste situaţii este oxigenul. Procesele de oxidare se pot desfăşura în trei variante:

a) oxidare catalitică, când oxidarea are loc la temperatură joasă, procesul se desfăşoară în reactoare catalitice. Se aplică în cazul gazelor cu conţinut de CO, H2S, SO2, COV;

b) oxidare termică procesul are loc pentru gaze cu conţinut de CO, COV, la temperaturi ridicate în reactoare tip cameră de combustie;

c) incinerare sau combustie în flacără, este aplicabilă gazelor cu conţinut de hidrocarburi sau COV. Procesul se desfăşoară la temperaturi ridicate în arzătoare cu flacără. În urma reacţiei se obţin produşi nepoluanţi precum CO2 şi H2O sau dacă în gaze există compuşi cu sulf (S, SO2 sau SO3) se obţin produşi valorificabili (H2SO4);

3. procese de reducere: poluanţii care sunt eliminaţi sau reduşi prin acest proces au caracter oxidant, gazele conţinând un conţinut mare de NOx şi SO2.

a) agenţii cu caracter reducător folosiţi ca reactanţi în cazul oxizilor de azot sunt NH3, H2, CH4, hidrocarburi inferioare;

b) agenţi cu caracter reducător H2S sau CO, amestecuri CO-H2 sau chiar CH4 pentru SO2;

4. procese de descompunere termică aplicabile poluanţilor instabili termic, care la temperaturi ridicate, se descompun cu formare de produşi nepoluanţi, sunt mai rar utilizate datorită consumului mare de energie şi sunt în general aplicate când restul proceselor sunt ineficiente. Gazele reziduale cu conţinut ridicat de NOx pot utiliza astfel de procese. 5. procedee de eliminare a particulelor solide au ca scop atât reducerea poluării atmosferei, cât şi protecţia muncii; protejarea conductelor şi utilajelor de acţiunea corozivă a particulelor din fluxurile gazoase ale procesului respectiv; protejarea altor procese tehnologice de acţiunea particulelor aspirate împreună cu aerul tehnologic necesar, recuperarea în vederea valorificării unor materiale (ciment, pulberi metalice, cărbuni, pirite). Eliminarea compuşilor cu sulf. Ţinând cont de natura surselor de emisie şi de natura compuşilor cu sulf din gazele reziduale, poluarea atmosferei cu compuşi cu sulf poate fi prevenită prin urmǎtoarele: 1. reducerea consumului de energie; 2. creşterea performanţelor tehnice ale procedeelor de prelucrare a materiilor prime cu sulf şi de obţinere a compuşilor cu sulf (randamente de transformare ridicate, posibilitatea recuperării şi utilizării compuşilor); 3. reducerea procentului de energie rezultată din arderea combustibililor convenţionali (cărbuni şi produse petroliere grele); 4. folosirea compuşilor cu conţinut cât mai redus de sulf sau chiar a unor combustibili fără sulf; 5. aplicarea procedeului de desulfurare în diverse etape:

a) folosirea unei etape preliminare de desulfurare avansată a combustibililor înaintea arderii acestora, denumită şi desulfurare primară, prezintǎ

Chimie Anorganică

e−Chimie 152

avantajul cǎ volumul de combustibil este mai mic decât volumul gazelor de ardere, procesele de coroziune care pot apare datorită oxizilor cu sulf sunt evitate, apare posibilitatea recuperării şi valorificării în mare parte a sulfului din combustibili. Randamentul desulfurării combustibililor depinde de natura acestora.

b) folosirea desulfurării ca etapă intermediară de prelucrare a gazelor industriale (gaze de cocserie, a gazelor petrochimice) denumită desulfurare intermediară. Aceasta constă în procese de chemosorbţie pe oxizi metalici la temperaturi înalte. Dacă în gaze există cantităţi mari de SO2 acestea se reţin sub formă de sulfiţi sau sulfaţi, iar dacă conţinutul de H2S este predominant acesta trece în sulfură metalică. Procedeul este mai eficient dacă este regenerativ şi recuperativ. Dezavantajele acestei desulfurări sunt: consum mare de reactivi, formarea unor depozite mari de deşeuri solide şi eficienţă relativ scăzută.

