decontaminarea solului poluat cu petrol
TRANSCRIPT
UNIVERSITATEA DE ŞTIINŢE AGRONOMICE ŞI MEDICINĂ VETERINARĂ-BUCUREŞTI
FACULTATEA DE AGRICULTURĂ SPECIALIZAREA BIOLOGIE
LUCRARE DE LICENŢĂ
CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC:
PROFESOR DOCTOR MIHAIL DUMITRU
ABSOLVENT:
1
UNIVERSITATEA DE ŞTIINŢE AGRONOMICE ŞI MEDICINĂ VETERINARĂ-BUCUREŞTI
FACULTATEA DE AGRICULTURĂ SPECIALIZAREA BIOLOGIE
DECONTAMINAREA SOLULUI POLUAT CU PETROL
CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC:
PROFESOR DOCTOR MIHAIL DUMITRU
ABSOLVENT:
2
“Resursele naturale regenerabile sunt constituite din
apă, aer, sol , floră, faună, energie solară, eoliană şi a
mareelor, ………”
“Factorul principal care transformă, aproape total
sau ireversibil, resursele naturale regenerabile în resurse
neregenerabile este poluarea.
Atunci când una dintre resursele regenerabile este
grav afectată de către poluare, se poate considera că s-a
produs degradarea mediului înconjurător , având
consecinţe pe termen lung, greu sau imposibil de evaluat
şi corectat”
3
CUPRINS
INTRODUCERE …………………………………………………………………………………5
CAPITOLUL I. POLUAREA MEDIULUI ÎNCONJURĂTOR ………………………………8
1.1 MEDIUL ÎNCONJURĂTOR………………………………………………………………9
1.2 SOLUL, IMPORTANTĂ COMPONENŢĂ A BIOSFEREI, FACTOR AL MEDIULUI
ÎNCONJURĂTOR ŞI PRINCIPALUL MIJLOC DE PRODUCŢIE VEGETALĂ……………...…10
1.3 POLUAREA SOLULUI, APEI SUBTERANE ŞI DE SUPRAFAŢĂ…………………13
1.3.1. POLUAREA SOLULUI ………………………………………………….………..13
1.3.2. POLUAREA APELOR DE SUPRAFAŢĂ ŞI SUBTERANE…………………….18
1.4. ANTROPIZAREA ECOSISTEMELOR ÎN PROCESUL DEZVOLTĂRII SPECIEI
UMANE………………………………………………………………………………..….19
CAPITOLUL II. METODE DE REMEDIERE A SOLURILOR POLUATE CU ŢIŢEI ..22
2.1 METODE FIZICO-CHIMICE……………………………………………….……...…..22
2.2 METODE BIOLOGICE…………………………………………………………………35
2.2.1 BIOREMEDIEREA CU AJUTORUL MICROORGANISMELOR………………36
2.2.2 BIOREMEDIEREA CU AJUTORUL PLANTELOR
FITOREMEDIEREA…………………………………………………………48
2.2.2.1 FITOTRANSFORMAREA……………………………………………….………………49
2.2.2.2 BIOREMEDIEREA RIZOSFERICA…………………………………………………….50
2.2.2.3 FITOSTABILIZAREA…………………………...………………………………………52
2.2.2.4 FITOEXTRACTIA……………………………………………………………………….52
2.2.2.5 RIZOFILTRAREA…………………….…………………………………………………53
CAPITOLUL III. DECONTAMINAREA PRIN COMPOSTARE A SOLURILOR
PUTERNIC ŞI EXCESIV POLUATE CU ŢIŢEI DIN CÂMPUL EXPERIMENTAL ALBOTA,
JUDEŢUL ARGEŞ………………………………………………………………………………..57
3.1. MATERIALE ŞI METODĂ…………………………………………………………..59
3.2. REZULTATE ŞI DISCUŢII…………………………………………………………..63
CONCLUZII………………………………………………………………………………………66
BIBLIOGRAFIE………………………………………………………………………………….68
4
INTRODUCERE
Vacanţele, drumetiile sau orice ocazie, când ne putem pierde în splendorile
naturii, ne putem scufunda în apele mărilor, căţăra exaltaţi de uimire pe crestele
munţilor, absorbi prin toate simţurile frumuseţea Pământului , sunt visurile noastre de
fiecare zi. Dacă ar fi numai atât, natura ar fi veşnic frumoasă, fericită şi generoasă.
De cele mai multe ori , însă uitând că nu merităm să primim nimic degeaba ,
luând mereu şi neoferind nimic la rândul nostru, tezaurul de frumuseţe al naturii va
seca. Natura nu ne aparţine noua, decât în măsura în care înţelegem că noi aparţinem
naturii.
Omul, fiinţă efemeră , nu observă şi nu aude glasul naturii , decât atunci când
acesta devine geamăt. El învăţat să observe doar reacţiile instantanee, măsurate într-
un timp comparabil cu durata prea scurtei sale existenţe, uită că viaţa naturii număra
milenii. Reacţiile acesteia , deşi sunt lente, se desfăşoară în lanţ, toate în natură fiind
legate printr-o sensibilă reţea de interrelatii ce stau la baza alcătuirii şi funcţionării
acestui miraculous sistem.
Nu încape îndoială , că solul este capitalul cel mai preţios de care omul dispune
pentru satisfacerea nevoilor şi ambiţiilor sale. La urma urmelor , cel puţin până la
inventarea fotosintezei artificiale , cu toţii depindem de stratul subţire şi roditor de la
suprafaţa Pamnatului, de unde se extrag majoritatea resurselor necesare vieţii. Or,
unul din marile paradoxuri este că omul tinde să-şi pericliteze izvorul vieţii din
neştiinţă , neglijenţă , lăcomie , sau din alte cauze. Aşa se face că în timp ce tehnicile
moderne îi îngăduie să introducă în circuitul productiv milioane de hectare de teren ,
ce până ieri erau socotite inerte pe vecie , în paralel, alte milioane de hectare fertile
devin improprii cultivării , datorită tot acţiunii omului.
De când omul a început să acţioneze iraţional împotriva naturii, suprafaţa
terenurilor supuse deşertificarii a crescut cu un miliard de hectare şi acest proces
5
avansează într-un ritm accelerat . În fiecare an , zeci de milioane de hectare de soluri
productive sunt “ devorate” de drumuri, de uzine şi de oraşe , de hale de deşeuri şi
reziduuri rezultate din activitatea industrială , victime ale luptei inegale dintre iarbă
verde şi asfalt.
România ca ţara producătoare şi cu tradiţie în prelucrarea ţiţeiului, este afectată
din păcate, de fenomene accidentale nedorite care duc la poluarea mediului
înconjurător cu ţiţei, produse petroliere şi reziduuri provenite din procesul de
prelucrare a petrolului.
Principalele surse de poluare sunt: activitatea extractiva, prelucrarea şi
transportul ţiţeiului şi produselor petroliere, poluantii rezultaţi de la aceste surse
afectând atât aerul , apele de suprafaţă şi subterane , vegetaţia şi în special solul.
Fenomenele de poluare determină modificări importante la nivelul fitosferei şi
zoosferei, precum şi al microorganismelor, ducând la dispariţia unui mare număr de
specii, determinând scăderea fertilităţii solului, cea mai importantă proprietate a
acestuia , care permite susţinerea vieţii vegetale şi animale şi implicit omului.
Conştientizarea acestei stări de fapt a determinat apariţia unui nou concept în
construcţia proceselor de dezvoltare , conceptual de dezvoltare durabilă, formulat la
început numai din perspectivă protecţiei mediului înconjurător şi a supravieţuirii
omului, drept “ dezvoltarea care satisface necesităţile generaţiilor prezente , fără a
compromite capacitatea generaţiilor viitoare de a-şi indeplinii propriile necesităţi”.
Ulterior conceptul de dezvoltare durabilă a căpătat importante conotaţii
politice. Astfel , la Conferinţa de la Rio de Janeiro din 1993 asupra schimbărilor
planetare şi la cea de la Bangkok din 1994 asupra stratului de ozon, au participat nu
numai oameni de ştiinţă din domeniu, ci şi politicieni din cele mai înalte sfere ale
puterii.
În scopul satisfacerii cerinţelor fundamentale ale conceptului de dezvoltare
durabilă , şi anume , realizarea, la scară planetară , a unui proces de dezvoltare
economică , socială şi politică , care să menţină şi, eventual , să dezvolte resursele de
evoluţie ale planetei şi ale speciei umane, s-au propus trei obiective pragmatice:
· Reducerea poluării generate de activitatea speciei umane în procesul de
evoluţie , aşa cum se desfăşoară el în prezent;
6
· Reconstructia ecologică , respectiv realizarea unui echilibru de stabilitate mare
pentru mediul înconjurător.
Formularea şi implimentarea unui tip de dezvoltare economică, socială şi
politică care să determine evoluţia speciei umane către cresterea nivelului de
complexitate având consecinţele menţinerii vieţii pe planetă. În aceste circumstanţe ,
în mod necesar , a venit vremea ca ştiinţă să se implice în cunoaşterea aprofundată a
tuturor fenomenelor negative generate de antropizare, să informeze opinia publică şi
factorii de decizie asupra necesităţii schimbării evoluţiei sociale de la “ homo
economicus” la “ homo ecologicus” şi să încerce rezolvarea problemelor.
Prelevările de date experimentale şi măsuratorile efectelor poluării au dus la
perfecţionarea metodelor fixico- chimice de analiză, dar interpretarea lor nu se poate
face în cadrul , din păcate, prea îngust şi hiperspecializat , al fiecăreia dintre
disciplinele actuale, ci , este necesară o cercetare bazată pe interdisciplinaritate.
Din această cauză , acţiunea de reducere a plouarii, bazată în exclusivitate pe
înţelegerea ştiinţifică a mecanismelor acestui fenomen , este o acţiune de durată prea
mare în raport cu interesele oamenilor afectaţi de efectele negative ale acesteia.Este
necesară o acţiune de reducere a poluării care să se desfăşoare în timp real, de care să
beneficiceze şi oamenii care “acum” sunt victimile ei. De aceea, există o preocupare
permanenta de cunoaştere a comportării şi efectelor substanţelor chimice introduse în
sol asupra ecosistemului, precum şi a degradării naturale a acestora sau prin diferite
tehnici .
În zonele de extracţie a petrolului, fenomenele de poluare cu reziduuri de petrol
şi cu ape uzate, uneori sărate, sunt destul de extinse , impactul asupra ecosistemelor
depăşind intensitatea altor acţiuni antropice.
Petrolul modifică radical proprietăţile solului , atât fizice şi chimice cât şi cele
biologice . Acesta formează o peliculă impermeabilă la suprafaţa solului care
împiedică circulaţia apei în sol şi schimbul de gaze dintre sol şi atmosferă , producând
axfisierea rădăcinilor şi favorizând manifestarea procesului de reducere . Pe măsura
ce solul devine mai anaerob scade numărul şi activitatea metabolică a bacteriilor .
Petrolul , fiind bogat în carbon organic ( 98% hidrocarburi ) , creşte raportul C/ N în
sol, influenţând negativ activitatea microbiologica şi nutriţia plantelor cu azot.
7
În zonele de extracţie a petrolului problema poluării solului datorită acestei
activităţi devine şi mai complicată deoarece , concomitent cu plouarea cu reziduuri
petroliere, are loc şi o plouare cu ape uzate, sărate, capabile să provoace şi o
salinizare puternică a solurilor poluate cu petrol. În condiţiile unei astfel de poluări
solul devine practic neproductiv, fiind scos complet din circuitul economic.
Eliminând efectele poluării şi refăcând starea iniţială a ecosistemelor se pune în
aplicare conceptual de dezvoltare durabilă, care, în domeniul ştiinţei solului,
reprezintă optimizarea funcţiilor solului generatoare de fertilitate.
Având în vedere că poluarea cu ţiţei, produse şi reziduuri petroliere afectează
însăşi capacitatea solurilor de a susţine viaţa , elaborarea unei metodologii de
remediere , adaptată condiţiilor din România se impunea cu necesitate.
În acest scop , s-au efectuat cercetări privind decontaminarea prin compostare
a solurilor poluate cu ţiţei cu ajutorul microorganismelor selecţionate din microflora
autohtonă.
Lucrarea constituie o evaluare complexă a problemei bioremedierii cu ajutorul
microorganismelor a poluării solurilor cu compuşi organici proveniţi din ţiţei şi în
subsidiar apă sărată, cu indicarea modului în care se produce poluarea şi a efectului
acesteia supra solurilor. Această lucrare prezintă un over view asupra principalelor
metode fizico-chimice de remediere a solurilor poluate şi o pledoarie pentru
superioritatea bioremedierii ca tehnologie superioară pentru decontaminarea solurilor
poluate cu compuşi organici.
I. POLUAREA MEDIULUI INCONJUARATOR
Ca ţara producătoare de petrol şi gaze naturale, România având şi un potenţial
de extracţie cu perspectivă de creştere a producţiei , suferă de unele aspecte nefericite
în ceea ce priveşte poluarea provenită din activităţile de extracţie, transport şi
prelucrare.
Zeci de mii de hectare dintre cele mai bune terenuri agricole şi sisilvice sunt
poluate cu ţiţei, reziduuri petroliere , produse rafinate şi apă sărată , adjuvant al
ţiţeiului în activitatea de transport. După evaluarea efectuată în 1999 în cadrul ICPA,
8
s-a stabilit că o suprafaţă considerabilă , peste 50 000 ha de tren , este poluantă cu
astfel de produse , cele mai mari suprafeţe intalnindu-se în judeţele Teleorman,
Brăila, Bihor, Dolj, Dâmboviţa, Giurgiu şi Gorj.
Pe lângă acestea, în zonele de exploatare petrolieră , mari suprafeţe sunt scoase
din producţia vegetală, datorită amplasării la suprafaţa terenului a unor conducte,
sonde scoase din exploatare, depozitării unor materiale şi deşeuri , la care se adaugă
drumuri şi poteci construite legal şi inegal, linii electrice şi telefonice etc.
Toate aceste cauze , la care se adaugă şi faptul că la această dată , mecanismele
procesului de remediere a solurilor poluate cu ţiţei încă sunt quasinecunoscute,
actualizează în mod constant necesitatea apofundarii cercetărilor în vederea
remedierii solurilor contaminate, care să elucideze aceste probleme.
Deşi multă vreme s-a crezut că solul are o capacitate infinită să degradeze
poluantii, astăzi este dovedit că suprafaţa solului poate degrada numai aproximativ
30 t materie uscată/ha/an .
Tehnologiile de depoluare a solului, constau în primul rând , în tratamente
fizice şi chimice asupra profilului de sol în scopul favorizarii şi accelerării proceselor
de biodegradare a reziduurilor petroliere deversate. Acestea trebuie să includă, deci,
întregul ansamblu de tratamente necesare asigurării condiţiilor favorabile dezvoltării
intensive a acelor populaţii de microorganisme din sol , cu abilităţi metabolice în
degradarea hidrocarburilor din ţiţei, respectiv asigurarea în sol a unei afânări cât mai
profunde , pentru ca microorganismele ( predominant aerobe) să fie adecvat
aprovizionate cu oxigen , precum şi a unei fertilizări corespunzătoare cu îngrăşăminte
organice şi minerale , mai ales cu azot, pentru ca, prin metabolismul microbian să
poată fi consumate şi eliminate rezervele excesive de carbon din sol realizate prin
poluarea cu hidrocarburi din ţiţei. De altfel , problema refacerii terenurilor cu soluri
poluate cu compuşi organici proveniţi din ţiţei poate fi rezolvată cu succes numai prin
studierea detaliată a mecanismului pierderii fertilităţii, a caracteristicilor cantitative a
unora sau altora dintre schimburile care se petrec în desfăşurarea proceselor din sol.
1.1 MEDIUL ÎNCONJURĂTOR
9
Mediul înconjurător , definit ca un sistem fizic şi biologic exterior în cuprinsul
căruia trăiesc omul şi alte organisme, constituie un ansamblu complex de elemente
interdependente. Acesta este reprezentat de ansamblul factorilor naturali şi al celor
antropici rezultaţi din activităţile umane, care în strânsă interacţiune, configurează
echilibrul ecologic, baza existenţei societăţii umane şi condiţie a progresului
tehnologic.
Echilibrul ecologic reprezintă raportul relativ stabil creat în decursul vremii
între diferite grupe de plante , animale şi microorganisme, precum şi interacţiunea
acestora în condiţiile mediului în care trăiesc.
Conceptul de ecosferă , considerat de ecologi cel mai adecvat, evidenţiază mai
pregnant unitatea dintre comunităţile de organisme (biocenoze) şi mediul abiotic. În
această concepţie organismele vii afectează profund compozitia şi structure
invelisurilor planetei, în special prin modificările bio-geo-chimice induse de
microorganisme.
În conceptul de ecosferă se evidenţiază trei subdiviziuni , fiecare dintre ele
fiind alcătuită dintr-un număr enorm de habitate : lito-ecosferă, hidro-ecosferă şi
atom-ecosferă, asociate cu biocenoze specifice.
Aceasta tradusă în factori naturali ai mediului înconjurător, reprezintă aerul,
apa , solul şi subsolul, pădurile şi orice altă vegetaţie şi faună terestră şi acvatică,
precum şi rezervatiile şi monumentele naturii.
Păstrarea şi ameliorarea calităţii acestor factori nu pot fi asigurate decât prin
realizarea unui echilibru între cerinţele economice şi sociale ale societăţii umane şi
mijloacele de a le satisface, pe care le oferă mediul înconjurător.Ca şi ceilalţi
factori,solul,sursă de viaţă,de abundenţă şi fertilitate are un rol fundamental în mediul
înconjurător, fără el fiind de neconceput viaţa pe pământ.
