CAP . 1 Metode tradi ționale de depoluare a apelor uzate [606925]
CAP . 1 Metode tradi ționale de depoluare a apelor uzate
Poluarea apei poate fi definită în mai multe moduri:
– Deșertarea deșeurilor industriale sau menajere nocive care modifică calitatea apei;
– Distrugerea calității mediului acvatic prin introducerea de substanțe toxice și nocive pentru
viață;
– Introducerea de substanțe toxice și nocive pentru viață rezult ând în distrugerea calității
mediului acvatic;
– Introducerea indirectă sau directă, ca rezultat al activității umane, a unor substanțe, sa u a
căldurii în aer, apă sau pe sol, care poate dăuna sănătății umane sau calității ecosistemelor
acvatice sau celor terestre dependente de cele acvatice, care poate conduce la pagube
materiale ale proprietății, sau care pot dăuna sau obstrucționa servicii le sau alte folosințe
legale ale mediului.
Poluarea apelor se produce, în general din surse de contaminare directe (rafinării, industrie, stații
de epurare a apelor) și din surse de contaminare indirecte, cum sunt poluanții care provin din sol
și ajung în apele freatice (îngrășăminte, pesticide), deșeurile depozitate impropriu sau poluanții
care provin din aer și sunt dizolvați în ape ca atare sau sunt inserați în ape, prin precipitații.[1]
Clasificarea apelor
Tabel 1
APA ÎN NATURĂ
După sursa de
proven iență Categorie Forme /categorii
Apa de suprafață – oceane
– mări
– ghețari
– fluvii
– râuri
– lacuri
Apa atmosferică – apa meteorică
Apa subterană – straturi acvifere
– izvoare
Domeniul de
utilizare Ape industriale – materii prime pentru diverse industrii
– auxiliar în procesele de fabricație (celuloză și hărtie,
industria chimică, alimentară, metalurgică etc.)
– agent de vehiculare a materiilor prime în industria
chimică
– purtător de energie (hidroenergie, termoenerie etc.)
– agent de răcire/încălzire ( industria chimică, de rafinare,
celuloză și hârtie, alimentară etc.)
Apă potabilă – pentru consum casnic
– pentru agricultură
Tabelul 2 Surse de poluare a apei și procesele de proveniență a acestora
Categoria Sursa Procesul generator de
poluare Agenții poluanți
Ape uzate
industriale
Industria minieră Prepararea minereurilor
metalifere și
nemetalifere;
Preparațiile de cărbune;
Flotațiile; Extracția și
prelucrarea minereurilor
radioactive. -săruri de metale
grele; -particule în
suspensie (argilă, praf
de cărbune);
-produși organici
folosiți ca agenți de
flotație;
-deșeuri radioactive
Industria
metalurgică Procedee
pirometalurgice și
Hidrometalurgice;
Procese de răcire;
Procese de spălare. -suspensii insolubile;
– ioni de metale
grele; – fenoli;
– cianuri;
– sulfați;
Ape uzate
industriale
Industria chimică Apa de răcire, dizolvare
și reacție din procesele
tehnologice de fabricare
a substanțelor organice
și anorganice – acizi; – baze; –
săruri; – cenușă; –
suspensii; – coloranți;
– detergenți.
Industria petrolului
și petrochimică Extracția țițeiului,
transpotul și depozitarea
țițeiului și fracțiunilor
sale, transportul naval,
accidentele tancurilor
petroliere -petrol;
-produse petroliere;
– compuși fenolici și
aromatici;
-hidrogen sulfurat;
– acizi naftenici.
Industria
termoenergetică Deversarea lichidelor
calde din sistemele de
răcire a instalațiilor sau
centralelor electrice – lichide calde
(poluare termică)
Industria alimentară Procese de fabricare și
prelucrare -substanțe organice;
-germeni patogeni.