c) desulfurarea avansată a gazelor reziduale, mai ales cele ale proceselor de ardere a combustibililor denumită desulfurare finală. Are loc înainte de eliminarea gazelor reziduale în atmosferă. Prezintǎ eficienţǎ redusǎ datorită prelucrării unor volume mari de gaze reziduale la temperaturi ridicate şi cu concentraţii mici de SO2 (0,1 - 0,2%), iar în cazul prezenţei şi a altor compuşi cu concentraţii mai mari (CO2, H2O, NOx, cenuşii) apar probleme de separare. Necesitǎ cheltuieli mari în investiţii pe echipamente voluminoase din materiale anticorozive.

Eliminarea oxizilor de azot. Măsurile de prevenire a emisiilor mari de oxizi de azot în procesele de ardere a combustibililor în scopuri energetice sunt denumite măsuri primare de reducere a NOx. Ele acţionează asupra excesului de aer, temperaturii de ardere şi timpului de staţionare în zona de reacţie. Aceste măsuri prezintă o eficienţă bună şi cheltuieli relativ reduse. În unele situaţii se propun măsurile secundare de reducere a emisiilor de NOx care sunt mai costisitoare cum sunt: procedeele umede care au la bazǎ procese de absobţie însoţite de reacţie chimică şi se aplicǎ mai ales gazelor provenite de la fabricarea acidului azotic; procedeele uscate sunt procedee catalitice (reducerea NOx la temperaturi moderate 200-450ºC, cu utilizarea agenţilor reducători de tip amoniac, uree, hidrogen, monoxid de carbon, amestecuri ale acestora) sau necatalitice (adsorbţie pe cărbune activ, mordenit). Eliminarea compuşilor organici volatili se realizeazǎ prin: înlocuirea COV în procesele tehnologice (procese de degresare, de obţinere a vopselurilor, cernelurilor şi a adezivilor) şi în produsele finale cu alţi compuşi; implementarea celor mai bune practici de management sau modificarea procedeelor (utilizarea sistemelor închise în timpul utilizării, stocării şi distribuţiei lichidelor cu puncte joase de fierbere); recircularea şi /sau recuperarea COV prin adsorbţie, absorbţie, condensare sau procese de membrană; distrugerea COV prin incinerare termică, ardere catalitică sau tratare biologică.

Test de autoevaluare nr. 5.7

1. Menţionaţi procesele fizice care au loc în autoepurarea apelor. 2. Indicaţi diferenţa dintre autoepurare şi epurarea apelor. 3. Definiţia staţiei de epurare. 4. Definiţi compostul. 5. Menţionaţi principalele metode de reducere a poluării solului. 6. Indicaţi principiile de bază ale agriculturii biologice. 7. Precizaţi principalele procese implicate în reducerea poluării atmosferei. 8. Prezentaţi o metodă de a reduce emisiile de compuşi organici volatili în atmosferă. 9. Menţionaţi procese chimice implicate în eliminarea poluanţilor din mediu.

Chimie Anorganică

e−Chimie 153

Bibliografie D.F. Shriver , P.W. Atkins, C.H. Langford, Chimie anorganică, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1998 1. J.A. Dean, Lange’s Handbook of Chemistry, McGrawHill Inc, New York,

1999 2. W.R. Weiner, Applications of Environmental Aquatic Chemistry: A Practical

Guide, Taylor & Francisc Group, LLC, 2007 3. A. Bâtcă, Chimie anorganică modernă în întrebări şi răspunsuri, Ed.