1.2 SOLUL , IMPORTANTĂ COMPONENTA A BIOSFEREI, FACTOR
AL MEDIULUI ÎNCONJURĂTOR PRINCIPALUL MIJLOC DE
PRODUCŢIE VEGETALĂ
10
Solul, component al biosferei, produs al interacţiunii dintre mediul biotic şi
abiotic este de o extremă importanţă pentru dezvoltarea vieţii pe pământ.
Solul şi vegetaţia acoperă scoarţa terestră şi formează o unitate indispensabilă,
sistemul pedoecologic mondial, sistem în care planeta şi solul sunt în strânsă
interdependenţă. Numai după apariţia vegetaţiei a început formarea propriu-zisă a
solului, învelişul recent de sol cu conţinutul său de humus, acumulatorul de energie
al pământului, formându-se în cursul unei istorii extreme de lungi şi complicate.
Organismele ( plantele, animalele, microorganismele) şi solurile se întrepătrund
şi interacţionează în sisteme complicate ecologice ( biocenoze) care se schimbă în
funcţie de dinamica şi caracteristicile mediului fizico- geografic.
Sinteza , transformarea , descompunerea şi mineralizarea materiei organice,
acumularea şi redistribuirea energiei prin intermediul lanţurilor trofice ale
organismelor, absorbţia selectivă a elementelor chimice şi concentrarea lor în apă şi
sol , sunt funcţiile globale cele mai importante ale sistemului organisme- soluri din
biosferă.
Solurile îndeplinesc, aşadar, şi alte funcţii esenţiale care reprezintă verigi ale
ciclului global biologic al substanţelor. Solurile şi vegetaţia primesc precipitatiile şi
joacă un rol decisiv în ciclul apei dulci pe pământ, în formarea scurgerilor de
suprafata şi alcătuirea compoziţiei chimice a apelor. Solurile sunt habitatul a
numeroase specii de microorganisme care sunt la fel de folositoare ca şi organismele
superioare.
În final, solurile cu organismele asociate şi în special microorganismele joaca
rolul unui adsorbant, purificator şi neutralizator biologic universal al poluantilor ,
mineralizator al deşeurilor şi reziduurilor organice . Datorita acestei funcţii a
solurilor în cadrul biosferei, omenirea a contat într-o perioadă atât de lungă de timp
(în sens istoric ) pe ‘’autopurificarea naturii’’ fata de deşeurile şi reziduurile produse
de populaţia în continuă creştere degajate în mediul înconjurător.
Astfel,ecosistemul sol-organisme este unul dintre cei mai importanţi factori în
formarea , stabilitatea şi productivitatea biosferei.
Totuşi, dezvoltarea industriei, agriculturii transporturilor şi a urbanizarii în
ultimii 100-150 ani a început sa deregleze funcţionarea normală a sistemului.
11
Resursele mondiale de soluri sunt limitate calitativ şi cantitativ, în prezent până
la 70% din soluri necesitând îmbunătăţiri şi amelorari de diferite feluri. Situaţia
devine şi mai alarmantă întrucât în procesul de dezvoltare al societăţii în ultimii 75-
100 ani s-a redus considerabil suprafaţa trenurilor agricole. S-ar părea că nu este cazul
să se dea importantă deosebită acestui fenomen dacă se are în vedere învelişul de sol
numai ca o sursă pentru obţinerea de produse agricole şi forestiere. Îngrijorarea
rezultă din faptul că schimbările posibile din balanţa mondială a oxigenului şi
bioxidului de carbon, scăderea rezervelor de apa biologic curate şi eutrofizarea
lacurilor impun să se acorde o şi mai mare atenţie solului ca parte componentă a
biosferei.
Această noua înţelegere în concepţia ecologică despre rolul solurilor pe planeta
noastră a apărut numai în ultimimele trei decenii . Învelişul de sol, al cărui rol global
a fost prezentat sintetic în cele de mai sus, este supus poluării, degradării, distrugeri
într-un ritm accentuat . Din datele existente rezultă că în decursul istoriei omenirea a
pierdut circa 2 miliarde de hectare de tren fertile. De aceea, problema prevenirii şi
combaterii poluării solului devine o problemă de importantă maximă, atât din punctul
de vedere al producţiei mondiale agroalimentare şi de materii prime vegetale cât şi
din cel al reducerii continue a suprafeţelor productive, ceea ce face să asistăm la o
dereglare a funcţionării normale a biosferei.
Solul, acest corp natural sau divers modificat de om, cu constituţie materială,
arhitectură internă şi însuşiri fizice , chimice şi biologice specifice, constituie
împreună cu stratul atmosferic apropiat, mediul de viaţă al plantelor locul în care au
loc procesele lor vitale, acumulările şi transformările de substanţe şi de energie; în
acest mediu, la contactul rădăcinilor cu soluţia solului şi cu faza solidă, au loc procese
de adsorbţie şi de schimb de substanţă care constituie baza nutritiei minerale a
plantelor.
Indiferent de nivelul de dezvoltare al societăţii umane solul a fost şi rămâne
principalul mijloc de producţie al agriculturii. Creşterea nevoii de alimente pe plan
mondial măreşte necesitatea utilizării raţionale a solului pentru că , în ultima instanţă ,
capacitatea lui de producţie cantitativă şi calitativă este hotărâtoare pentru rezolvarea
acestei probleme.
12
Prognozele privind creşterea populaţiei pe plan mondial arată că, în mai puţin
de 50 de ani, omenirea va fi obligată să folosească majoritatea, dacă nu toate resursele
de sol existente.
Din cele 51 miliarde hectare ale planetei, uscatul ocupă mai puţin de 13,1
miliarde hectare, iar agricultura utilizează în cultură mai puţin de 1,5 miliarde hectare,
ceea ce înseamnă de circa 100 de ori suprafaţa agricolă a României ( Răuţă şi Carstea,
1983). În aceste condiţii raportul sol-om dobândeşte o semnificaţie deosebită pentru
dezvoltarea agriculturii mondiale. În această perioadă fiecărui locuitor al Terrei îi
revin circa 1,1 ha teren agricol din care 0,3 ha teren arabil , în timp ce în România,
pentru fiecare locuitor , revin 0,65 ha teren agricol din care 0,41 ha teren arabil.
Dacă din teritoriul României , mai mult de 39% reprezintă terenuri arabile,
respective 95% din potenţialul arabil al ţării, procentul în întreaga lume este de numai
44%.
1.3 POLUAREA SOLULUI, APEI SUBTERANE ŞI DE SUPRAFAŢA
1.3.1 Poluare solului.
Dezvoltarea industriei petroliere, atât a celei extractive, cât şi a celei
prelucratoare, inclusiv transportul petrolului şi al produselor petroliere, e însoţită
uneori , de apariţia unor fenomene secundare, neprevăzute ,cu efecte mai mult sau
mai puţin dăunătoare asupra mediului înconjurător şi vieţii omului.
Unul din aceste fenomene este poluarea solului cu reziduuri petroliere cu sau
fără apă sărată, ca şi cu alte produse reziduale rezultate de la activităţile de exploatare
şi extracţie a ţiţeiului, la acestea adaugandu-se pierderile din conductele care
transportă ţiţei sau produse petroliere.
În zonele de extracţie a ţiţeiului, fenomenele de poluare cu reziduuri şi produse
petroliere, precum şi cu ape uzate, uneori încărcate cu săruri, sunt destul de extinse,
impactul asupra ecosistemelor depăşind intensitatea altor acţiuni antropice. După
evaluarea făcută în anul 1987 de către Consiliul Naţional pentru Gospodărirea Unitară
a Fondului Funciar, împreună cu comitetele executive ale consiliilor locale şi
specialişti din Consiliul Naţional pentru Protecţia Mediului Înconjurător, Institutul de
Cercetări pentru Pedologie şi Agrochimie şi reprezentanţi ai Ministerului Petrolului,
13
datorită deversarilor de petrol, apă sărată şi nămol de sondă, erau afectate peste 50
000ha, din care peste 49470ha terenuri agricole. Pe mari suprafeţe ( 3380 ha, din care
2850ha teren agricol), solul era excesiv poluat, fiind practic neproductiv. Cele mai
mari suprafeţe cu soluri poluate cu petrol şi apa sărată se găsesc în judeţele
Teleorman, Brăila, Bihor,Bacău,Dolj, Dâmboviţa, Giurgiu şi Gorj.
Pe lângă acestea, în zonele de exploatare petrolierea, mari suprafeţe sunt scoase
din producţia vegetală din cauza unor conducte, sonde scoase din exploatare,
depozitării unor materiale şi deşeuri , la care se adaugă drumuri şi poteci construite
legal şi ilegal , linii electrice şi telefonice.
Compoziţia chimică a reziduurilor de petrol .
Reziduurile de petrol sunt amestecuri complexe de hidrocarburi ( 98%), aparţinând
următoarelor clase:
1.hidrocarburi saturate aciclice – alcani
2.hidrocarburi saturate ciclice- cicloalcani
3.hidrocarburi aromatice mononucleare
4.hidrocarburi aromatice polinucleare condensate.
În tabelul 1.1 se prezintă compoziţia medie a reziduurilor de petrol care
interseaza prin efectul global pe care îl determină acesta.
Tabelul 1.1 Compozitia medie a reziduurilor de petrol ( dupa Toti si
colab., 1999)
Component Titei Benzine Reziduu de la rafinarie
Alcani ( parafine)Hexadecan
15-30% 25 –68% 21%
Cicloalcani (naftene)Ciclohexan
30-50% 5 – 24% -
Aromatice(benzenice)Benzen
5-24% 7 – 55% 49%
Asfaltene(compusi heterociclici cu O,S,N) Naftalen
2-15% 0,1% 30%
Cele mai importante proprietăţi ale petrolului, din punctual de vedere al
interacţiunii cu solul sunt:
starea de agregare – amestec de compuşi lichizi în care sunt
dizolvati compuşi solizi şi gazoşi;
14
caracterul hidrofob – respinge moleculele de apă , este nemiscibil cu
apa , formează o peliculă superficială;
continutul ridicat de carbon organic ( până la 85 % )
raportul C/N foarte mare.
Toate aceste proprietăţi determină interacţiuni specifice ale reziduurilor de
petrol cu solul producând modificarea caracteristicilor fizice , chimice şi biologice
ale solului.
Solurile poluate cu petrol prezintă la suprafaţa o peliculă impermeabilă care
împiedică circulaţia apei în sol şi schimburile de gaze între sol şi atmosferă,
producând asfixierea rădăcinilor şi favorizând manifestarea proceselor de reducere.
Petrolul fiind bogat în carbon organic ( conţine 98 % hidrocarburi ) creşte
raportul C/N în sol influenţând negativ activitatea microbiologica şi nutriţia cu azot a
plantelor.
Efectul imediat al poluării solului cu petrol se reflectă în însăşi perturbarea
activităţii microbilogice din sol. Astfel , în primele săptămâni după deversare, în
funcţie de intensitatea poluării , are loc reducerea activităţii microbiologice din sol,
situaţie confirmată de analizele privind respiraţia solului ( degajare de dioxid de
carbon ) şi activitatea enzimatica
( dehidrogenazica).
Apoi în condiţii optime de temperatură se manifestă o tendinţă de revenire la
starea microbiologica normală a solului, deoarece numeroase bacterii, drojdii,
microfungi şi chiar alge sunt capabile să degradeze hidrocaburile.
Prin urmare , biodegradarea apare ca un mijloc operaţional pentru combaterea
poluării cu petrol şi de aceea se consideră că strategia depoluarii solului afectat de
contaminarea cu reziduuri petroliere constă în favorizarea mijloacelor natrurale de
eliminare a acestora.
După deversare, la contactul petrolului cu solul, hidrocarburile saturate pătrund
la adâncimi mai mari , urmate de cele aromatice, iar asfaltenele , aşa cum s-a arătat
anterior, rămân în partea superioară a profilului de sol. O parte importantă a
hidrocarburilor dispare lent sub acţiunea fenomenelor naturale
( evaporarea, fotooxidarea, dizolvarea , biodegradarea, etc.) În primele ore după
deversare are loc evaporarea celor mai volatile hidrocarburi
15
( majoritatea celor cu C 13 – C14 ) .
De asemena, are loc solubilizarea hidrocarburilor uşoare şi transformarea
celorlalte hidrocarburi datorită fotooxidarii sub acţiunea razelor solare ultraviolete.
Poluarea solului înseamnă orice acţiune care produce dereglarea funcţionării
normale a solului ca suport şi mediu de viaţă în cadrul diferitelor ecosisteme naturale
sau create de om, dereglare manifestată prin degradarea fizică , chimică sau biologică
a solului şi apariţia în sol a unor caracteristici care reflectă deprecierea fertilităţii sale,
respectiv reducerea capacităţii bioproductive atât din punct de vedere calitativ cât şi /
sau cantitativ ( Răuţă şi Carstea, 1983).
Noţiunea “ poluarea solului”trebuie altfel înţeleasă decât poluarea aerului sau
apelor. În cazul aerului şi apelor, acestea fiind componente mai simple şi mai
omogene, poluarea înseamnă pătrunderea în masa lor a unor substanţe sau elemente
cu influenţă nocivă (poluantă ) care le fac improprii sanataţi omului, mediului
înconjurător. Prin înlăturarea poluantului prin măsuri de epurare curăţire ,
compoziţia aerului sau a apei revine mai repede la starea,normala. Nu aceeeasi
situaţie se întâlneşte în cazul solului, care este o componentă complexă unde factorii
constituenţi se află într-un echilibru realizat şi ajuns la un anumit grad într-o perioadă
îndelungată de timp.Dacă prin poluare se dereglează acest echilibru el nu se poate
reface aşa de repede prin înlăturarea cauzei.
Pe lângă acesta, prin noţiunea de poluare a solului se înţelege nu numai
pătrunderea unor elemente din afară , cum se întâmplă la aer şi apă, ci şi modificarea
caracteristicilor naturale ale unui component al solului, care atrage după sine
afectarea fertilităţii solului, funcţionarea normală a acestuia.
Astfel, solul poate fi supus unor fenomene ce afectează toate funcţiunile sale fizice,
chimice , biologice biochimice.
Dacă în cazul apei şi aerului , termenul “poluare” a găsit accepţiune şi
utilizare largă încă de multă vreme,în legătură cu solul,acest termen s-a impus , pe
plan mondial, destul de recent , în special după Conferinţa Mondială a Naţiunilor
Unite cu privire la Mediul Uman .
Ca urmare a dezvoltării activităţilor umane , industriale şi agricole , solurile au
fost poluate din diverse surse, ceea ce a dus la afectarea , în unele zone până la
dispariţie, a pricipalei lor însuşiri fertilitatea. În ultimele patru decenii au fost
16
neglijate aproape în întregime problemele de protejare a condiţiilor de viaţă , de
ocrotire a mediului, de menţinere a echilibrului ecologic.
Din datele centralizate la nivelul anului 1990 rezultă că anual sunt emise în
atmosferă cca.193000 tone de substanţe poluante , din care dioxid de carbon, dioxid
de sulf, oxizi de azot , amoniac, fenoli, compuşi de metale neferoase, fluor, clor,
pulberi sedimentabile s.a.. Majoritatea poluantilor evidentiati ( exclusiv dioxidul de
carbon) se acumulează în sol, acesta reprezentând acumulatorul principal, respectiv
“coşul de gunoi” al poluantilor.
Ca urmare , solurile României , poluante în special cu metale grele , fluor şi
dioxid de sulf pe o surafta de circa 900000 ha, din care 200000ha excesiv poluante ,
devin complet neproductive . În jurul termocentralelor pe cărbune şi al fabricilor de
acid sulfuric şi îngrăşăminte se constată fenomene de acidifiere pronunţată a unor
soluri ca efect al ploilor acide formate pe seama oxizilor de sulf şi azot. Haldele de
cenuşă rezultate din arderea cărbunilor în termocemtrale ocupă circa 2000ha, iar
exploatarea cărbunilor la zi, în special în zona Rovinari, a distrus complet
aproximativ 15000ha. O poluare gravă o produc reziduurile petroliere ce afectează ,
după cum am menţionat anterior, peste 50000ha.
Deversarea în râuri a unor cantităţi însemnate de substanţe chimice toxice
contribuie la poluarea solului prin folosirea apei din aceste râuri la irigaţie.
În urma lucrărilor efectuate în cadrul “ Sistemului Integrat de Monitoring al
solurilor din România “ a rezultat o clasificare a principalelor tipuri de poluare
( Răuţă şi al.,1994), clasificare pe care o prezint în cele ce urmează:
1. Poluare cu metale grele ( Pb, Cd, Cu, Zn );
2. Poluare cu sulf, Nox, NH3, Cl;
3. Contaminare cu petrol;
4. Poluare cu floruri;
5 . Daune provocate de:
Mineritul de suprafta ;
Depunerile rezultate din flotatia brută;
Halele de cenuşă;
Halele de fosfogips;
6. Poluare cu compuşi halogenaţi persistenti ( DDT,HCH);
17
7. Poluare cu ape reziduale din dejecţii şi deşeuri urbane;
8. Poluare cu nitraţi , fosfaţi, săruri solubile în H2O;
9. Poluare cu pulberi;
10. Poluare radioactivă cu Sr90 si Cs137
Ca urmare a acestor poluări pagubele la nivelul anului 1990 s-au cifrat la 100
miliarde de lei. Aceste pagube provocate agriculturii au rezultat numai ţinând seamă
de diminuarea producţiei agricole calitativ şi cantitativ. În condiţiile introducerii în
calcul a pagubelor pe care agricultura le suportă ca urmare a afectării însuşirilor de
bază ale solului de care depinde funcţionarea normală a acestuia ca suport şi mediu de
viaţă pentru plante, pierderile agriculturii pot atinge valori impresionante de 300-400
miliardel lei.Desigur că evaluarea se complică şi mai mult dacă am lua în consideraţie
şi efectele negative pe care un sol poluant le are asupra productivităţii celorlalte
agroecosisteme , asupra calităţii vieţii omului, respectiv asupra stabilităţii biosferei.