Industria celulozei și
hârtiei Procesele de fabricare și
prelucrare – acizi organici;
– rășini;
– zaharuri;
– coloranți;
-compuși cu sulf;
-suspensii;
-celuloză.
Ape uzate menajere Locuințe Înstituții
publice Băi spălători
Spitale școli
Hoteluri Unități
comerciale și de
alimentație Folosirea apei ca agent
de spălare și curățare -produse petroliere;
– detergenți;
– pesticide;
– microorganisme;
-paraziți;
– substanț e minerale.
Ape uzate agrozoo –
tehnice Agricultura Irigarea terenurilor
agricole – îngrășăminte;
– pesticide;
– suspensii.
Zootehnia Adăparea animalor;
Salubrizarea
crescătoriilor de animale -suspensii organice;
– agenți patogeni.
Ape meteorice Ploaia Zăpada Contactul precipitatiilor – ploi acide;
– îngrășminte;
– pesticice;
-reziduuri animale.
Epurarea apelor uzate se define ște ca un ansamblu de m ăsuri și procedee prin care cantit ățile de
impurit ăți chimice sau microbiologice sunt diminuate astfel încât apa rezultat ă să poată fi vărsată
într-un bazin receptor (r âu) fără să-i dăuneze din punct de vedere calitativ. Epurarea cuprinde 3
tipuri de procedee[2]:
1. Epurarea mecanic ă[3]
Are ca scop îndepărtarea în principal a materialelor solide aflate în apele uzate. Treapta
epurării mecanice cuprinde în principal următoarele activități, căreia îi corespund
instalațiile aferente:
• Separarea materialelor plutitoare aflate la suprafața apei;
• Separarea particulelor mari aflate în suspensie în apă;
• Reținerea nisipului din apele uzate;
• Separarea uleiului aflat în apele uzate;
• Decantarea suspensiilor fine.
2. Epurarea chimic ă
Această metodă utilizează pentru îndepărtarea poluanților procese chimice si fiz ico-
chimice. Metoda se aplică apelor uzate industriale și altor categorii de ape când se
urmărește o epurare rapidă și eficient ă. Epurarea chimică se aplică atât poluanților în
suspensie, cât și celor dizolvați. Astfel, materiile in suspensie fină care nu se decantează
în decantorul primar, ele aflându -se dispersate coloidal, se elimină cu ajutorul unor
reactivi chimici, numi ți coagulan ți (săruri de Al și Fe în asociere cu al ți reactivi), se mai
folosesc și coagulan ți sintetici numi ți polielectroliti. Aplicarea procedeului de decantare
cu coagulan ți asigur ă eliminarea materiilor în suspensie în propor ție de peste 95% și
reduce con ținutul de substan țe organice dizolvate. Implică decantarea materiilor în
suspensie sau prin alte procedee î n care CBO5 al apelor uzate influente este redus cu cel
puțin 20%, iar materiile în suspensie – cu cel puțin 50%.
3. Epurarea biologic ă
Obiectivul principal al treptei biologice de epurare este îndepărtarea substanțelor solide
organice nesedimentabile (dizolva te sau coloidale), precum și stabilizarea materiilor
organice din nămoluri. Totodată se propune reducerea nutrienților pe bază de azot și
fosfor. Au loc o serie de fenomene: 1. fizice – transferul de masă al oxigenului și
substratului la nivelul celulelor, al oxigenului din aer în apă, adsorbția particulelor
coloidale și a suspensiilor fine la suprafața biomasei, desorbția produșilor metabolici,
sedimentare gravitațională etc.; 2. chimice – reacții de hidroliză, de hidratare, de oxido –
reducere, de precipita re și coagulare, modificarea pH -ului; 3. biochimice – reacții de
oxidare biochimică a substratului, respirație endogenă, creșterea biomasei, inhibarea
reacțiilor enzimatice; 4. hidraulice – regimul de curgere, distribuția mediului polifazic în
bazinul de a erare, curenți de convecție și de densitate, timpul hidraulic de retenție, viteze
de sedimentare, încărcări hidraulice etc.[4]
Metodele tradiționale de epurare se pot clasifica în:
– Metode care urmăresc distrugerea poluanților: tratamentul biologic, oxida rea catalitică,
striparea cu aer, tratamentul chimic utilizând clor, permanganat de potasiu, ozon, apă
oxigenată și iradiere cu radiație ultravioletă.