ştiinţifică şi enciclopedică, Bucureşti, 1981 4. C. Guran, Chime anorganică, Vol. I, Ed. ASAB, Bucureşti, 2007 5. I. Jitaru, Chimie anorganică structurală, Ed. Printech, Bucureşti, 2009 6. S.S. Zumdahl, Chemistry, D.C. Heath and Company, Lexington,

Massachusetts, Toronto, 1986 7. L.Stoica, Chimie anorganică, Ed. Printech, Bucureşti, 2001 8. A. Răzvan, Chimie pentru ingineri optometrişti, Ed. Printech, Bucureşti,

2005 9. http://www.webelements.com 10. http://goldbook.iupac.org 11. http://www.ptable.com 12. http://www.britannica.com/science-and-technology 13. P. Spacu, M. Stan, C. Gheorghiu, M. Brezeanu, Tratat de chimie

anorganică, vol III, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1978. 14. C.D. Neniţescu, Chimie generală, Ed. didactică şi pedagogică, Bucureşti,

1985. 15. F.A. Cotton, G. Wilkinson, P.L. Gaus, Basic Inorganic Chemistry, Ediţia a

3-a, Ed. John Wiley & Sons, Inc. New York, Chichester, Brisbane, Toronto, Singapore, 1995.

16. N.N. Greenwood, A. Earnshaw, Chemistry of the elements, Ed. Butterworth-Heinemann, Oxford 1998.

17. C. Guran, D. Berger, Guide for inorganic chemistry, Ed. Politehnica, Bucureşti, 2002.

18. E. Bratu, Operaţii şi utilaje în industria chimică, vol 1, Ed Tehnică, Bucureşti 1985.

19. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook (8th edition), Mc Graw Hill, 2008. 20. T. D. Danciu, P. Postelnicescu, A. M. Dumitrescu, R. Onofrei, Bazele

Ingineriei Chimice, vol I-II, Ed. Fair Partners, 2004-2007. 21. R. Vîlcu, Termodinamica Chimică, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1975. 22. G. Boari, I.M. Mancini, E. Trulli, Technologies for water and wastewater

treatment, CIHEAM-Institut Agronomique Méditerranéen, - no. 31, 1997. 23. C. Chiriţă, S. Asandei, P. Papacostea, N. Hgondru, Ecopedologie cu baze de

pedologie generală, Ed. Ceres, Bucureşti, 1974. 24. C. Costache, C. Modrogan, Ecotoxicologia şi evaluarea riscului, Ed. AGIR,

seria Inginerie-Mediu, Bucureşti 2006. 25. R.J. Heinsohn, L.R. Cable, Sources and Control of Air Pollution, Prentice

Hall Inc, 1999. 26. R.E. Hester, R.M. Harrison (editori) Air Pollution and Health, RCS, 2000. 27. C. Higman, M. van der Burgt, Gasification, Second ed., 2009. 28. Gh. Lăzăroiu, Soluţii moderne de depoluare a aerului, Ed. AGIR, Bucureşti,

2006. 29. Legea nr. 107 din 25 sept. 1996 – Legea apelor publicată în Monitorul

Oficial Nr. 244 din 8 octombrie 1996. 30. M. Meltzer, Pollution Prevention: Avoiding the need to Manage Wastes –

Tehnologies for Environmental Cleanup: Toxic and Hazardous Waste Management, Kluwer Academic Publisher, Dordrecht, Boston, London, 1994.

Chimie Anorganică

e−Chimie 154

31. S.E. Manahan, Environmental Science and Technology, Lewis Publishers, New York, 1997.

32. R.A. Meyers, D.K. Dittrick, Encyclopedia of Environmental Pollution and Cleanup, vol. 1,2, John Wiley & Sons, Inc., 1999.

33. B. Shaw, C. Mechenich, L. Klessig, Understanding lake data, G3582, RP-03/2004.

34. C.M. Simonescu, R. Stănescu, Noţiuni generale de ecologie, Ed. Printech, Bucureşti, 2005.

35. C.M. Simonescu, R. Stănescu, Sz. Lanyi, Poluarea şi protecţia mediului, Ed. Printech, 2002;

36. R. Stănescu, L. Bobirică, O. Orbuleţ, Remedierea solurilor contaminate, Ed. AGIR, Bucureşti, 2006.

37. L.Theodore, A. Buonicore, Air polllution control Equipment, Berlin, 1994. 38. I. Untea, Controlul poluării aerului, Ed Politehnica Press, Bucureşti 2010. www.greenagenda.org/eco-acqua, seria ECOAQUA