1.3.2 POLUAREA APELOR DE SUPRAFAŢA ŞI SUBTERANE
Apa este un vector al agenţilor poluanţi , dar, în acelaşi timp, bazinele naturale
de apă ( râuri, lacuri, mari şi oceane) formează biotopuri speciale, în care trăiesc
numeroase comunităţi ecologice acvatice. Apele dulci au flora şi fauna lor ,specifică,
uneori de interes economic.Între mediu aerian şi cel acvatic există unele asemănări ,
dar şi deosebiri. Spre exemplu,în mediul aerian pot trăi numai organisme aerobe, al
căror metabolism se bazează pe oxidarea elementelor nutritive cu oxigenul din aer. În
mediul acvatic pot trăi şi organisme anaerobe al căror metabolism se bazează pe alte
surse de energie decât cele de oxidare a substanţelor organice cu oxigen liber.
Aceasta înseamnă că, deşi carenţa oxigenului în apa este un incident grav de
poluare , totuşi viaţa poate continua prin schimbarea biocenozelor aerobe cu
biocenoze anaerobe.
Ca şi în cazul atmosferei, curenţii de apa vor avea un mare rol atât în efectuarea
schimburilor de energie calorică, în distribuţia oxigenului, în dispersarea agenţilor
poluanţi , cât şi în circulaţia substanţelor nutritive. Se observă unele particularităţi la
diferitele bazine de apa. Spre exemplu , în lacuri, curenţii verticali şi orizontali vor
avea ca efect o simplă amestecare, pe când în râurile curgătoare, curgerea spre aval va
18
antrena continuu şi unidirecţional rezervele de substanţe nutritive, ceea ce va duce la
o direcţie privilegiată dispersarii agenţilor poluanţi.Apoi, circulaţia apei nu se rezumă
numai la circulaţia în bazinele de suprafaţa. Există şi o circulaţie subterană- mai
înceată- uneori până la adâncimi destul de mari în subsol.
Gradul specific de încărcare a apei cu agenţi poluanţi prezintă , de asemena ,
unele particularităţi faţă de situaţia respectivă întâlnită în atmosferă . Astfel, gazele,
fiind miscibile în orice proporţie , agenţii poluanţi se pot afla – în funcţie de puterea
sursei de poluare – în orice proporţie în atmosferă. În apa , acest lucru nu este posibil
decât pentru agenţii poluanţi solubili în apa în orice proporţie. Pentru cei nemiscibili,
există o limită peste care concentraţia lor nu poate creşte. În cazul când sursa de
poluare este mai puternică agentul poluant lichid va forma o fază lichidă diferită de
cea apoasă, aşa cum se întâmplă , de exemplu , la poluarea apei cu produse petroliere.
În acest caz, simpla prezanta la suprafaţa apei unei pelicule compusă din produse
petroliere, chiar netoxica, împiedică aerarea apei şi compromite grav biocenozele
acvatice. Se precizează că agenţii poluanţi solubili în apa pot ajunge la concentraţii
volumetrice mult mai mari decât în atmosferă.
Penuria de apa şi poluarea receptorilor sunt două realităţi aflate în strânsă
conexiune. O necesitate care apare evidenta este epurarea şi refolosirea apelor uzate.
Refolosirea apei uzate şi nu evacuarea ei într-o apa de suprafaţa contribuie la
conservarea resurselor naturale de apa.
1.4 ANTROPIZAREA ECOSISTEMELOR ÎN PROCESUL
DEZVOLTĂRII SPECIEI UMANE
Conform teoriei evoluţioniste , specia umană este cea mai recent apărută
filogenetic în biosferă. Ontogenetic, ea funcţionează la vârful “ piramidei trofice”, în
calitate de consummator omnivor, fără a avea ea însăşi un consummator specific
superior , motiv pentru care prezintă o înmulţire necontrolată. Prin conştiinţă de sine
şi inteligenţă , omul a reuşit să devină din biosistem agresat de mediul natural, factor
19
de exploatare a acestui mediu, conform programului “ pentru sine “ de autoconservare
la nivel de individ şi specie.
Aliat cu investiţiile sale tehnice , omul funcţionează nu numai ca un component
al ecosistemelor, prin cuplarea sa metabolică la ciclurile bio-geo-chimice ale acestora,
dar şi ca agresor al propriilor ecosisteme , pe care le modifică la nivel de structură şi
funcţii printr-un proces activ de antropizare, devenind simultan victimă şi agent
destructiv.
Înmulţirea necontrolată a speciei umane implică o competiţie acerbă pentru
resurse , ceea ce extinde procesul de antropizare spre cele mai inaccesibile zone ale
planetei , iar intesitatea acestui process , desfăşurat intempestiv în ultimele secole,
depăşeşte capacitatea de redresare prin autoreglare în timp a ecosistemelor , invadate
teritorial prin urbanizare, industrializare şi agrosistematizare.
Numai în România , poluarea chimică industrială afectează peste 0,9 milioane
de ha . Lipsa de responsabilitate în exploatarea resurselor pentru interese
imediate,fără cunoaşterea legitatiilor care asigură echilibrele naturale stabilite în
decursul a milioane de ani,implică riscul degradării ireversibile a ecosistemelor
pentru viitor.
Degradarea ecosistemelor până la perturbarea echilibrului dinamic , a structurii
şi funcţiilor acestora, restrângerea biodiversităţii , ameninţă însăşi specia umană, prin
decuplarea sa energetică şi materială, deci , prin alterarea condiţiilor sale de existenţa.
Activitatea speciei umane, activitatea antropica, pe parcursul evoluţiei s-a
diversificat de la scopuri adresate satisfacerii nevoilor primare de menţinere a speciei
la necesităţi superioare, legate de confort,aspiratii culturale,sociale si politice,sens in
care omul a inceput să intervină din ce în ce mai mult în modificarea mediului
înconjurător. În afara faptului că în activitatea sa omul consumă şi nu regenerează
resursele, respectiv substanţele şi energia folosite, în acelaşi timp el elimină în mediu
poluanţi şi deşeuri , care perturbă din ce în ce mai puternic şi profund mecanismele
de funcţionare ale geosistemului.
Specia umană este generatoarea unor fluxuri suplimentare de substanţă
(Cotigaru s.a., 1996) dintre care cele mai importante sunt:
1. Încărcarea anuală a spaţiului geografic cu 15 - 20 x 109 t de roci din stratele
de acoperire ale carierelor miniere.
20
2. Creşterea conţinutului de material solid scurs în ocean de peste 2,5 ori anual
de pe suprafaţa uscatului procesele denudative înlătură 5,3 x 1010 t de substanţă
3. Sustragerea anuală a 9 x 109 t combustibil convenţional , a 2,5 x 108 t fier
şi a 5 x 107 t plumb.
4. Introducerea în atmosferă a 3,35 x 108 t aerosol annual.
5. Pierderea anuală prin exploatarea zăcămintelor de petrol a 5 x 1010 t, din
care 1,7 x 107 t ajung în sol şi1,35 x 107 t ajung în ocean.
6. Introducerea în atmosferă a unei cantităţi suplimentare de energie calorică de
9,5 erg/ cm 2 ca urmare a proceselor de ardere.
Consecinţele emisiei acestor fluxuri suplimentare de substanţă în mediu au
determinat apariţia unor fenomene cum sunt:
Ploile acide , cauzate de prezenţa în atmosferă a compuşilor cu sulf şi azot;
Efectul de seră , cauzat de creşterea nivelului de CO2 provenit din procesele de
ardere;
Reducerea stratului de ozon din cauza prezenţei în aer a fluoroclorocarburilor
cu urmarea imediată a creşterii la nivelul solului a dozei de radiaţii ultraviolete;
Periclitarea condiţiilor de viaţă în apă, ca urmare a scăderii concentraţiei de
oxigen dizolvat şi creşterii conţinuturilor de contaminţi şi microorganisme patogene;
Poluarea solului cu substanţe xenobiotice;
Dezechilibre de nutriţie, prin carenţe sau excese de elemente nutritive;
Degradarea solului ca urmare a prezenţei metalelor grele şi a substanţelor
care afectează viata microorganismelor cu activităţi importante în menţinerea
funcţiilor solului ( bacterii fixatoare de azot, bacterii nitrificatoare);
Eroziunea solului;
Modificari ale reţelei hidrografice şi a reliefului local;
Mişcări seismice de suprafaţa;
Toate aceste fenomene au determinat modificări improtante la nivelul fitosferei
şi zoosferei, precum şi al microorganismelor, conducând la dispariţia unui mare
număr de specii şi, mai ales , afectând sănătatea omului atât prin consumul de apa şi
aer poluate , cât şi prin consumul alimentelor cu carcteristici modificate.
Toate aceste constatări au dus la definirea ecositemului antropizat ca acea parte
a geosistemului în care efectele procesului de adaptare umană sunt observabile.
21
II. METODE DE REMEDIERE A SOLURILOR POLUATE
Acest capitol reprezintă un overview asupra principalelor metode descoperite,
folosite şi îmbunătăţite de-a lungul timpului, în încercările permanente ale oamenilor
de ştiinţă de a găsi soluţii pentru decontaminarea solurilor poluate, a cărei amploare
pune, din ce în ce mai mult, în pericol calitatea mediului înconjurător şi impicit viaţa
oamenilor.
În funcţie de etapele istorice ale dezvoltării ştiinţei, principalele ramuri care au
propus şi chiar au impus metode de remediere ale solurilor poluate au fost fizica şi
chimia.
Toate aceste metode, care vor fi prezentate mai departe, prezintă atât aventaje, cât şi
dezavantaje majore.
Evoluţia cunoaşterii în domeniul biologiei solului şi îndeosebi a microbiologiei,
a microorganismelor care-l colonizează, aceasta implicând desluşirea celor mai
importante căi metabolice prin care acestea determină mineralizarea materiei organice
ajunse în sol sub diverse forme chimice , unele extrem de complexe, până la CO2,
H2O şi substanţe minerale simple, a venit cu soluţia decontaminarii solului cu ajutorul
microrganismelor , respectiv bioremedierea.
Ulterior, cercetările au descoperit principalele grupe de organisme active în
biodegradare,pornind de la bacterii,până la fungi filamentosi şi nefilamentosi.O
metodă de bioremediere, care de data această foloseşte plantele drept agenţi ai
decontaminarii este fitoremedierea.
2.1 METODE FIZICO-CHIMICE DE REMEDIERE A SOLURILOR
POLUATE
Procesele fizico-chimice pe baza cărora s-au eleborat metodele de remediere a
solurilor poluate ( tabel nr. 2.1) sunt grupate în mai multe categorii:
procese fizice ( ventilarea solului, spălarea solului);
procese chimice ( extracţia chimică, dehalogenarea, oxido-reducerea);
22
procese electrochimice( decontaminarea electrochinetica);
procese fizico-chimice( spălarea, inertizarea, fotoliza, adsorbţia pasivă pe
polimeri);
procese electro-fizico- chimice ( decontaminarea electroacustică)
procese termice( vitrificarea);
Tabel nr. 2.1 Tratamente fizico- chimice de remediere
Procesul:
1. Extractia cu o fază gazoasă ( ventilarea solului);
2. Extractia cu apă sau soluţii apoase ( spălarea);
3. Extractia chimică cu solvenţi
4. Extractia prin flotaţie
5. Dehalogenarea
6. Dehalogenarea catalitică reductiva
7. Inertizarea
8. Decontaminarea electrokinetica
9. Decontaminarea electroacustică
10. Desorbtia termică
11. Absorbtia pasivă pe polimeri
12. Oxidarea chimică ex situ
13. Reducerea
14. Reducerea gazoasă în situ
15. Fotoliza
16. Tratarea cu radiaţii UV
17. Vitrificarea
Principalele metode fizico- chimice de remediere a solurilor poluate sunt (A
Lodolo, 1997):
VENTILAREA ( soil venting, air striping, soil vapor extraction), este o
metodă rapidă, cu un preţ relativ scăzut ( aprox. 30-70 $/ t de sol tratat), foarte utilă în
decontaminarea solurilor poluate cu compuşi volatili ( dicloretan, 1,2-dicloretan,
tricloretan, tetracloretan, benzen, toluen).
Eficienţa metodei este foarte ridicată ( până la 99%) pentru compuşii a căror
presiune a vaporilor este peste 14 mmHg la 20 grade C.
23
Aplicabilitatea acestei tehnici depinde de câteva aspecte:
1.timpul scurs de la momentul contaminării;
2.caracteristicile contaminaţilor. Aceste sunt evaluate în termini ca:
hidrosolubilitatea,
presiunea vaporilor( compuşii cu o presiune a vaporilor mai mare de 0,5mm
Hg la 20 grade C au cea mai mare eficientă în procesul de extracţie);
absorbtia solului
3.caracteristicile solului, evaluate prin:
permeabilitatea pentru aer,
porozitate,
textura,
heterogenitatea stratigrafica.
umiditate,
Fracţiunea volumului total al porilor solului care este ocupată de faza gazoasă
este importantă pentru determinarea volumului accesibil pentru transportul vaporilor.
Cealaltă fracţiune a volumului poate fi ocupată de apa interstiţială şi/sau de către
poluanţi. Orientarea şi structura porilor influenţează porozitatea, şi astfel
permeabilitatea solului pentru aer.
Heterogenitatea straturilor constituie una dintre principalele limitări ale aplicării
procesului de extracţie, din cauza prezenţei zonelor cu permeabilitate scăzută şi acelor
cu conţinut ridicat de materie organică ( ce absorb puternic poluantii organici
reducând eficienţa extracţiei).
Conţinutul de apa al solului exercită două efecte opuse asupra eficienţei
procesului de ventilare: pe de o parte reduce porozitatea solului şi implicit transportul
vaporilor, iar pe de altă parte umiditatea scăzută a solului determină absorbţia mai
puternică a poluantului, diminuându-i fracţiunea extractibila. Valoarea optimă a
umidităţii solului este de 94-98% din umiditatea relative a gazului interstiţial.
O instalaţie de ventilare a solului, “ in situ” cuprinde două unităţi principale:
unitatea de extracţie: alcătuită din sonde de extracţie a vaporilor, sonde
pentru injectarea aerului, sonde de monitorizare.
24
unitatea de tratare: constituită dintr-o unitate de combustie dau de absorbţie
pe carbon activ.
Parametrii principali ai sistemului de extracţie sunt:
numarul, poziţia şi dimensiunea sondelor;
cantitatea şi calitatea contaminaţilor;
capacitatea şi caracteristicile unităţii de tratare.
SPALAREA ( soil washing) ca metodă de remediere ex situ presupune fie
dizolvarea contaminatiilor într-o faza lichidă, fie dispersia lor sub formă de particule
în suspensie. Această tehnică este folosită pentru înlăturarea din sol a unei game largi
de poluanţi, însă eficienţa ei depinde de caracteristicile solului şi ale contaminanţilor.
Astfel, este foarte eficientă ( peste 99%) pentru depoluarea solurilor contaminate cu
compuşi halogenaţi volatili sau nevolatili, în cazul solurilor care nu au conţinut foarte
ridicat de argilă. Pentru solurile argiloase, randamentul acestei tehnologii se reduce
40%-90%.
Principalele etape ale acestui proces sunt:
1. indepartarea stratului superficial contaminat al solului; are loc o
omogenizare atât cât este posibil a solului contaminat înainte de a fi trimis către
instalaţia de tratare.
Pentru evitarea producerii unor pagube instalaţiei se va urmări ca mărimea
particulelor de sol să fie sub 5-6 cm. În cazul în care solul este contaminat cu
substanţe poluante cu volatilitate ridicată este necesar controlul emisiilor de gaze/
vapori , fiecare instalaţie trebuind sa fie prevăzută cu o unitate specială de colectare şi
tratare a acestor emisii.
2. spalarea şi extracţia poluantilor din matricea solidă a solului cu
ajutorul unei soluţii extractante care transformă contaminanţii într-o fază apoasă.
Mecanismele acestei etape , care pot avea loc separat sau concomitent, sunt : pur
mecanice ( tăiere, frecare,lovire) prin care particulele contaminate ale solului, sunt
eliberate să circule liber în faza lichidă, şi fizico-chimice (desorbtia, dizolvarea) care
determină contaminantul să migreze din faza solidă în cea lichidă. Forţele de
adsorbţie ale interfeţei solid-lichid pot fi reduse prin modificarea reacţiei mediului
25
( suspensiei) ori prin folosirea unui surfactant.Contaminanţii pot fi apoi îndepărtaţi
prin tratamente biologice sau fizico- chimice de tratare a apelor uzate.
Cele mai frecvent utilizate fluide de extracţie sunt:
apa (rece sau caldă) şi este utilă pentru îndepărtarea poluantilor
solubili cum sunt sulfurile şi clorurile metalice, după formula;
(MeCl)↓+ H2O = (MeCl)sol
(MeSO4)↓+ H2O =(MeSO4) sol
unde Me = metal.
apa cu agenţi tensioactivi ( ionici şi neionici), metodă folosită în
special pentru solurile poluate cu hidrocarburi. Substanţele tensioactive reduc
tensiunea superficială a interfeţei hidrocarburi/ lichid şi a celei sol/ lichid.