– Metode care se bazează pe concentrarea poluanților: filtrarea, flocularea, coagularea, flotația,
adsorbț ia pe cărbune activ, adsorbția prin schimb ionic;
Procesele care se bazează pe concentrarea poluanților trebuie apoi completate cu etape de
neutralizare a poluanților rezultați. Uneori recuperarea poluanților prezintă interes economic (de
exemplu în cazu l metalelor nobile sau a metalelor grele scumpe cum este cobaltul) dar de cele
mai multe ori aceste procese ridică probleme de mediu la fel de mari ca și problema inițială a
apei poluate.
Procesele care vizează degradarea poluanților ar trebui ideal să co nducă la produși netoxici, cum
sunt azotul, dioxidul de carbon și apa. În realitate, compușii anorganici și majoritatea compușilor
organici nu sunt biodegradabili prin procese aerobe, iar în condiții anaerobe se pot transforma în
compuși și ei la rândul lo r potențial toxici. Procesele chimice oxidative conduc de asemenea la
sub-produși poluanți sau toxici care transformă o problemă (a epurării poluanților uzuali) într – o
altă problemă, mult mai dificil de rezolvat (a epur ării poluanților secundari).
Este b ine-cunoscută problema stațiilor de epurare actuale legată de tratarea/neutralizarea
nămolurilor de epurare rezultate din procesele convenționale în treapta de epurare chimică.
Utilizarea ca îngrășământ necesită prelucrări suplimentare (de dezinfecție) iar dacă stațiile
primesc și ape industriale, aceste nămoluri – încărcate cu metale grele și alți poluanți industriali –
devin practic inutilizabile în agricultură. Utilizarea lor ca materiale de construcții poate
reprezenta o alternativă dar costurile implic ate fac ca această soluție să nu fie, deocamdată,
comercializabilă. Ne aflăm astfel în situația în care sunt necesare noi metode de epurare a apelor,
capabile să îndeplinească cerințele de dezvoltare durabilă și de eficiență economică.
Câteva dintre procesele de îndepărtare a poluanților din apele uzate sunt prezentate în Tabelul 3
cu avantajele și dezavantajele lor majore.
Tabelul 3 Procese principale de îndepărtare a poluanților din apele uzate[5]
Tehnologia utilizată Avantaje Dezavantaje
Adsorbți a Cărbunele activ este practic un
“adsorbant universal”, cu eficiență
acceptabilă. Nu este eficient în îndepărtarea
poluanților la concentrații extreme
(foarte mici si foarte mari).
Regenerarea este un proces costisitor.
Oxidare Proces rapid și eficient. Cost ridicat datorită consumului de
energie și de substanțe chimice.
Schimbul ionic Prin regenerare nu se pierde
adsorbant. Limitare din punct de vedere economic
și al speciilor care pot fi epurate.
Coagularea/Flocularea Tehnologie simplă, viabilă
economic. Tehnologie producătoare de mari
cantități de reziduuri, dificil de
manipulat si îndepărtat.
Biodegradarea Tehnologie viabilă din punct de
vedere economic. Proces lent care necesită stabilirea de
condiții optime de mediu (temperatură,
întreținere, nutriție).
Separarea pe
membrane Procedeu care permite
indepărtarea unei game variate de
poluanți. Metodă scumpă datorită condițiilor
necesare (presiune înaltă). Nu permite
tratarea de volume mare de ape uzate.