Echilibrul dealungul liniei de contact dintre cele trei faze:
sol / lichid / hidrocarburi, este modificat prin prezenţa surfactantului care determină
separarea contaminantului de sol şi transferul sau în faza lichidă unde este stabilizat
sub formă de picături. Eficienţa acestui proces ( descris destul de schematic) depinde
de o serie de factori , cum sunt : concentraţia substanţei tensioactive, formarea
micelelor, interferenţa cu alţi ioni, carcateristicile solului şi contaminanţilor.
solutii acide ( in general folosindu-se HCl, H2SO4, HNO3) folosite cu
eficientă pentru îndepărtarea metalelor grele din sol, ca de exemplu:
(Me)↓+ H2SO4 + ½ O2= (MeSO4)sol + H2O, sau
(MeS)↓+ H2SO4 + ½ O2 =(MeSO4) sol + H2O + S
solutii alcaline ( cu NaOH, Na2CO3), folosite pentru îndepărtarea prin
dizolvare a contaminanţilor cianici din sol:
Fe4[Fe(CN)6] 3+ 12 OH = 4 Fe( OH) 3+ [ Fe (CN)6]
Agenti de complexare ( acid citric, acetat de amoniu,
EDTA, etc.) folosiţi pentru extragerea metalelor grele în alternativă cu soluţiile acide.
Solventi organici folosiţi pentru extracţia compuşilor cu
26
solubilitate foarte scăzută în apă cum sunt hidrocarburile aromatice policiclice
( PAHs).
Toate categoriile de substanţe menţionate mai sus pot fi folosite separat sau în
amestec în faza de spălare/ extracţie.
3. faza de separare a lichidului încărcat cu poluantul respectiv de faza solidă a
solului. În această fază a procesului particulele de sol deconatminat ( fracţiunea cu
diametru>0,03-0,06mm, formată în general din pietriş şi nisip) sunt separate din
soluţia de extracţie prin forţe hidraulice ( fără folosirea altor aditivi). Solul, respectiv
fracţiunea curată, poate fi supusă în continuare unui proces de spălare pentru
îndepărtarea ultimelor urme de contaminant care ar mai putea există. Soluţia de
extracţie contaminată, împreună cu fracţiunea fină a solului( alcătuită din argile şi
coloizi organici şi care este cea mai contaminată) este trimisă mai departe pentru a fi
tratată prin metode corespunzătoare, funcţie de caracteristicile solului, ale
contaminanţilor şi ale fluidului de extracţie folosit. Cele mai comune post-tratamente
utilizate sunt: flotatia, extracţia chimică, tratamentele biologice sau termice.
4.purificarea şi reciclarea lichidului folosit în extracţie. Alegerea procesului
se face în funcţie de carcteristicile poluantilor şi ale fluidului de extracţie folosit.
Procesele sunt acelea folosite uzual în tratamentul apelor uzate cum sunt: flocularea şi
/ sau flotatia. După tratare lichidul poate fi reciclat în unitatea de extracţie , iar
nămolul rezultat, transportat şi depus în rampa de depozitare.
Costurile acestei metode de remediere variază în funcţie de fluidul de extracţie
folosit de la 40 la 120 $/t sol şi nu includ cheltuielile de excavaţie şi transport( tabel
nr.2.2.)
Tabel nr.2.2. Costurile funcţie de fluidul de extracţie folosit
Fluidul de extracţie Cost ( US $ / tona)
Apă 40-60
Soluţii acide 60-120
Soluţii bazice 60-90
Detergenţi 60-100
Agenţi complexanti
>90
27
Tabel nr.2.3 . Evaluarea gradului de aplicabilitate a procesului, în funcţie de
caracteristicile solului şi ale poluantilor ( după A. Lodolo, 1997).
GRUPE DE CONTAMINANTI SOLURI
NISIPOASE
SOLURI
ARGILOASE
ORGANICI
Compusi halogenati volatili a b
Compusi halogenati semivolatili b b
Compusi nehalogenati volatili a b
Compusi nehalogenati semivolatili b b
Bifenili policlorurati (PCBs) b b
Pesticide halogenate b b
Dioxine / furani b b
Ciani organici b b
ANORGANICI
Metale volatile a b
Metale nevolatile a b
Asbest c c
Ciani anorganici b b
a - aplicabilitate cu eficienta ridicata
b - aplicabilitate cu eficienta scazuta
c – nu poate fi aplicata
EXTRACTIA CHIMICĂ este o metodă de remediere ex situ care se bazează
pe extracţia poluantilor din sol cu ajutorul solventilor organici ( ca de exemplu
tritilamina). Această metodă este de obicei aplicată pentru remedierea solurilor
poluate accidental cu produse petroliere. Extracţia chimică a fost aplicată cu success
pentru decontaminarea solurilor poluate cu bifenili policlorurati( PCB) pana la 30 000
ppm, cu o eficientă în unele cazuri de 99,9% . De asemenea, înlăturarea
hidrocarburilor aromatice policiclice
(PAH) din sol prin această metodă s-a realizat cu randamente de până la 95%.
Costurile acestei metode de remediere variază de la 100 la 500 $ / t în funcţie de :
volumul solului, raportul dintre sol şi solventul folosit, numărul etapelor de extracţie
şi timpul necesar remedierii.
28
FLOTATIA este un proces de remediere ex situ care se bazează pe coagularea
contaminanţilor în bule de aer. Solul excavat este amestecat cu apa şi substanţe
chimice specifice care acţionează asupra însuşirilor de suprafaţa ale contaminanţilor
activându-i pentru absorbţia în gaz. Amestecul este introdus apoi într-un reactor unde
sunt create condiţiile pentru flotatia contaminanţilor la suprafaţa lichidului, după care
spuma este înlăturată mecanic. Procesul a fost testat în staţie pilot şi s-au obţinut
rezultate foarte bune în îndepărtarea hidrocarburilor clorurate, hidrocarburile
aromatice policiclice (PAH), esteri ai acizilor organofosforici, pulbului şi mercurului.
Eficienţa procesului de flotaţie pentru uleiuri minerale este de la 75 la 99,9%,
pentru PAH-uri 80-90% şi pentru metale grele de 90%.
DEHALOGENAREA este un process de remediere bazat pe reacţia chimică
dintre glicol şi poluantii halogenaţi, îndeosebi PCB(policlor bifenil), PCDD
( policlor-dibenzo-dioxină), PCDF( policlor-dibenzo-furan) şi pesticide.
Procesul se realizează, conform schemei din figura 2.2, într-un reactor unde solul
contaminat este amestecat cu o soluţie alcalină de KOH (sau NaOH) şi
polietilenglicol, într-un raport de 1:1 şi încălzit, în funcţie de contaminant, până la
150 grade C. Amestecul este agitat continuu un timp variind între
0,5 –5 ore funcţie de proprietăţile chimice şi concentraţia poluantului. În urma
reacţiei se produc compuşii netoxici, solubili în apa care sunt vaporizaţi şi apoi
condensati. În această etapă are loc separarea fazei volatile de cea condensată.
Soluţia rezultantă este supusă mai departe unor post-tratamente (oxidare ,
biodegradare, precipitare chimică, adsorbţie pe carbon activ etc.).
Separarea excesului de reactivi de sol se realizează prin decantare. Solul este mai
departe supus unui proces de spălare, urmat de deshidratare.
29
Procesul de dehalogenare a fost folosit în SUA pentru remedierea solurilor poluate cu
PCB cu o eficientă de până la 99,9% şi pentru dioxine/ furani, de asemenea cu
eficientă ridicată.
30
Costul procesului este de 200-500 $ / t în funcţie de caracteristicile solului şi
concentraţia poluantului.
INERTIZAREA ( denumit şi procesul de solidificare/ stabilizare) este
procesul de reducere a mobilităţii poluantilor şi prevenirea migrarii lor în mediu, prin
reducerea suprafeţei de expunere la percolare, fie prin solidificare, fie prin legătura
chimică dintre poluant şi matricea solidă a solului.
Aditivii folosiţi în acest proces pot fi împărţiţi în două categorii:
anorganici(ciment, var hidratat, argilă),
organici ( compuşi termoplastici, polimeri organici, compuşi polimerizaţi
încapsulaţi);
Inertizarea realizată prin folosirea cimentului este un process foarte complex
din cauza unui număr foarte mare de variabile care-l influenţează
( îndeosebi proprietăţile fizico-chimice ale solului, şi numărul contaminanţilor) şi se
datorează în principal unor mecanisme de:
fixare chimică, în care ionii de Ca++( din ciment) împreună cu anionii
prezenţi în matricea solului, determină formarea cu poluantul a unor săruri cu
solubilitate foarte scăzută, care precipită. Mediul alcalin induce precipitarea
hidroxizilor metaleleor grele cu solubilitate redusă. La valori ridicate de ph
( datorate adiţiei cimentului) au loc reacţii de complexare cu formare de compuşi
insolubili, cum este cazul silicatului tricalcic care reacţionează cu hidroxizii şi oxizii
metalelor formând hidroxizi complecşi insolubili ( ca de exemplu complexul cu Zn:
Ca[ Zn(OH)3H2O]2). Alte metale care pot fi fixate cu silicat tricalcic sunt: cupru,
crom III, fier, nichel, mangan,arsenic etc.
fixarea fizică în care substanţele sunt blocate în matricea solidă a solului.
Fixarea chimică presupune imobilizarea poluantilor prin reacţii chimice
determinate de adăugarea unei secvenţe precise de substanţe chimice:
1. Acidificarea solului până la ph 1-2,5 pentru a realiza solubilizarea
completă a cationilor metalelor grele. În această etapă poate fi folosit orice acid
anorganic ( HCl, H2SO4, HNO3);
2. Formarea monomerilor de acid silicic în mediu puternic acid prin
adăugarea de reziduuri rezultate în urma extragerii metalelor( care conţin silicaţi);
31
3. Polimerizarea acidului silicic prin adăugarea de hidroxid de calciu sau
de sodiu.În timpul polimerizarii Si(OH) are loc includerea ionilor metalelor în
structura lanţurilor polimerului.
Fixarea fizică se realizează prin adăugarea de reziduu( în urma extragerii
metalelor) şi hidroxid de Ca polimerului silicic.
Pentru îmbunătăţirea procesului de fixare printre cei mai utilizaţi aditivi se află
sulfurile.
Inertizarea cu ajutorul substanţelor termoplastice se bazează pe folosirea unor
substanţe care îşi modifică proprietăţile mecanice în funcţie de temperatură: asfalt,
bitum, parafină, polietilenă, polipropilenă, etc.
Inertizarea cu polimeri organici, se realizează prin adiţia în sol a unui monomer
( cel mai adesea este folosit complexul uree-formaldehidă) care prin introducerea
unui catalizator iniţiază procesul de polimerizare, iar poluantul este inclus într-o
structură polimerica.
Decontaminarea solurilor prin metoda inertizarii este indicată numai în cazul
poluantilor anorganici. Totuşi, anumiţi poluanţi organici putând fi imobilizaţi astfel,
prin adăugarea de substanţe capabile să incapsuleze sau să absoarbă contaminanţii
organici.
Utilajul folosit pentru procesul de inertizare este asemănător aceluia folosit în
prepararea cimentului. Etapele procesului sunt în general:
Depozitarea solului contaminat;
Pre-tratarea materialului în vederea obţinerii unor dimensiuni potrivite ale
granulelor de sol; fracţiunea grosieră a solului poate fi trimisă spre alte instalaţii de
decontaminare( ex. În vederea aplicării spălării), sau către locul de depozitare
Adaugarea apei şi reactivilor necesari pregătirii materialului pentru fazele
succesive ale procesului;
Amestecarea materialului cu reactivii ( care vor trebui cu atenţie cântăriţi
pentru obţinerea celor mai bune rezultate);
Maturarea solului inertizat pentru obţinerea în final a unui produs rezistent
din punct de vedere mecanic.
Inertizarea poate avea loc şi in situ, procesul constând în amestecarea solului
contaminat cu reactivii necesari fără a se practica excavarea prealabilă, ceea ce
32
presupune practicarea unor puţuri şi folosirea unor instalaţii de pompare şi unităţi de
preparare a reactivilor . Costul variază în funcţie de tipul procesului aplicat, al
aditivilor şi inductorilor folosiţi: 42-80 $/ t de sol remediat în cazul silicatilor solubili;
95-205 $/ t de sol remediat în cazul folosirii de ciment, cenuşi, aditivi patentati; 111-
195 $/t de sol remediat pentru silicaţi şi polimeri anorganici.
DECONTAMINAREA ELECTROKINETICA constă din aplicarea unui
câmp electric asupra solului poluat. Procesul este folosit în special pentru solurile
argiloase, a căror permeabilitate scăzută pentru aer şi apă nu permite aplicarea altor
metode de remediere cum sunt ventilarea sau spălarea solului.
Argila posedă un strat a cărui suprafată de schimb are sarcina negativă, ceea ce
induce formarea unui dublu strat electric la interfaţa solid/lichid; rezultatul este că
stratul superficial al apei interstitiale care este în contact cu particulele de sol are o
sarcină netă pozitivă, datorată rearanjarii dipolilor de apa şi creşterii concentraţiei
cationilor metalici liberi.Aceştia prin atracţie electrică migrează către stratul
superficial încărcat negativ al argilei.
Aplicarea directă a curentului electric în sol, cu ajutorul unor electozi ( un catod
de grafit şi un anod de cupru) determină migrarea apei interstitiale încărcată cu ioni
pozitivi spre catod, de unde cu ajutorul unui sistem de pompare, pot fi reletiv uşor
extraşi din sol. Procesul este supranumit electoosmoza.
Curentul electric determină, de asemenea şi electoliza apei. Astfel ionii OH – şi
H+ formaţi în urma reacţiei vor migra spre anod, respectiv spre catod. Fluxul
protonilor dinspre anod spre catod formează aşa numitul “ front acid” care este foarte
important, pentru că :
Protonii pot substitui cu uşurinţă cationii metalelor adsorbiti de particulele
solului, eliberându-i în soluţia solului unde vor migra spre catod( mecanism
de substituţie);
Determinand scăderea ph-ului se induce solubilizarea oxizilor şi hidroxizilor
metalelor, eliberând cationi metalici care vor migra spre catod ( mecanism
de solubilizare)
Procesul de electokineza poate fi folosit şi pentru îndepărtarea poluantilor
organici din sol:
33
Poluantii organici care nu posedă un dipol permanent sunt transportaţi
către catodul hidraulic, cu ajutorul fluxului de apa şi apoi pot fi extraşi
din sol;
Poluantii organici care au dipol permanent migrează electric spre cei
doi poli ai câmpului electric corespunzător poluaritatii suprafeţei de
schimb, unde vor putea fi extraşi.
Procesul se desfăşoară in mai multe cicluri, fiecare ciclu durând circa două sau
trei luni. Faza apoasă încărcată cu poluanţi este extrasă prin procese de electro-
osmoză şi tratată mai departe prin tehnici comune de purificare a apei. La sfârşitul
fiecărui ciclu, este nevoie ca apa care a fost extrasă din sol prin electroosmoză să fie
înlocuită.
Procesul are o eficientă de 85-95% în decontaminarea solurilor poluate cu Cd,
Co, Ni, Sr la concentraţii de 400-100ppm şi de 75-95% în decontaminarea solurilor
poluate cu fenoli, uranium, la concentraţii de cca. 1000 ppm.
Costul metodei este de aproximativ 50-65 $/t.
DECONTAMINAREA ELECTROACUSTICĂ este o metodă de
decontaminare foarte modernă care îmbunătăţeşte performanţele metodei
electrokinetice şi care are o eficienţă în înlăturarea poluantilor foarte puternic legaţi
de matricea solului.Metoda se bazează pe folosirea energiei de vibraţie transmisă
solului cu ajutorul undelor sonice şi ultrasonice.
Această energie determină reducerea tensiunii superficiale şi vascozitatii fazei
lichide a solului încărcată cu contaminanţi, care astfel sunt eliberaţi şi vor migra spre
electrozi de unde vor fi extraşi.
PROCESELE REDOX:
Oxidarea. Acest process este bazat pe oxidarea contaminanţilor în sol prin
folosirea unor substanţe cu un potenţial redox superior (O3,H2O2,ClO2)
celui al poluantului.Eficienta cea mai ridicată a procesului s-a înregistrat
în decontaminarea solurilor poluate cu compuşi organici cu potenţial
redox foarte scăzut.
Procesul este foarte eficient pentru decontaminarea solurilor poluate cu
pesticide.
34
Reducerea. Se bazează pe folosirea unor substanţe anorganice
reducatoare: NaBH4,LiBH4sau SnCl2.Procesul este insuficient cunoscut şi
nu este folosit decât pentru depoluarea solurilor poluate cu Cr(VI),
datorită introducerii în sol de substanţe potenţial poluante şi necesităţii
condiţionării ph-ului solului la valori cuprinse între 6-8.
Prezentarea costurilor extreme de ridicate ale principalelor metode fizico-
chimice de remediere a solurilor poluate, demonstrează că , deşi foarte eficiente,
aceste metode sunt abordabile numai în ţări cu mare putere economică.
2.2 METODE BIOLOGICE
Cercetările in domeniul ştiinţei solului şi în particular al biologiei solului, în
vederea înţelegerii proceselor biologice fundamentale care se petrec în sol, au
cunoscut în secolul XX o adevărată explozie.
La începutul secolului trecut, cercetările de microbiologia solului erau orientate
spre îmbunătăţirea fertilităţii solului şi creşterii producţiei agricole ( Verstraete
W.,E.M. Top, 1999). În prima jumătate,până în anii 50, s-au studiat diferite tipuri de
microorganisme, cum sunt cele fixatoare de azot, nitrificatori, sulfooxidatoare etc,
relaţiile dintre acestea şi mineralele solului, precum şi relaţia cu nutriţia plantelor.
În anii 60, cercetările s-au axata pe corelaţiile dintre transformările solului,
populaţiile microbiene şi activităţile enzimatice pentru sporirea fertilităţii solului.
În anii 70, cercetările erau focalizate asupra rezolvării problemelor cu privire
la asigurarea hranei( inocularea solului cu bacterii fixatoare de azot din genul
AZOSPIRILLUM fiind primul pas important în acest sens).
După anii 70, a avut loc în microbiologia solului un salt de la aplicarea acestei
ştiinţe în agricultură, la folosirea microorganismelor în decontaminarea mediului
poluat. Bioremedierea solului devine din ce în ce mai importanta după anii 80.