Procese care
utilizează biomasa Proces ieftin care nu necesită
regenerarea. Proces lent, performanța depinde de
factorii externi de mediu (pH,
concentrația de săruri).
CAP . 2 Poluan ți din apele provenite din
agricultur ă și metode de eliminare a
acestora
2.1 Metode de colectare a apelor uzate provenite din agricultură
Precipitațiile reprezintă unul dintre cele mai importante elemente meteorologice și climatologice, fiind
principala sursă de aprovizionare cu apă a plantelor și de asemenea cel mai important ind ice climatic
pentru agricultură, cuantumul acestora pe parcursul fazelor specifice de vegetație variind semnificativ
de la un an agricol la altul comparativ cu limitele optime caracteristice fiecărui interval agricol, sezon de
vegetație sau an agricol în a nsamblu.
Cantitățile de apă de ploaie diferă foarte mult în diferite țări, dar și de la an la an în aceeași țară. Există
țări unde nu plouă aproape de loc, sau plouă mult mai puțin decât este necesar, astfel încât nu cresc
plante, iar agricultura nu este p osibilă fără irigație (irigație obligatorie). Există țări unde plouă, dar nu
destul, astfel încât se poate face agricultură, dar completând apa de ploaie prin irigație (irigație de
complectare) se pot obține recolte mai bune. Există țări unde plouă suficie nt și nu se folosește irigația.
Si, în fine, există țări în care plouă prea mult, pământul este prea umed pentru a putea fi lucrat, plantele
obișnuite nu cresc, și agricultura se poate face numai dacă se îndepărtează plusul de apă prin lucrări de
îndiguire , desecare și drenaj.
Sisteme de drenaj a apei pluviale utilizate în agricultura intensivă
În sistemul agricol intesiv este cunoscut faptul că una din principalele metode de contaminare a pânzei
freatice, de mică și medie adâncime, cu chimicale este repre zentată de apa în exces provenită din
precipitații ce nu poate fi absorbită de cultura vegetală. M ajorita tea pesticidelor utilizate î n sistemul
agricol (cu exceptia uleiurilor horticole) s unt total sau partial solubile î n ap ă. Astfel că , atunci cănd
precip itațiile sunt abundente excesul de apă contaminată cu pesticide intră î n contact cu p ânza freatică
de mică și medie adâ ncime. În acest sens au fost publicate numeroase studii de cercetare care indică
contaminare a pânzei freatice cu o gamă variată de pestic ide î n aproprierea culturilor agricole . [1.1 -1.3]
Pentru a evita aceste aspecte dăunătoare mediului dar și pentru reutilizarea apei au fost realizate peste
12 tipuri de sisteme de dr enaj a excesului de apă pluvială (cu sau f ără colectare), din care se vor
enumera trei , [1.4] :
(1) Culturi în sistem piramidal – în acest caz sistemul utilizează o tehnologie de drenaj realizat ă la o
adâncime de aproxima tiv 1 metru față de suprafața solului . Culturile sunt dispuse piramidal iar
la 1 metru adâncime se găsește o membrană impermeabil ă sau semi -impermeabilă . Având în
vedere forma geometrică (Figura 1) adoptată, apa pluvială în exces se deplasează spre baza
piramidei. Sistemul de drenaj care util izează tot un principiu de funcționare gravitațional
utilizănd o pant ă de 1 2̊ preia apa în exces și o deplasează până la un sistem de filtrare ș i apoi
spre bazin ul de acumulare aflat la aproximativ 2 metri adâ ncime. Sistemul de filtrare este
curățat în mod regulat pentru a evita fenomenul de colmatare. Acest sistem este utilizat
preponderent în Canada și Japonia.
Figura 1. Sistem de drenaj pentru culturi agricole piramidale (adaptată din referința [ 1.4]).