Progresele majore cu privire la cunoştintele fundamentele despre biodegradarea
compuşilor organici au avut loc începând cu anii 80, când s-au realizat primele
experimente de laborator în care s-a folosit inocularea cu tulpini de microorganisme
cu abilităţi degradative ( Bower et.al, 1981; Vogel and McCarty, 1985; Bedard et al.
1987).
35
2.2.1 Bioremedierea cu ajutorul microorganismelor
În cadrul metodelor de remediere experimetate în întreaga lume,
bioremedierea , bazată pe activitatea microorganismelor de a folosi hidrocarburile din
ţiţei drept sursă de carbon şi energie, este considerată cea mai eficientă , in special,
datorită faptului că nu implică perturbarea severă şi ireversibilă a structurii şi implicit
însuşirile pedogenetice ale solului afectat şi costului relativ scăzut.
În cadrul acestui proces complex, când biodegradarea ţiţeiului este completă,
acesta este supus transformărilor metabolice de către microorganisme până la
obţinerea de CO2 si H2O.
Biodegradarea hidrocarburilor din ţiţei este un proces foarte complicat, din
cauza diversităţii grupelor de compuşi din compoziţia acestuia, cu structuri chimice şi
complexitate moleculară diferite: alcani(metan , etan, propan), copusi aromatici,
parafine, rasini, asfaltene.
În ţiţei, compuşii aromatici aparţin la două clase: hidrocarburi monoaromatice:
( BTEX: benzen, toluen, etilbenzen, xilen) şi hidrocarburi aromatice policiclice
( PAHs; naftalen, fenantren, antracen, benzo[a]pyren) ambele fiind toxice.
Numeroase microrganisme heterotrofe din sol , atât bacterii cât şi fungi, sunt
capabile să utilizeze hidrocarburile din ţiţei ca sursă de energie pentru creşterea şi
dezvoltarea celulară.
Astfel , hidrocarburile aromatice , chiar şi cele cu solubilitate redusă, cum sunt :
antracenul, phenantrenul, pyrenul, 1,2-benzopyrenul, şi crysenul sunt descompuse
microbiologic în sol.
Nu este încă foarte clar cunoscut modul în care aceste substanţe sintetizate în
laborator sau produse industrial pot fi modificate şi chiar mineralizate de către
comunităţile naturale de microorganisme.
Sunt totuşi cunoscute câteva procese biochimice care pot avea loc în
biodegradare, prinţe care : hidroliza, hidroxilarea, oxidarea, dehalogenarea,
demetilarea sau alte dezalchilari, metilarea , dezaminarea, clivarea legăturilor
36
esterice, polimerizarea, conjugarea, strategia folosită de către microorganisme fiind
funcţie de natura chimică a poluantului. Cel mai bine descifrate sunt:
hidroliza- unul dintre cele mai comune procese prin care microorganismele
inactivează substanţele toxice poluante
hidroxilarea- adiţia unui hidroxil (OH) la o moleculă aromatică sau
alifatică prin care aceasta este transformată într-o substanţă mai puţin toxică. Astfel,
compuşii aromatici sunt degradaţi prin hidroxilare şi oxigenare, iar cei alifatici prin β-
oxidare
dehalogenarea. Numeroase reziduuri industriale conţin in molecula lor clor
sau alţi halogeni, a căror înlăturare le transformă din substanţe toxice în substanţe
inofensive
dezalchilarea. Foarte multe pesticide conţin în molecula lor radicali alchil,
a căror înlăturare le face să piardă activitatea pesticidă. Erbicidul diuron devine
complet netoxic prin înlăturarea de către microorganisme a radicalului N-CH3 .
metilarea. Adiţia gruparii metil CH3 poate inactiva fenolii.
Capacitatea microorganismelor de a recicla prin procese degradative substanţele
organice sintetice , deşi foarte mare, este totuşi limitată de recalcitranta moleculară a
unora dintre aceşti compuşi.
Pornind de la activităţile degradative ale microorganismelor au fost elaborate
numeroase tehnologii de depoluare, care sunt cuprinse generic în termenul de
bioremediere ( Alexander, 1994) . O definiţie a bioremedierii dată de Henis, 1994,
consideră că orice compus chimic a cărei acumulare în natură devine periculoasă
pentru mediu poate fi considerat drept poluant, iar
înlăturarea lui cu ajutorul microorganismelor poate fi considerate bioremediere
( Henis, 1994).
Microorganismele capabile să degradeze substanţele xenobiotice sunt prezente,
în general în respectivele medii poluate, dar biodegradarea naturală are loc cu rate
foarte scăzute. De aceea, s-au elaborate diverse tehnologii de bioremediere care
presupun: cunoaşterea căilor de optimizare a condiţiilor biodegradării, comportării şi
efectelor substanţelor chimice introduse în sol asupra ecosistenului şi selectarea unor
microorganisme cu abilităţi degradative superioare.
37
Cele mai importante căi de optimizare a condiţiilor biodegradării constau în
asigurarea unor condiţii de mediu favorizate pentru creşterea şi multiplicarea
microorganismelor degradative, şi anume : continuturi adecvate de azot, fosfor, fier
potasiu, calciu, magneziu, sulf şi microelemente : cupru, zinc, molibden, cobalt, fier,
mangan, precum şi umiditate, reacţie şi temperatură optime.Toţi aceşti parametri
exercită o influenţa directă asupra ratei de creştere, numărului şi activităţii fiziologice
a populaţiilor de microorganisme , iar optimizarea lor este principalul mecanism de
stimulare a biodegradării substanţelor xenobiotice poluante.
Condiţiile care favorizează, precum şi principalii factori implicaţi in
bioremediere sunt( după Henis, 1997);
Factorii implicaţi în procesul de bioremediere
Prezenta agenţilor degradării
Abundenta iniţială a agenţilor degradării
Microorganismele asociate
Capacitatea de multiplicare
Nivelul concentraţiei poluantului(poluantilor)
Solubilitatea poluantului
Adsorbtia poluantului de către microorganisme
Recalcitranta poluantului
Prezenta altor agenţi toxici
Prezenta nutrientilor
Perioada de contaminare( aclimatizarea)
Prezenta acceptorilor de electroni
Conditiile fizice; umiditatea, temperatura, ph.
Biotehnologiile de depoluare a solurilor sunt clasificate în: aşa numitele
tehnologii in situ, care se aplică direct teritoriului poluant şi tehnologiile ex situ, care
se bazează pe îndepărtarea solului contaminat şi transportarea lui la instalaţii speciale
de tratare ( de obicei reactoare).
Pentru ca oricare tehnologie de bioremediere să poată fi aplicată în vederea
înlăturării unui poluant este necesar, în primul rând , să se demonstreze că substanţa
respectivă ( în cazul ţiţeiului, amestecul de substanţe) este biodegradabilă, iar în urma
procesului de bioremediere nu vor apărea efecte ecologice secundare nedorite.
38
Avantajele metodei de bioremediere sunt conectate cu faptul că acesta nu
presupune schimbarea drastică a structurii solului şi a echilibrului ecologic stabil.
De asemenea , după îndepărtarea poluantului, activitatea normală a
comunităţilor de microorganisme caracteristice ( nu numai acelea cu abilităţi
degradative) se restabileşte rapid. În plus , această tehnologie are cel mai scăzut cost.
Dezavantajele provin îndeosebi din timpul relativ îndelungat de desfăşurare al
procesului de degradare şi dificultatea in controlul acestuia.
Microfloră majorităţii solurilor necontaminate include în mod natural bacterii
degradatoare de hidrocarburi, această comunitate microbiana fiind selectiv îmbogăţită
printr-o îndelungată expunere la ţiţei.
Multe dintre aceste substanţe constituente ale ţiţeiului sunt supuse atacului
microorganismelor, biotransformarea lor fiind facilitată de enzimele care asigură în
mod normal desfăşurarea metabolismului acestora.
Incarcartura de microorganisme a unui sol necontaminat, în timpul diferitelor
sezoane este în jur de 106-108 bacterii/g sol uscat..
Cele mai comune grupuri din sol sunt Actinomyces, bacteriile din genurile
Pseudomonas şi Agrobacterium, şi mai puţin reprezentative cele din genurile:
Azotobacter, Rhizobium, Nitrosomonas şi Nitrobacter.
Astfel, există două tehnologii de bază abordate în bioremediere: prima, numită
ecologică, este bazată pe activarea microflorei degradative existente în sol( cel mai
adesea prin adiţia de nutrienti), iar cea de-a doua, pe inocularea cu microorganisme
selecţionate în laborator datorită capacităţilor
degradative sporite, opţiunea pentru fiecare dintre ele fiind făcută în funcţie de
rezultatele analizelor efectuate.
Dacă microfloră degradativa este prezenta in cantităţi adecvate sau poate fi
activată ori îmbogăţită in situ într-un timp relativ scurt, nu este necesară inocularea,
fiind preferata metoda ecologică. Pe de altă parte, dacă microfloră degradativă este
absentă sau nu poate fi stimulată, se recomandă inocularea.
Pentru orice strategie de bioremediere se optează, alegerea trebuie să fie
precedată de analize microbiologice, chimice şi fizice, în funcţie de rezultatele cărora
solul poluat va trebui să fie amendat până la realizarea condiţiilor optime pentru
microfloră degradativa.
39
O altă problemă privind natura microflorei degradative selctionate în vederea
producerii de bioinoculanti este dacă trebuie folosit un singur microorganism sau un
amestec de specii, un consorţiu din culturi mixte obţinute din probe contaminate.
O posibilitate superioară, priveşte utilizarea microorgansimelor manipulate
genetic, în special prin tehnica AND-ului recombinant, prin care s-au obţinut
microorganisme cu abilităţi speciale în biodegradarea anumitor compuşi organici
poluanţi.
O activitate prodigioasă în ingineria genetică microbiana a fost depusă pornind
de la tulpini de Pseudomonas, fiecare capabilă să degradeze patru clase de
hidrocarburi rezultate din fractionarea petrolului. S-a urmărit o cale originală – şi
anume , combinarea în acelaşi microorganism a unor plasmide purtătoare de gene
care controlează procesul de degradare în amestecuri petroliere complexe. Astfel, s a
realizat celebrul microorganism modificat genetic Pseudomonas putida în care s-a
introdus plasmidele conţinând informaţia genetică necesară sintezei unui complex
enzimatic capabil să degradeze patru clase de compuşi din ţiţei. Deşi ar putea fi utile
în bioremedierea solurilor poluate, necunoaşterea consecinţelor eliberării în mediu a
acestor microorganisme modificate genetic, nu a permis folosirea lor practică în acest
scop.
Toate eforturile ştiinţei din ultimii ani au dovedit faptul că bioremedierea este o
metodă superioară de depoluare a solurilor, eficientă şi mult mai ieftină comparativ
cu metodele fizico-chimice cunoscute.
Există numeroase rapoarte cu prvire la succesul bioremedierii unor medii
poluate ( tab. nr.2.4.), in care s-a folosit îndeosebi metoda ecologică de depoluare,
bazată pe folosirea fertilizantorilor sau/şi a donorilor/acceptărilor de electroni în
scopul stimulării microflorei degradative existente deja în acele situri. S-au înregistrat
mari progrese în ceea ce priveşte bioremedierea solurilor puternic poluate cu ţiţei şi
descreşterea nivelului toxicităţii acestora, până la capabilitatea de a susţine creşterea
plantelor.
Parametrii clasici de măsurare în laborator a eficicacitatii unui proces de
bioremediere sunt numărătorile poluantilor cu microorganisme , determinarea ratei
respiraţiei microbiene ( consumul de oxigen sau producerea de bioxid de carbon) şi
40
monitorizarea ratei dispariţiei poluantului din sol. Inocularea solului poluat cu
microorganisme selecţionate este principala verigă tehnologică a bioremedierii in situ.
Creşterea şi potenţialul de supravieţuire a inoculului în sol s-au dovedit, însă a fi
determinate de o constelaţie de diverse influenţe, care pot duce atât la reuşita
decontaminarii, cât şi la insucces.
Tabel nr.2.4.(dupa Alexander,1994)
caz comentarii referenti
Exxon Valdez deversare
de titei
Adaugare de fertilizanti Alexander,1994;Atlas and
Bartha 1992;Raveh ,1992
Alyeska,apa reziduala Aerarea a stimulat
degradarea
Prince,1992
Montana, sol si apa
freatica in rezervatie
forestiera
H2O2 a stimulat
degradarea
Prince,1992
Plaja contaminate cu
petrol
Fertilizare si inoculare Rosenberg and Ron,1995
Solul poate reprezenta un mediu ostil pentru microorganismele introduse în sol,
care nu-şi vor menţine valoarea iniţială a numărului total şi activitatea decât dacă
prezintă un avantaj de selecţie. Conform modelului clasic stabilit se poate calcula, in
absenţa unei presiuni de selecţie specifică, succesul supravieţuirii bacteriilor inoculate
la nivelul de cca 1000 celule/g sol, care necesită un inocul de cca un million de
celule/g sol . Chiar şi aşa , este discutabil dacă microorganismele “ imigrante’’ vor
avea un impact semnificativ.
41
Tabel nr.2.5. Succesul introducerii tulpinilor biodegradative în contaminarea
microbiana a solului şi sedimentelor .(dupa Alexander,1994)
Autori Mediu Poluant
Apajalahti and Salkinoja-
Salonen,1984
Suspensie de sol Phenoli policlorinati
(PCBs)
Oldenhuis et. Al., 1989 Suspensie de sol Chlorobenzeni
Brunsbach and
Reineke,1993
Suspensie de sol Chlorobenzoati
Miethling and
Karlson,1996
Sol PCBs
Pipke , 1997 Sedimente Chloro-methyl-
hidrocarburi aromatice
El Fantroussi , 1997 Namol 3 - Chlorobenzoat
Wenk , 1998 Namol Atrazina
Kastner , 1998 Sol PAHs
Dybas , 1998 Apa Tetraclorura de carbon
Înţelegerea experimentelor nereuşite este , însă, cel mai adesea, mult mai
folositoare, fie şi numai pentru că astfel pot fi identificate greşelile făcute şi evitate în
viitor. Din păcate cercetătorii arareori raportează experinetele nereuşite.
Câteva dintre acestea, citate de Alexander ( 1994) relevă faptul că inoculanti
bacterieni capabili să degradeze pesticide sau ţiţei in condiţii de laborator, au avut
insucces, din motive necunoscute, în degradarea poluantilor în condiţii de câmp.
42
Tabel 2.6 Cazuri de insucces ale bioremedierii prin inoculare in situ
( după Henis,1997)
Compusul poluant Organismul si situl Referenti
4-(2,4-DB) Flavobacterium sp.
Inoculate pe seminte de
lucerna, in sol
Mac Rae and
Alexander,1965
Petrol Adaugarea in sol a unui
inocul de microorganisme
care pot degrada
hidrocarburile alifatice
Lehtomaki and Niemela,
1975
2,4-DCP Pseudomonas sp. inoculat
in sol sau apa
Goldstein , 1985
Metholachlor Streptomyces sp. Inoculate
in sol
Liu , 1990
ţiţei Inocularea unui consortiu
de microorganisme care
degradeaza hidrocarburile
din apa marina
Tagger , 1983
Analizele tradiţionale ale comunităţilor bacteriene prezintă multe limite
deoarece un număr mare de microorganisme sunt necultivabile sau creşterea lor in
vitro este foarte lentă.
Metodele de biologie moleculară pot evita aceste probleme prin monitorizarea
dinamicii genelor degradării în întreaga microfloră. În sol, microorganismele
degradatoare de hidrocarburi pot fi detectate prin cercetarea genelor care codifică
sinteza enzimelor catabolice specifice. Astfel, este posibil să afli rapid dacă in sol
există bacterii capabile să degradeze poluantul şi, de asemenea să poţi estima şi
cantitatea acestora. De exemplu, C23O este o familie de enzime care joacă un rol
important în degradarea compuşilor aromatici prin aşa numitul Polymerase Chain
43
Reaction (PCR), prin depolimerizarea sub acţiunea acestor enzime a compuşilor
polimerizaţi.
Detectarea abilităţilor metabolice a unui grup sau comunităţii microbiene
folosind tehnici de biologie moleculară ca : PCR, amplificarea sau hibridizarea
genetică, necesită un studiu preliminar pentru detreminarea cheilor genelor implicate
in căile metabolice pentru biodegradarea compuşilor.
Scopul acestor cercetări a fost acela de a compara analizele moleculare cu
metodele microbiologice tradiţionale, respectiv, cultivarea dilutiilor seriale de sol pe
mediu nutritiv agarizat şi metoda numărului cel mai probabil.
Unul dintre cele mai importante aspecte ale cercetărilor se referă la decelarea
cât mai coracta a capacităţii unei tulpini bacteriene de a degrada hidrocarburile din
ţiţei.
Un experiment model în acest sens este cel efectuat . Astfel, bactriile
degradatoare de hidrocarburi au fost cultivate pe mediu mineral la care s-a adăugat
ţiţei drept singura sursă de carbon şi enegie.
Probele au fost incubate la 28gradeC timp de 20 zile, iar creşterea
microorganismelor s-a evaluat după prezenţa turbiditatii mediului şi dezagregarea
filmului de ţiţei.
Solul contaminat în urmă cu 15 ani a fost introdus în coloane de sticlă (50/9
cm), câte 4,5 kg pentru fiecare coloană, a fost tratat cu soluţie minerală pentru a
îmbogăţi raportul C:N:P ( 100:5:1).S-a adăugat un surfactant
( Tween 80:0,05% v/v) pentru creşterea bioaccesibilitatii poluantului. Timp de 52
zile această coloană a fost ventilată permanent cu aer umed. Coloana martor a primit
numai apa. Contuinutul total de hidrocarburi conţinut de sol la începutul
experimentului a fost de 22g/kg ( 5,3%asfaltene , 26% HC aromatice, 68,7% HC
alifatice),raportul C/N 100:0,8, iar conţinutul de fosfor sub 5 mg/kg.
Aerarea şi biostimularea au dus la creşterea atât a numărului total de bacterii
heterotrofe, cât şi a celor degradatoare de hidrocarburi.
Populaţia microbiana după un vârf de creştere iniţial s-a stabilizat la niveluri
destul de ridicate şi constante.
44
Şi în coloana martor dinamica bactriilor a fost foarte asemănătoare ceea ce
indică faptul că o îndelungată expunere a solului la ţiţei a dus la selectarea unei
remarcabile microflore degradatoare de hidrocarburi.
La sfârşitul experimentului analiza cu IR a arătat o redecere cu 32% a
conţinutului de hidrocarburi în coloana tratată şi cu 9 % în coloana martor.
Totuşi în sol a rămas o mare cantitate de reziduuri petroliere, probabil deoarece
solul a conţinut hidrocarburi cu greutate moleculară mare, care este ştiut că sunt
foarte greu degradabile. Aceşti compuşi pot să nu fie accesibili fiind puternic
adsorbiti de fracţiunea organică proprie a solului; astfel interacţiunea cu
microorganismele fiind foarte dificilă.
Fungii filamentosi posedă o serie de atribute prin care pot fi foarte buni
potenţiali agenţi ai biodegradrii: colonizează rapid substratul prin ramificarea
micelului, secretă enzime extracelulare cu rol în digestia hidrocarburilor, pot să se
dezvolte în condiţii de mediu extreme ( valori ph, temperatură şi umiditate reduse).
Cele mai recente cercetări au concluzionat că fungi filamentosi sunt implicaţi activ în
biodegradarea ţiţeiului.
Microorganismele au fost izolate din solul poluat cu ţiţei prin inocularea
dilutiilor în plăci Petri, pe trei medii de cultură diferite ( Sabouraud, Potato Dextrose
Agar –PDA- şi Czapeck). După dezvoltarea pe mediu au fost purificate prin trecerea
pe medii de cultură in tuburi de sticlă.
Odată izolaţi şi purificaţi, fungi au fost testaţi în ceea ce pirveşte capacitatea de
a degrada hidrocarburile din ţiţei. Prin îndepărtarea delicată a conidiilor şi micelilului
fiecăreia dintre tulpinile izolate în tuburi, acestea au fost inoculate în mediu mineral
lichid (1,8ml) în care s-a adăugat 10μl ţiţei, drept unică sursă de carbon şi energie. Au
fost selecţionaţi 9 fungi filamentosi care au dovedit capacitatea de a utiliza pentru
creştere hidorcarburile din ţiţei.
Pentru evidentierea biodegradării ţiţeiului in sol s-a folosit un sol poluant cu
26,26mg/g total de hidrocarburi petroliere. S-au introdus câte 50g sol în flacoane de
sticlă, cu umiditatea corectată la 50% din capacitatea de câmp. Experimentul s-a
desfăşurat 40-42 zile la 30 grade C, nu s-au adăugat nutrienti şi nu s-a corectat reacţia
( ph original 5,1). Conţinuturile iniţiale de nutrienti în sol au fost: 1,0g/kg N,0,001
g/kgP. Astfel raportul C:N:P a fost 100:4,44:0,0044.
45
Biodegradarea a fost monitorizată prin evoluţia CO2 generat de fungi ca rezultat
al activităţii metabolice de-a lungul celor 41 zile, prin cromatografie gazoasă.
Concluziile experimentului au fost: fungi filamentosi implicaţi activ în
biodegradarea ţiţeiului în sol sunt: Aspergillus niveus,A.niger,A.versicolor, A.terreus,
A fumigatus, Penicilllium corylophilum,Paecilomyces variotti, P. niveus şi Fusarium
sp.
Cea mai activă specie a fost Aspergillus versicolor, cu cea mai mare eficienţă în
îndepărtarea poluantului (10,8%).
Deşi biodegradarea hidrocarburilor petroliere a constituit subiectul a numeroase
investigaţii, informaţiile cu privire la toxicitatea lor asupra microorganismelor solului
sunt limitate. Comparând un sit poluant cu hidrocarburi petroliere o perioadă
îndelungată cu unul nepoluat, cercetătorii au constatat că la nivel mediu al poluării
solului biomasa microbiana şi activitatea enzimatica au fost mai sever inhibate decât
în solul care a fost puternic poluat.
Aceste rezultate nu pot fi explicate numai prin analize chimice sau
microbiologice cantitative şi nu sunt adecvate pentru estimări toxicologice, decât
împreună cu studierea compoziţiei taxonomice a comunităţilor de microorganisme.
În mediile cu niveluri înalte de poluare are loc modificarea compoziţiei
speciilor microbiene, prin eliminarea acelora sensibile la poluant. Schimbările în
compoziţia speciilor s-au dovedit mult mai sensibile decât măsuratorile de biomasă
microbiana sau activitatea enzimatica a solului. Astfel, compoziţia în specii a
comunităţilor de microorganisme din solul contaminat cu ţiţei poate fi utilizată drept
indicator al poluării .
Ameliorarea solurilor poluate prin tehnici de bioremediere depinde în primul
rând de o cât mai buna înţelegere a proceselor microbiologice care au loc în acest
sens, o cat mai bună caracterizare a sitului şi o determinare cât mai precisă a naturii
şi concentraţiei poluantului.
Bioremedierea este un proces foarte eficient în refacerea solurilor poluate cu ţiţei
datorită diversităţii mari şi abundenţei genurilor bacteriene şi fungice capabile să
metabolizeze hidrocarburile, care fac solul un mediu favorabil biodegradării ţiţeiului
(Bossert şi Bartha, 1984).
46
Succesul bioremedierii prin biodegradare este condiţionat de o serie de factori:
principiul este acela dacă solul este colonizat sau nu cu microorganisme implicate în
metabolizarea hidrocarburilor din ţiţei, concentraţia şi natura poluantului, prezenţa şi
concentraţia nutrientilor, prezenţa donorilor oxigenului necesar oxidărilor, reacţia şi
umiditatea solului etc.
O bună cunoaştere a însuşirilor sitului ce urmează să fie decontaminat permite
acţionarea în direcţia optimizării tuturor factorilor determinanţi ai biodegradării şi
implicit premisa favorabilă a succesului în decontaminarea solului poluant.
Microorganismele care alcătuiesc în mod natural microflora indigenă degradează
chiar până la mineralizarea completă hidrocarburile , dar cu o rată foarte scăzută.
Pentru stimularea creşterii acestor microorganisme indigene este necesar un control
riguros al temperaturii solului ( intervalul optim de desfăşurare a activităţii
microbiene fiind cuprins între 15-35 gradeC), umidităţii, reacţiei, conţinutului de
materie organică şi de nutrienti ( azot şi potasiu) şi oxigenului, deoarece reacţiile
principale sunt cele de oxido- reducere, în care oxigenul este acceptor de electroni.
Abordarea corectă a unei strategii de bioremediere trebuie în mod necesar să
aibă în vedere faptul că solul este un sistem viu, ale cărui componente comunică
informaţii continuu, atât între ele , cât şi cu mediul înconjurător, în nevoia de adaptare
la noua situaţie creată de poluare.
Microorganismele , forme de viaţă aparent atât de simple , sunt o componenta
extreme de bine organizată, numai ţinând seamă de grija şi rigurozitatea cu care-şi
controlează propriul metabolism, sau transmiterea de informaţii între celule prin
intermediul recent descoperitilor feromoni microbieni .
Procesle informaţionale, de comunicare atât intracelulara, cât şi între celulele
comunităţii de microorganisme constituie esenţa vieţii microbiene, iar înţelegerea
cailor şi sensurilor acestor interacţiuni la nivelul creşterii şi activităţii
microorganismelor în sol devine cea mai importantă direcţie de cercetare pentru
viitor. Un exemplu de progres în acest sens s-a realizat prin “ însămânţarea” de
informaţii specifice în comunitatea microbiana prin mecanismul de transfer orizontal
al genelor. Prin încorporarea de gene specifice conţinute în plasmide într-unul sau
mai mulţi membri ai comunităţii indigene, s-a reuşit îndepărtarea unui poluant cu o
rată mult superioară cu cazul în care sistemul nu a fost inoculat.
47
Obiectivul final al oricărui proiect de remediere este acela de a reduce situl
respectiv la condiţiile anterioare contaminării, care includ îmbunătăţirea generală a
însuşirilor solului, reinstalarea vegetaţiei sau obţinerea, în cazul solurilor agricole de
producţii vegetale satisfăcătoare.
2.2.2 Bioremedierea cu ajutorul plantelor:
Fitoremedierea
FITOREMEDIEREA constă în folosirea vegetaţiei pentru bioremedierea
solurilor, sedimentelor şi apelor contaminate.
Siturile contaminate superficial cu poluanţi organici, nutrienti sau metale se
pretează cel mai bine aplicării uneia dintre metodele de fitoremediere existenţe:
fitotransformarea, bioremedierea de rizosferă, fitostabilizarea, fitoextractia sau
rizofiltrarea.
Utilizarea fitoremedierii în vederea testării demonstrative, atât în experimente
pilot cât şi în câmpuri experimentale de mare extindere, a dovedit ca aceasta este o
tehnologie de viitor, în primul rând datorită costurilor reduse, avantajului estetic şi
aplicabilităţii pe termen lung. Fitoremedierea este foarte utilă petru decontaminarea
unor terenuri în care alte metode de remediere nu pot fi practic aplicate ori nu sunt
fezabile din punct de vedere economic; pe unele terenuri cu concentraţii scăzute de
contaminanţi unde este necesară numai o decontaminare “ de lustru” (“ polishing
treatment”)pe o îndelungată perioadă de timp; în combinaţie cu alte tehnologii unde
vegetaţia este folosită drept etapă finală.
Există unele inconveniente care trebuie atent analizate înainte de a alege
fitoremedierea drept metodă potrivită pentru decontaminarea unui sol poluat. Acestea
includ durata, uneori foarte mare, necesară pentru decontaminarea sub nivelurile
active ale poluantilor, potenţiala contaminare a lanţului trofic şi dificultatea stabilirii
şi menţinerii vegetaţiei pe unele situri cu deşeuri toxice.
Plantele au arătat capacitatea de a rezista fără apariţia de efecte toxice la
concentraţii relativ ridicate de poluantii organici, putându-i absorbi şi transforma
rapid în metaboliti cu toxicitate mult mai redusă. În plus, ele stimulează degradarea
contaminanţilor organici în rizosferă prin eliminarea de exudate radiculare, enzime,
48
contribuind la structurarea carbonului în sol. Pentru metale grele plantele au
dovedit capacitatea de fitoextractie (absorbţia şi regăsirea contaminanţilor în biomasa
supraterană a plantelor), filtrarea metalelor din apă prin sistemul radicular
(rizofiltrarea), sau stabilizarea siturilor contaminate împotriva eroziunii şi
evapotranspiratia unei mari cantităţi de apa (fitostabilizarea).
În vederea evaluării acestei tehnologii, au fost organizate recent exprimente de
fitoremediere în câmp, pe situri poluante cu hidrocarburi petroliere ca: benzen, toluen,
etilbenzen, xilen (BTEX) hidrocarburi aromatice policiclice (PAHs),
pentaclorofenol, bifenili policlorurati (PCBs), hidrocarburi alifatice clorurate
( tricloretilen, tetracloretilen, 1,1,2,2-teracloretan), deşeuri provenite din industria de
armament (2,4,6,- trinitrotoluene,TNT RDX), metale ( plumb, cadmiu, zinc, arsenic,
crom, selenium), reziduri scurgeri de pesticide ( atrazina, alachlor etc.), radionuclizi (
cesiu-137, strontium-90, uraniu) deşeuri de îngrăşăminte ( amoniu, fosfaţi nitraţi).
Diferite specii de plante au fost folosite în diferite aplicaţii,printre care: Populus
spp., Salix spp. (Plop hibrid, sălcie), plante erbacee ( iarbă de Bermuda, sorg, păiuş),
leguminoase ( trifoi, lucernă, mazăre furajera), plante acvatice şi plante
hiperacumulatoare pentru metale grele ( floarea soarelui, muştar Indian şi Tlaspi
spp.).
2.2.2.1. FITOTRANSFORMAREA
Procesul se referă la adsorbţia substanţelor organice şi / sau minerale poluante
din sol şi apă freatica şi transformarea lor ulterioară de către plante.
Fitotransformarea depinde în mod direct de absorbţia contaminanţilor din soluţia
solului şi acumularea sub formă de metabolit în ţesuturile plantelor.
Este foarte important ca metabolitii acumulaţi în vegetaţie să fie netoxici sau
cel puţin cu o toxicitate mai redusă decât cea a compuşilor parentali.
Aplicaţiile potenţiale ale metodei includ fitotransformarea siturilor poluate ca
urmare a industriei petrochimice ( îndeosebi a ariilor de depozitare a reziduurilor),
industriei de armament (muniţie), deversarilor de ţiţei, ori poluării cu pesticide şi
îngrăşăminte chimice. De multe ori, fitotransformarea nu este singura opţiune,
metoda fiind aplicată în asociaţie cu alte tehnici de remediere. Mecanismele de
transport ale oxigenului,apei,şi a carbonului pot varia printre diferitele specii de
plante.Plantele pot să absoarbă contaminaţii direct din sol şi apa,ori să elibereze
49
exudate radiculare care să medieze degradarea poluantilor organici(prin
cometabolism în rizosferă).
Absorbţia directă a poluantilor de către plante este un mecanism surprinzător de
eficient pentru decontaminarea siturilor poluate superficial cu substanţe organice
moderat hidrofobe.Substanţele hidrofobe sunt strâns legate de supratata rădăcinilor şi
particulelor de sol,de aceea nu pot fi uşor translocate în plantă.
Absorbţia substanţelor chimice în plante prin rădăcini depinde de intensitatea
procesului de transpiraţie,de proprietăţile fizico-chimice ale poluantului şi
concentraţia acestuia în soluţia solului precum şi de plantă însăşi.Transpiraţia este
condiţionată de o serie de factori ca:tipul plantei,suprafaţa foliară,umiditatea
solului,temperatură,umiditatea atmosferica etc.
Odată ce un compus organic este translocat în plantă aceasta,fie va fi stocat în
propriile structuri celulare prin lignificare,ori metabolizate,mineralizate complet până
la CO2 si H2O. Astfel , plantele pot fi asemuite unui “ficat verde”.
O altă formă de fitotransformare este fitovolatilizarea , care reprezintă transferul
contaminanţilor din sol sau apa freatica în atmosferă prin procesul de
transpiraţie,eliminând în atmosferă substanţele poluante şi produsii lor metabolici
volatili.Metodă este utilă pentru siturile în care solul este expus permanent unei surse
de poluare,care implică iminenţa contaminării apei freatice.
2.2.2.2.BIOREMEDIERE
A RIZOSFERICA
Fitoremediera rizosferica constă în creşterea conţinutului de carbon organic,a
dimensiunii comunităţilor bacteriene şi fungilor de micoriză,toţi aceşti factori
favorizând degradarea compuşilor chimici în sol.Bioremedierea rizosferica mai este
numită şi fitostimulare sau biotrmediere asistată de plante. S-a demonstrat creşterea
numărului de bacterii beneficiale,respectiv bacterii denitrificatoare,Pseudomonas
spp.,bacteriile degradatoare de hidrocarburi şi în general,bacteriile heterotrofe,în zona
radiculara a plopului hibrid plantat într un sol poluat cu ţiţei ,comparativ cu un sit de
referinta neacoperit de plantaţie.Exudatele radiculare eliminate de rădăcinile plopului
hibrid sunt reprezentate de acizi organici,fenoli , concentraţii mai mici,enzime şi
proteine.
Astfel plantele pot elibera exudates in sol care:
50
Stimuleaza degradarea compuşilor organici prin activarea sistemelor
enzimatice ale populaţiilor bacteriene ,existente.
Stimuleaza creşterea unor specii noi capabile sa degradeze reziduurile
de poluanţi-şi /sau determina cresetrea concetraţiei substratului solubil
accesibil tuturor microorganismelor.
S-au efectuat studii aspura a cinci sisteme enzimatice ale plantelor, respective :
dehalogenazic, nitratreductazic, peroxidazic,laccazic şi nitrilazic. Enzimele
dehalogenaze sunt importante în reacţiile de declorinare a hidrocarburilor clorurate.
Nitroreductaza catalizează prima etapă în degradarea hidrocarburilor nitroaromatice,
în timp ce laccaza ( polifenol oxidază) serveşte la scindarea structurii inelelor
aromatice ale contaminanţilor organici. Peroxidaza şi nitrilaza sunt implicate în
reacţii de oxidare . Enzimele sunt active în solul rizosferic din imediată apropiere a
rădăcinii ( 1 mm). Existenţa sistemului radicular al plantei creează în sol un mediu
favorabil bioremedierii compuşilor poluanţi. În plus, plantele şi sistemele lor
radiculare se pot acomoda atât prezenţei deşeurilor organice, cât şi a metalelor grele.
S-a demonstrat importanţa biodragadii în rizosferă, arătând că plantele pot
participă la realizarea transformarilor poluantilor de către microorganisme, prin mai
multe căi:
fungi de micoriză asociaţi rădăcinilor plantelor metabolizează
poluantii organici
exudatele radiculare stimulează producţia enzimelor bacteriene
implicate în reacţiile de transformare
imbogatirea în carbon organic a substratului creşte rata de mineralizare
a poluantilor organici
plantele furnizează un mediu favorabil creşterii populaţiilor de
microorganisme şi activiaţii lor
oxigenul eliminat prin rădăcini asigură transformările aerobe.