(2) Culturi în pantă – este unul din sistemele de drenaj cele mai întâlnite în argicultura intensivă
practicată în Europa. În acest sistem culturile sunt poziționate în pantă iar membrana este
montată la o adâncime ce variază între 1 m și 1.5 m în funcție de u nghiul de înclinație al pantei
(Figura 2). Acest unghi este stabilit în intervalul 12 – 15̊ în funcție de poziția geografică și
condițiile climatice. Aceast ă valoare este corectată anual atunci c ând au loc evenimente
seismice precum și datorită fen omenului de tasare a solului . Acest sistem este aplicat î n special
culturilor de cereale având în vedere că poate fi realizat pe suprafeț e mari. Apa în exces este
direcționată spre baza pantei unde are loc filtrarea și colectarea.
Figura 2. Sistem de drenaj pentru culturi agricole în pantă (adaptată din referința [ 1.4]).
(3) Culturi în plan orizontal – acest sistem este adaptat în special pentru culturile de mică adâncime
(în general legume). Sistemul se adresează suprafețelor mai mici decât în primele d ouă cazuri iar
membrana semi -permeabilă este situată la aprovimativ 40 centimetri adâncime (Figura 3).
Imediat sub membrană se găsește un strat de natură polimerică cu proprietăți hidrofile precum
și rețeaua de conducte specifice. În prima etapă apa pluvia lă în exces este absorbită de stratul
polimeric pentru ca apoi să fie eliberată treptat prin sistemele de decompresie în rețeaua de
conducte ce se evacuează în bazinul de acumulare.
Figura 3. Sistem de drenaj pentru culturi orizontale (adaptată din referința [ 1.4]).
Trebuie menționat faptul că majoritatea acestor sisteme sunt utilizate pentru solul argilos.
Cantitățile de apă pluvială în România
În România există regiuni cu ploi suficiente, de 6 – 8 mii de metri cubi pe an și hectar, în cei mai mul ți ani
(vestul Banatului, sudul și estul Transilvaniei, nord -vestul țării), dar în cea mai mare parte a țării cad ploi
mai puține decât ar fi nevoie, 4 – 5 mii de metri cubi pe an și hectar, în unii ani – destul de rari, odată la
25 – 30 de ani – recoltele fiind total compromise, în alți câțiva ani, odată la 5 – 10 ani, se pot obține
recolte foarte bune, iar în cei mai mulți recolte normale se pot obține numai folosind o tehnică corectă
de agricultură neirigată sau folosind irigația de complectare, dacă ea se dovedește rentabilă. Regiuni cu
ploi prea multe nu există în România, dar în unele locuri, în unii ani, în unele perioade ale anului în care
plouă mai mult decât de obicei, există un plus de apă cu urmări dăunătoare pentru producția agricolă,
pentru pre venirea și combaterea cărora trebuie luate măsurile necesare.
Tabel 1. PRECIPITAȚIILE ATMOSFERICE ÎNREGISTRATE LA PRINCIPALELE STAȚII METEOROLOGICE, ÎN
ANUL 2007
Stația meteorologică Cantitatea anuală de precipitații (mm)
Satu Mare 708,9
Suceava 687,5
Oradea 655,5
Iași 513,6
Cluj – Napoca 806,3
Târgu Mureș 746,1
Bacău 603,8
Timișoara 649,2
Deva 655,9
Sibiu 777,3
Vârfu Omu 875,7
Galați 499,6
Târgu Jiu 1082,3
Buzău 542,4
Calafat 583,7
Turnu Măgurele 595,6
București 610,2
Constanța 493,7
Modul cum ajunge apa pluvială la plantă, câtă apă poate fi într -adevăr folosită, depinde de multe
caracteristici ale terenului.