S-a demonstrate ca rădăcinile unor pomi ca mărul şi dudul elimină în sol
substanţe(cumarină,flavonoizi) care stimulează multiplicarea microorgansmelor
degradatoare de hidrocarburi aromatice policiclice ( PAHs) şi bifenili policlorurati
(PCBs). Fungi, care cresc în simbioză cu plantele , au echipamente enzimatice care
ajută la degradarea compuşilor organici ce nu pot fi descompuşi doar de bacterii .
51
Ansamblul comunităţilor de microorganisme din rizosferă este foarte abundent, cel
mai adesea comunităţile fiind alcătuite din 5 X 106 bacterii , 9 x 105 actinomicete şi 2
X 103 microfungi / g sol uscat. Bacteriile trăiesc în colonii care acoperă între 4 şi 10
% din suprafaţa rădăcinilor.
2.2.2.3.FITOSTABILIZAREA
Fitostabilizarea constă în imobilizarea fenomenului de poluare. Acesta implică
instalarea unei vegetaţii alcătuită din specii tolerante la poluare.
Unii contaminanţi prezintă atracţie pentru suprafeţele hidrofobe ale materiei
organice şi pot fi astfel legaţi şi imobilizaţi în ţesuturile radiculare ale plantelor .
Aceste legături reduc extinderea contaminării, evitând levigarea poluantilor din sol în
apele freatice. În aceste situri sunt aplicate amendamente ca agenţi de alcalizare,
fosfaţi, oxizi minerali şi materie organică în vederea reducerii, pe cât este posibil mai
mult, a solubilitatii metalelor grele. Toate acestea favorizează absorbţia de către
plante a metalelor grele prin sistemul radicular.
Fitostabilizarea se referă la menţinerea în loc cu ajutorul vegetaţiei a solurilor şi
sedimentelor contaminate, precum şi imobilizarea contaminanţilor toxici în sol.
Vegetaţia , prin intermediul rădăcinilor previne spulberarea de către vânt a prafului,
una dintre cele mai importante căi de expunere a populaţiei umane la acţiunea
deşeurilor toxice din anumite situri.
Controlul hidraulic, care să prevină levigarea în pânza de apă freatică a
poluatilor, este posibil prin plantarea unor specii vegetale viguroase şi care să
transpire un volum mare de apa.
Metoda este utilă pentru capturarea în situ a contaminanţilor care nu pot fi
degradaţi ( în special metale grele, radionuclizi) şi care se află fie în concentraţii
situate sub pragurile de risc, sau atunci când suprafata contaminată este atat de mare
incat o acţiune de remediere care presupune îndepărtarea solului poluant, sau orice
tehnologie de remediere in situ nu ar fi fezabilă.
2.2.2. 4. FITOEXTRACTIA
Fitoextractia implică folosirea plantelor pentru tratarea solurilor poluante special cu
metale grele . Metalele grele nu sunt biodegradabile, de aceea singura cale reală de
control al poluării şi de depoluare este extracţia acestora din sol . Procesul are loc
atunci când contaminaţii sunt înlăturaţi din sol de către plante fiind absorbiţi şi
52
concentraţi în ţesuturile acestora. Există plante cunoscute drept “ hiperacumulatoare”
care sunt capabile să acumuleze metale grele în ţesuturile lor în concentraţii de 1%.
Atunci când este folosit acest procedeu, plantele trebuie recoltate şi depozitate ca
deşeuri periculoase; în fitoextractie plantele acţionează atât ca filtru cât şi ca un
container pentru îndepărtarea contaminanţilor. Avantajul constă din faptul că
greutatea plantelor contaminate este mult mai redusă, comparativ cu cea a solului, în
cazul în care acesta ar fi trebuit să fie excavat şi transportat în altă parte în vederea
tratării prin alte metode.
În prezent, fitoextractia este cea mai studiată şi testată dintre tehnologiile de
fitoremediere. Numeroase companii au demarat deja studii de marketing în vederea
comercializării acestei tehnologii. Au fost descoperite plante care sunt “ specializate”
în îndepărtarea anumitor contaminanţi din sol. Muştarul Indian verde înlătura
plumbul, cromul, cadmiul, zincul şi cuprul, iar floarea soarelui substanţe radioactive
şi alte metale toxice din sol.
Unul dintre dezavantajele acestei metode este dificultatea recoltari rădăcinilor ,
ceea ce face esenţial ca metalele să fie absorbite în părţile superioare ale plantei. Din
această cauza există o problemă cu extracţia plumbului, deoarece acesta prezintă
tendinţa de a se acumula şi rămâne la nivelul rădăcinii plantelor, chiar şi atunci când
sunt folosiţi agenţi chelatanti şi electro-osmoză.
2.2.2.5. Rizofiltrarea
Rizofiltrarea constă în folosirea sistemului radicular al plantelor pentru
absorbţia, concetrarea şi precipitarea metalelor grele din fluxuri de apă poluate. Unele
plante, cum sunt muştarul Indian şi floarea soarelui, în culturi hidroponice a fost
demonstrat ca pot înlătura metale toxice ca plumbul, cuprul şi cromul, din apele
reziduale industriale.Rizofiltrarea este o metoda promiţătoare ca fezabilitate
economică mai ales prin posibilitatea tratării unor volume mari de contaminanţi şi
prin faptul că poate fi aplicată direct efluenţilor industriali, râurilor poluate sau
sistemelor de ape subterane.
53
Sol puternic poluat cu petrol din preajma unei sonde de extractie
54
55
Scurgeri de petrol la baza sondei de extractie a ţiţeiului.
56
III. Decontaminarea prin compostare a solurilor puternic şi excesiv poluate cu
ţiţei din câmpul experimental Albota,judeţul Argeş.
În România importante suprafeţe de terenuri sunt poluate cu reziduuri
petroliere(ţiţei,ţiţei şi apa sărată sau apa sărată)ca urmare a activităţii de
extracţie,transport şi prelucrare a produselor petroliere.
O componenţa a poluării cu produse petroliere o constituie poluarea cu ţiţei,în
jurul parcurilor petroliere,sondelor de exploatare în mod deosebit pe traseele de
transport a ţiţeiului separat de produse secundare.
În asemenea cazuri conţinutul de reziduu petrolier în orizontul de sol poluat
depăşeşte 5%,ceea ce face că decontaminarea ,,în situ” să fie de lungă durată şi
necesită îndepărtarea prin curăţare a stratului cu sol poluat în vederea decontaminarii
prin biodegradare în locuri special amenajate.
Poluarea cu ţiţei are efect negativ asupra solului şi a vegetaţiei în funcţie de
intensitatea poluării,adâncimea de pătrundere a poluantului,compoziţia chimică a
poluantului,etc.
Solul poluat cu ţiţei îşi modifică substanţial caracteristicile fizice ,chimice şi
microbiologice.
Legislaţia în domeniul protecţiei mediului pe lângă reglementările propriu-zise
de protecţie a factorilor de mediu (apă,aer,sol),prevede obligativitatea “refacerii
cadrului natural în zonele în care solul,subsolul şi ecosistemele terestre au fost
afectate de fenomene naturale sau de activităţi cu impact negativ asupra mediului”
În acest context cercetarea mondială şi cea din România a investigat,diverse
metode de tratare a solurilor contaminate cu produse petroliere:evacuarea cu depunere
selectivă, încapsulare, volatilizare, spălare,degradarea prin
compostare,fitoremedierea, bioremedierea. Având în vedere cheltuielile impuse
de diverse metode de decontaminare şi obiectivul general de a pune la dispoziţie
metode de decontaminare simple,cu cheltuieli cât mai mici,la îndemâna celor
interesaţi,ICPA Bucureşti în colaborare cu SCDA Albota şi OSPA Argeş,iniţiază o
temă de cercetare privind decontaminarea solului puternic şi excesiv poluat cu ţiţei
prin compostare.
57
MODULE DE COMPOSTARE
58
3.1 Materiale şi metodă
Pentru realizarea obiectivului s-au constituit 22 module (grămezi) de 1000kg
fiecare,:-sol poluat cu petrol;
-sol poluat cu petrol amestecat cu gunoi de grajd,raport de 1:5 şi 1:1.
Concentraţia de petrol a fost de 5% şi 10%.
Modelele au fost tratate diferenţiat prin:
-inocul bacterian;
-apă oxigenată;
-aşezare direct pe sol;
-încapsulare în folie de polietilenă;
-amplasare pe strat de paie;
-amplasare pe folie de polietilenă;
-amplasare pe panouri de lemn pentru aerisire.
Pentru constituirea modulelor s-au stabilit metode simple de decontaminare, cu
materiale autohtone,tratamente diferenţiate,unele mai simple altele cu un grad mai
ridicat de complexitate însă posibil de aplicat în cât mai multe situaţii de poluare.La
realizarea modulelor s-a urmărit totodată ca prin amestecuri şi tratamente diferenţiate
să se determine influenţa concentraţiei de reziduu petrolier prin aplicarea aceluiaşi
tratament,asupra perioadei de decontaminare.Modulele de compostare au fost
realizate la sfârşitul lunii aprilie1999 după formula din tabelul nr.3.2.1.
Formula modulelor de compostare,compoziţia amestecului din module şi
tratamente aplicate pentru influenţarea procesului de compostare.
59
Tabelul n3.2.1
NR
Modulului
Sol
poluat
%
petrol
in
solul
poluat
Sol
Poluat +
gunoi
de
grajd
Inocul
bacteri
an
H2O2 Asezat
Pe
sol
Incapsu-
Lat
In
Folie
De
polietilen
a
Amplasat
pe strat de
paie
Amplasat
pe folie de
polietilena
Amplasat
pe
panouri
de lemn
pt.
aerisire
Formula
modulului
A C B 1 2 3 4 5 6 7
M1 x 5 x
M2 x 5 x
M3 x 5 x
M4 x 5 x
M5 x 5 x
M6 x 5 1:5 x
M7 x 5 1:5 x
M8 x 5 1:5 x
M9 x 5 1:1 x
M10 x 5 1:1 x
M11 x 5 1:1 x
M12 x 10 x
M13 x 10 x
M14 x 10 x
M15 x 10 x
M16 x 10 1:5 x
M17 x 10 1:5 x
M18 x 10 1:5 x
M19 x 10 1:1 x
M20 x 10 1:1 x
M21 x 10 1:! x
M22 x 10 x x
60
Modulele notate M1-M22,au fost formate din:
Compoziţia şi tratamente speciale aplicate modulelor de compostare.
Tabel nr.3.2.2
Numarul
modului
Caracteristici
Compozitie Tratament aplicat
M1 sol poluat cu 5 %petrol asezat pe sol
M2 sol poluat cu 5 %petrol asezat pe strat de paie
M3 sol poluat cu 5 %petrol asezat pe panouri de aerare
M4 sol poluat cu 5 %petrol tratat cu inocul bacterian
M5 sol poluat cu 5 %petrol incapsulat in folie de polietilena pentru
a crea conditii anaerobioza
M6 sol poluat cu 5 %petrol,amestecat cu gunoi de grajd de bovine in
raport 1:5
asezat pe sol
M7 sol poluat cu 5 %petrol,amestecat cu gunoi de grajd de bovine in
raport 1:5
asezat pe panouri de aerare
M8 sol poluat cu 5 %petrol,amestecat cu gunoi de grajd de bovine in
raport 1:5
tratat cu inocul bacterian
M9 sol poluat cu 5 %petrol,amestecat cu gunoi de grajd de bovine in
raport 1:1
asezat pe sol
M10 sol poluat cu 5 %petrol,amestecat cu gunoi de grajd de bovine in
raport 1:1
asezat pe panouri de aerare
M11 sol poluat cu 5 %petrol,amestecat cu gunoi de grajd de bovine in
raport 1:1
tratat cu inocul bacterian
M12 sol poluat cu 10 %petrol asezat pe sol
M13 sol poluat cu 10 %petrol asezat pe strat de paie
M14 sol poluat cu 10 %petrol asezat pe panouri de aerare
M15 sol poluat cu 10 %petrol incapsulat in folie de polietilena pentru
a crea conditii anaerobioza
M16 sol poluat cu 10 %petrol,amestecat cu gunoi de grajd de bovine in
raport 1:5
asezat pe sol
M17 sol poluat cu 10 %petrol,amestecat cu gunoi de grajd de bovine in
raport 1:5
asezat pe panouri de aerare
M18 sol poluat cu 10 %petrol,amestecat cu gunoi de grajd de bovine in
raport 1:5
tratat cu inocul bacterian
M19 sol poluat cu 10 %petrol,amestecat cu gunoi de grajd de bovine in
raport 1:1
asezat pe sol
M20 sol poluat cu 10 %petrol,amestecat cu gunoi de grajd de bovine in
raport 1:1
asezat pe panouri de aerare
M21 sol poluat cu 10 %petrol,amestecat cu gunoi de grajd de bovine in
raport 1:1
tratat cu inocul bacterian
M22 sol poluat cu 10 %petrol asezat pe folie de polietilena
61
tratat cu H2O2 , 2 %
Soluţiile pentru tratamentele speciale au avut în vedere:
a.-amplasarea pe sol asigură decontaminarea solurilor poluate cu petrol fără
amenajări speciale care ridică preţul de cost al reconstrucţiei ecologice a terenurilor
cu soluri poluate.Solul rezultat în urma decontaminarii poate fi utilizat pentru
copertarea unor areale care necesită aport de material pământos,sau se împrăştie pe
teren agricol;
b.-inoculul bacterian a fost utilizat pentru îmbogăţirea în timp scurt a
compoziţiei amestecului poluat cu microorganisme din flora autohtonă capabile să
intervină în degradarea produselor petroliere din solul puternic şi excesiv poluat;
c.-tratarea cu apă oxigenată (H2O2) a solului poluat, izolat de sol prin folie de
polietilenă s-a aplicat pentru a asigura oxigen suplimentar pentru microorganismele
existente în solul poluat;
d.-încapsularea în folie de polietilenă a avut în vedere dezvoltarea activităţii
microorganismelor existente în sol la momentul poluării,în condiţii de anaerobioză
prin încapsulare;
e.-amplasarea pe strat de paie a urmărit utilizarea unor resurse locale care să fie
utilizate ca suport pentru aerisirea în primă etapă şi surplus de material organic care
prin descompunere să asigure un plus de microorganisme din flora autohtonă
implicate şi adaptate în procesul de biodegradare;
f.-amplasarea pe panouri de lemn pentru aerisire,creează condiţii pentru o mai
bună asigurare a circulaţiei aerului sub şi în interiorul modulului asigurând
microorganismelor posibilităţi mai bune pentru desfăşurarea procesului de
biodegradare a petrolului şi decontaminarea solului poluat.
Din fiecare modul s-au recoltat probe de sol la interval de 6 luni,12 luni,18
luni,şi respectiv 30 luni,respectiv anii 1,2,3 de experimentare.
Probele au fost recoltate pe două adâncimi:0-20cm şi 20-40cm,înălţimea modulelor
fiind de cca.40cm la modulele constituite din sol poluat şi de 40-50cm la modulele în
care a fost inclus gunoi de grajd semifermentat,de pe fiecare modul probele s-au
recoltat în 3 repetiti.
Prin analize pe probe recoltate din module s-a urmărit activitatea
microbiologica prin specii implicate în biodegradarea petrolului, perioada de
62
degradare a petrolului până la produs liber de poluant, eficienţa unor tratamente
asupra procesului de biodegradare.
3.2 Rezultate şi discuţii
Pentru caracterizarea evoluţiei procesului de degradare a reziduurilor petroliere
din solul puternic şi excesiv poluat din module,a fost determinat reziduul petrolier
total din probele recoltate.
Analizele au fost efectuate în laboratorul pentru poluarea solului din cadrul
ICPA Bucureşti,prin metoda extracţiei cu aparat Soxhlet, adaptat în institut pentru
extracţia reziduului petrolier total în cloroform.
Rezultatele analizelor de laborator evidenţiază tendinţa generală de degradare a
reziduului petrolier. Degradarea este diferenţiata, în funcţie de gradul de poluare şi
tratamentele speciale aplicate solului poluat sau amestecului de sol poluat şi gunoi de
grajd.
Pe grosimea superioară a modulelor(0-20cm),se constată:
a.- după 6 luni,reducerea poluării cu 2% până la 60%
b.-dupa 12 luni,reducerea poluării cu 21% până la73%
c.-dupa 18 luni,reducerea poluării cu 38,4% până la84%
d.-dupa 30 luni,reducerea poluării cu 66% până la92%
Pe grosimea superioară a modulelor(20-40cm),se constată:
a. după 6 luni,reducerea poluării cu 6% până la61%
b.-dupa12 luni,reducerea poluării cu 29% până la77%
c.-dupa18 luni,reducerea poluării cu 36% până la86%
d.-dupa30luni,reducerea poluării cu 54% până la96%
Cercetările efectuate la modulele cu sol poluat 5% şi 10% petrol pe parcursul a
3 ani evidenţiază la modulele aşezate direct pe sol procentul cel mai ridicat de petrol
degradat. Practic dupa 30 luni solul poluat cu 5% petrol se poate considera
decontaminat.
Pentru stabilirea unor metode cât mai bune sub aspectul perioadei de
decontaminare şi a accesibilităţii metodelor cele mai adecvate,cercetările pe module
de decontaminare prin compostare au avut în vedere şi solul poluat puternic (5%)
excesiv (10%) amestecat cu gunoi de grajd având în vedere conţinutul gunoiului în
63
microorganisme implicate în degradarea materiei organice şi transformarea acesteia
în elemente nutritive necesare nutritiei optime a plantelor.
Pentru unele module (M 6-11 M 16-21) au fost constituite din sol poluat
puternic (5%) şi foarte puternic (10%) cu petrol amestecat cu gunoi de
grajd de bovine în raport 1:5(M 6-8,M 16-18) şi 1:1(M 9-11,M 19-21), noculate
bacterian (modulele 8,11,18,21),aşezate pe sol (modulele6,9,16,19) şi amplasate pe
panouri de lemn pentru aerisire (modelele7,10,17,20).
Prin această formulare procesul de degradare a reziduului petrolier a fost
variat,influenţat de gradul de poluare al solului,raportul dintre sol poluat:gunoi de
grajd şi tratamentul aplicat modulelor.
Rezultatele privind conţinutul de reziduu petrolier degradat după 3 ani de
cercetări evidenţiază variantele tratate cu inocul bacterian (11,21 şi 8),urmate de
valori foarte apropiate module amplasate pe sol(19,6 şi 16).Rezultate bune au fost
înregistrate şi la modulele M17 şi M20 amplasate pe panouri de aerisire, ceea ce
demonstrează necesitatea cercetării unor variante combinate din amestecuri de sol
poluat cu gunoi de grajd,inoculate cu microorganisme din microflora autohtonă şi
prevăzute cu sisteme de aerisire în masa modulului.
Compoziţia modulelor şi tratamentele speciale aplicate au avut în vedere crearea
condiţiilor pentru ca activitatea şi procesele microbiologice să fie îmbunătăţite şi
folosite la capacitate maximă pentru decontaminarea solului poluat cu petrol. S-au
avut în vedere şi cercetări anterioare care au evidenţiat specii de bacterii şi ciuperci
adaptate la condiţiile de soluri argiloase,umede şi pseudogleizate în condiţii naturale
cât şi în unele soluri poluate.
Pentru a se stabili activitatea şi efectul proceselor microbiologice în procesul de
degradare a petrolului din solul poluat puternic şi foarte puternic,pe probele de sol
recoltate au fost efectuate determinări microbiologice privind numărul de bacterii şi
ciuperci dupa 12 luni şi compoziţia specifică după 18 luni de la constituirea
modulelor.
Influenţa diverselor metode de compostare asupra activităţii biologice,şi a
conţinutului solului în reziduu petrolier precum şi compoziţia specifică a bacteriilor
heterotrofe şi a microflorei fungice este reflectată în procesul de degradare a
reziduurilor petroliere.
64
Astfel cele mai multe specii de bacterii şi fungi au fost identificate în modulele
amplasate pe panouri pentru asigurarea aerului necesar activităţii
microorganismelor,urmate de modulele tratate cu inocul bacterian selecţionat din
microflora autohtonă şi apoi de cele amplasate direct pe sol care au beneficiat de
aport de microorganisme adaptate condiţiilor locale de sol.
Speciile cele mai frecvente identificate în modulele de compostare au fost:
Bacterii:
Bacillus megaterium şi Bacillus cereus pe 0-20cm.în 11 module;
Bacillus circulans pe 0-20cm.în 6 modele;
Arthobacter globiformis,Pseudomonas sp., Bacillus circulans.
pe 0- 20cm în 5 module;
Alte specii pe 20-40 cm.au fost identificate în 1-3 module;
Bacillus cereus pe 20-40cm. în 9 module;
Bacillus circulans, Pseudomonas sp.,pe20-40cm în 8 module;
Bacillus megaterium,pe 20-40cm.în 7 module;
Alte specii pe 20-40cm .au fost identificate in1-3 module.
Ciuperci:
Dermatiacee pe 0-20cm în 6 module;
Penicillium sp..Fusarium oxysporum pe 0-20cm în 4 module;
Penicillium lilacium, Penicillium brevicompactum,Cephalosporium
sp.,Glicoladium roseum pe 0-20cm în 3 module.
Alte specii pe 0-20cm în 1-2 module;
Scopulariopsis brevicaulis, Penicillium funiculosum, Penicillium sp.,
Fusarium sporotrichoides, Fusarium sp.,pe 20-40cm în 3 module;
Alte specii pe 20-40cm în 1-2 module.
Numărul speciilor de bacterii este mai mare pe 0-20cm(11specii) faţă de
adâncimea de 20-40cm(9specii),iar al celor de fungi este mai mare pe
0-20cm (27specii) faţă de adâncimea 20-40cm(25specii),ceea ce demonstrează ca pe
adâncimea 0-20cm microorganismele au avut condiţii mai bune de dezvoltare.
65
CONCLUZII
1. Pe parcursul procesului de extracţie, separare, depozitare şi transportul
ţiţeiului pot apare accidente ( spargerea conductelor, diverse scurgeri) care conduc la
scurgerea ţiţeiului pe terenuri agricole sau cu vegetaţie forestieră, producând poluarea
puternică a solului.
2. In asemenea cazuri se recomandă ca imediat după accident să fie
săpate gropi şi şanţuri pentru dirijarea şi colectarea petrolului deversat pe teren.
3. Orizontul de suprafaţă al solului îmbibat cu petrol ( peste 5% reziduu
petrolier total) se strânge manual sau mecanic şi se transmite spre compostare pe un
teren special amenajat pentru a prevenii extinderea poluării. Intervenţia rapidă
permite recuperarea unei cantităţi mai mari de ţiţei, restrângerea suprafeţei cu risc de
poluare şi a adâncimii de pătrundere a petrolului pe profilul de sol. Atenţie deosebită
trebuie acordată accidentelor soldate cu deversarea petrolului în perioade secetoase,
pe terenurile cu soluri formate pe argile gonflante care crapă profund şi permit
infiltrarea petrolului pe crăpături la adâncime mare.
4. Solul puternic- foarte puternic îmbibat cu petrol colectat şi depozitat
corespunzător va fi decontaminat prin diverse metode, una dintre cele considerate mai
eficientă fiind compostarea.
5. Grămezile de compostare se realizează cu înălţime de 100-150 cm,
funcţie de amestecul folosit ( sol cu 5-10% reziduu petrolier, în amestec cu gunoi de
grajd şi/sau coceni, paie, alte resturi vegetale tocate, tratat sau netratat cu inocul
bactertian etc.)
Amestecul se aşează pe platformă de compostare betonată sau pe solul acoperit
cu polietilenă pentru a evita scurgerile şi poluarea altor terenuri. Pe platforma
amenajată pentru compostare amestecul se poate aşeza pe strat de paie, panouri sau
alte soluţii (reţea de tubulatură etc.) care să permită circulaţia sau pomparea aerului
pentru a se asigură oxigenul necesar microorganismelor implicate în degradarea
petrolului.
6. Rezultate foarte bune şi aproximativ asemănătoare din punct de vedere
al perioadei şi procentului de petrol degradat pe perioada de experimentare sau
obţinut la modulele constituie din sol poluat cu 5 % petrol, aşezate ( în ordinea
procentului de degradre a petrolului) pe sol 92% după 3 ani, pe panouri de aerisire
66
( 91%), tratat cu inocul bacterian formulat de ICPA Bucureşti( 79%), şi la modulele
constituite din sol poluat cu 10 % petrol aşezat sol (88%), pe strat de paie ( 86%) şi pe
panouri de aerare ( 86%).
7. Degradarea petrolului din amestecul de sol poluat puternic – foarte
puternic colectat din zonele cu accidente petroliere, poate fi totală după 2-3 ani de la
constituirea modulelor de compostare. Amestecul rezultat în urma procesului de
degradare a petrolului prin compostare se poate folosi pentru copertarea unor
suprafeţe decopertate sau slab productive.
8. Îmbunătăţirea procesului de degradare şi scurtarea perioadei de
decontaminare a solului puternic- foarte puternic poluat cu petrol se poate realiza pin
aerarea amestecului, reinocularea şi refacerea modulelor de compostare.
9. Pe terenurile curăţate de stratul de sol poluat puternic- foarte puternic cu
petrol, în vederea decontaminarii se vor aplica tehnologii de fitoremediere. Pe
suprafeţele decopertate de solul puternic- foarte puternic poluate cu petrol se poate
aplica sol compostat, decontaminat de petrol.
10. În toate modulele constituite din sol puternic-foarte puternic poluat cu
petrol ( peste 5% RP total), amestecat neamestecat cu gunoi de grajd în diferite
rapoarte, aşezate pe sol, paie , panouri de aerare, tratate/ netratare cu inocul bacterian
( microorganisme cu implicare în degradarea petrolului selecţionate din microflora
autohtonă), tratate / netratate cu apă oxigenată
0,2 % , incapsulate/ neincapsulate în folie de polietilenă se constată după 3 ani
degradarea petrolului cu peste 60%, ceea ce demonstrează ca în 2-3 ani
decontaminarea poate fi completă. Aplicarea unui tratament complex
( amestec cu gunoi de grajd + inocul bacterian, aerat, etc.) îmbunătăţeşte procesul de
degradare a petrolului, reduce perioadă de decontaminare şi previne poluarea solurilor
limitrofe, apei de suprafaţă şi chiar apei freatice.
67
BIBLIOGRAFIE
1. Alexander M.,Biodegradation and Bioremediation,Academic Press,San Diego
New York Boston London Tokyo Toronto,1994.
2. Alexander M.,-Introduction to Soil Microbiology.J.Wiley &Sons,Inc, New
York,1967.
3. Apajalahti and Salkinoja Salonen,1984.,Oldenhuis,1989.,Brunsbach and
Reineke,1993.,Miethling and Karlson,1996.,Pipke,1997.,El
Fantroussi,1997.,Wenk,998.,Kastner,1998.,Dybas,1998.-succesul introducerii
tulpinilor biodegradative in comunitatea microbiana a solului si sedimentelor.
4.Arsene G.,Elemente de ecologie generală.Edit.Orizonturi
Universitare,Timişoara,2002.
5.Atlas R.M.-Biodegradabilitatea poluantilor în sol.Tehnici de Bio-şi Fito-
remediere.Curs Internaţional,Plovdiv,Bulgaria,1997.
6.Atlas and Bartha.,Raveh,Prince.,1992,Rosenberg and Ron.,1995-Rapoarte cu
privire la succesul bioremedierii unor medii poluate.
7.Bedard,D.L.,Haberl,M.L.,May,R.J.,Brennan,M.J.,-Evidence for novel mechanisms
of polychlorinated biphenyl metabolism în Alcaligenes eutriphus H850.Applied
Environmental Microbiology ,1987.
8.Berca M.,Ecologie generală şi protecţia mediului.Edit.Ceres.Bucureşti,2000.
9.Bossert I.And Bartha R.,The fate of petroleum în soil ecosystems.Petroleum
Microbiology,Edit.Ronald M.Atlas,New York chap.,1984.
10.Bouwer,E.J.,Rittmann,B.E.,McCarty P.L.,-Anaerobic degradation of halogenated
1 carbon and 2 carbon organic compounds.Environmental Science and
Technology,1981.
11.Cotigaru,B.,Mihăiţă M.,Petrescu V.,Tiganescu D., Necesitate şi responsabilitate-
modelul dezvoltării economico-sociale durabile între cunoaştere şi realizare-Orizont
XXI,ASE,AGIR,Facultatea de Îmbunătăţiri Funciare şi Ingineria Mediului şi Fundaţia
Internaţională “Sănătate,Mediu,Dezvoltare Durabilă”,Bucureşti,1996.
12.Dumitru.M.,M.Toti,C.Ceauşu,Carolina.Constantin,AncaVoiculescu,V.Capitanu,El
ena Parvulescu,Daniela Popa,Bioremediation of Petroleum Contaminates Soils,Ştiinţă
Solului,nr.1-2,1998.
68
13. .Dumitru M.,Starea agrochimica a solurilor din România,Ştiinţă
solului,nr.2,2002.
14. .Dumitru M.,Carolina Constantin,R., Lăcătuşu,Factori şi procese pedogenetice
din zona temperată,Tulcea,24-26septembrie,Conţinutul Hidrocarburilor Aromatice
Polinucleare în solurile din zona rampei de gunoi Glina Bucureşti,1996.
15. .Dumitru M.,Carolina Constantin,R., Lacatusu,Aspecte privind poluarea cu
hidrocarburi aromatice polinucleare a unor soluri din zona municipiului
Bucureşti,Simpozion omagial Cluj Napoca,21-23octombrie 1999.
16. Dumitru M., M.Toti,Voiculescu Anca-Rovena,-Decontaminarea solurilor
poluate cu compuşi organici,Edit.Sitech.Craiova,2005.
17.Eliade G.,Ghinea L.,Stefanic Gh.,Bazele biologiei ale fertilităţii
solului,Edit.Ceres,Bucureşti,1983.
18.Florea N.,Dumitru M.,Ştiinţa Solului în România în secolul alXX-lea,Edit.Cartea
pentru Toţi,Bucureşti,2002.
19.Henachee R.E.,Henis Y., D.B.Anderson,F.B.Meeting,Jr.and G.D.Sayles-Applied
Biotechnology for Site Remediation.Lewis Publish.,Boca Raton,Fl.,1994.
20.Henis Y., Bioremediation în agriculture:dream or realy?În:Modern Agriculture
and the Enviroment,by D.Rosen et al.,Kluwer Academic Publishers,1997.
21.Lodolo A.-Tehnologii de Remediere:un overview asupra tehnologiilor fizice şi
chimice de remediere în situ şi ex situ.Tehnici de Bio-şi Fito-remediere.Curs
Internaţional.Plovdiv,Bulgaria,1997.
22.Mac Rae and Alexander,1965.,Lehtomaki and
Niemela,1975.,Goldstein,1985.,Liu,1990.,Tagger,1983.-Cazuri de insucces ale
bioremedierii prin inoculare in situ.
23.Matei S.,Matei Mirela,Mocanu Adina,Studii asupra vitezei de degradare a
ţiţeiului în sol în condiţiile aplicării fertilizării minerale şi a microorganismelor
utilizatoare de hidrocarburi.Arhivă ICPA,1992.
24.Muller G,”Biologia Solului”,Edit.Ştiinţifică şi Enciclopedică,Bucureşti,1965.
25.Nitu,I.,Măria.Dracea,C.Răuţă,M.Mihalache.,Lucrările
Agropedoameliorative.Edit.Agriş-Redacţia Revistelor Agricole,2000.
26.Papacostea P.,-Biologia solului,Edit.Ştiinţifică şi Encoclopedica,Bucureşti,1976.
69
27. .Papacostea P., Cecilia Zelinschi,Georgeta Bonef,H.,Dancau,Indicatorii biologici
pentru caracterizarea calitativă a factorilor ecologici din sol,Actualitate şi perspective
în biologie,Cluj-Napoca,1985.
28. Răuţă C., St. Cârstea, Impactul agriculturii asupra mediului înconjurător cu
privire specială la solurile din România, Rev. Mediul Înconjurător, vol I, nr.2/1994,
29. Răuţă C. şi St. Cârstea, Prevenirea şi combaterea poluării solului, Ed. Ceres,
Bucureşti, 1983.
30. Răuţă C., St. Cârstea, Poluarea şi Protecţia Mediului Înconjurător, Editura
Ştiinţifică şi Enciclopedică, Bucureşti,1979.
31. Ştefan V., Ecopedologie, Editură Marineasa Timişoara 2000.
32. Ştefan Ghe., Metode de analiză a solului ( biologică, enzimatica şi chimică),
Probleme de Agrofitotehnie teoretică şi aplicată, ICPT Fundulea, vol. XXI, 1999.
33. Tausson, W.C.,-Naphtalin als Kohlenstoffquelle fur Bakterien. Plantă 4, 214 –
256, 1927.
34. Toti M., M. Dumitru, Carolina Constantin,-Poluarea cu petrol a solurilor din
România. Ed. RisoPrint Cluj Napoca, 1999.
35. Toti M., V. , Carolina Constantin, , Poluarea cu petrol România, repartiţia
suprafeţelor poluate pe grade de încărcare, pe schele petroliere, pe judeţe pe ,
Lucrările celei de a XV-a Conferinţe Naţionale pentru Solului, Publicaţiile SNRSS,
vol 29B, 1997.
36. Tsunea Watanabe, Pictorial Atlas of Soil and Seed Fungi, Morphologies of
Cultured Fungi and Key to Species – Second edition, CRC Press, 2001
37. Verstrate W., E.M. ,-Soil clean-up: lessons to remember, Biodeterioration &
Biodegradation,1999.
38. Vogel, T.M. McCarty, P.L.,-Biotransformation of tetrachloroethylene,
dichloroethylene, vinyl chloride, and carbon dioxide under methanogenic conditions.
Applied and Environmental Microbiology,1985.
39.Voiculescu.Anca.Rovena,GabrielaMihalache,M.Dumitru,M.Toţi,I.,Microbiologica
l aspects of oil-polluted Albic Luvisoils under diferent remediation measures,Albota-
Argeş,2002, Conference”Soils under Global Change-a Challenger for the 21
Century”,3-6 september2002.
40. Zarnea G., Tratat de microbiologie , vol. I, Edit. Academiei , Bucureşti , 1982.
70
41. Zarnea G., Tratat de microbiologie , vol. , Edit. Academiei , Bucureşti , 1984.
42. Zarnea G., Tratat de microbiologie , vol. III, Edit. Academiei , Bucureşti , 1994.
43.I.C.P.A. Bucureşti-Evaluarea stării de calitate a solurilor din ROMÂNIA
stabilirea măsurilor de protecţie,ameliorare conservare-Extras jud.Argeş-1994.
44.I.C.P.A; D.G.A.I.A; O.S.P.A. ARGEŞ-Studiu privind ridicarea fertilităţii
solurilor vederea sporirii producţiei agricole judeţul Argeş-1999, OSPA Argeş.
45.O.S.P.A Argeş-Inventarul terenurilor degradate judeţul Argeş-2001, OSPA
Argeş.
46. O.S.P.A Argeş-Sistemul judeţean de monitorizare teren pentru , OSPA Argeş.
47. O.S.P.A Argeş-Studii speciale pedologice de poluare a solurilor cu reziduuri
petroliere 1980-2003, OSPA Argeş.
71