Astfel, unele soluri pot înmagazina cantități mari de apă, până la 1.000 de metri cubi la 1 hectar, ceea ce
este suficient pentru a asigura nevoia de apă a plantelor timp de 10, 20 sau chiar 30 de zile dacă în acest
timp nu cad alte ploi. Astfel sunt cele mai multe soluri din Bărăgan, Dobrogea, mare parte a Moldovei și
a Câmpiei Tisei. Solurile d in nord -vestul Munteniei și Olteniei, din cea mai mare parte a Transilvaniei, ca
și unele soluri din Banat și Crișana, nu pot înmagazina mai mult de 600 – 800 metri cubi de apă la 1
hectar, dar în aceste zone ploile fiind mai frecvente culturile agricole n u suferă în anii obișnuiți. Situația
cea mai grea este cea a solurilor nisipoase din sudul Olteniei și din alte părți ale țării, care nu pot
înmagazina decât 300 – 400 metri cubi de apă la 1 hectar, suficientă pentru cel mult 8 -10 zile, aici
agricultura n efiind posibilă fără irigație.
Aprovizionarea cu apă în stratul de sol 0 -100 cm în cultura grâului de toamnă din anul agricol
2013 -2014 in România [1]
septembrie 2013 Aprovizionarea cu apă în stratul de sol 0 -20 cm/ogor se
încadra în limite satisfăcătoare (200 -350 mc/ha), apropiate
de optim (350 -450 mc/ha) și local optime (450 -500
mc/ha), în aproape toată țara, cu excepția unor suprafețe
agricole din sud -estul Olteniei, sud -vestul Munteniei,
vestul Moldovei și al Crișanei, unde se înregistrau deficite
de umiditate în sol, seceta pedologică fiind moderată
(150 -200 mc/ha) și izolat puternică (100 -150 mc/ha).
noiembrie 2013 Aprovizionarea cu apă accesibilă plantelor de grâu de
toamnă pe profilul de sol 0 -50 cm, se încadra în limite
satisfăcătoare (500 -800 mc/ha), apropiate de optim (800 –
950 mc/ha) și optime (950 -1040 mc/ha), pe aproape întreg
teritoriul agricol al țării, cu excepția unor suprafețe din
centrul Dobrogei, unde s -au înregistrat deficite moderate
de umiditate în sol (sece tă pedologică moderată/380 -500
mc/ha).
ianuarie 2014
La sfârșitul lunii ianuarie 2014, rezerva de umidi – tate pe
profilul de sol 0 -100 cm în cultura grâului de toamnă, se
încadra în limite satisfăcătoare (950 -1250 mc/ha) până la
apro – piate de optim ( 1250 -1550 mc/ha) și optime (1550 –
1670 mc/ha), la nivelul întregului teritoriu agricol al țării.
februarie 2014 Aprovizionarea cu apă accesibilă plan – telor pe profilul de
sol 0 -100 cm la data de 28 februarie 2014, în cultura
grâului de toamnă prezenta valori satisfăcătoare (880 –
1200 mc/ha), apropiate de optim (1200 -1500 mc/ha) și
optime (1500 -1600 mc/ha) în toate regiunile agricole ale
țării.
martie 2014 În cultura grâului de toamnă, rezerva de umiditate
accesibilă plantelor pe profilul de sol 0-100 cm la data de
31 martie 2014, s -a situat în limite satisfăcătoare (950 –
1250 mc/ha) și apropiate de optim (1250 -1560 mc/ha), în
majoritatea zonelor de cultură ale țării. Deficite de apă în
sol (secetă pedologică moderată/650 – 950 mc/ha și izolat
pute rnică/400 -650 mc/ha) s -au înregistrat în Banat,
Crișana, nordul și estul Moldovei, sudul Transilvaniei, local
în estul Munteniei și centrul Dobrogei.
aprilie 2014 La data de 30 aprilie 2014, rezerva de umiditate accesibilă
plantelor de grâu de toamnă pe profilul de sol 0 -100 cm,
se situa în limite satisfăcătoare (900 -1200 mc/ha) până la
apropiate de optim (1200 -1500 mc/ha) și optime (1500 –
1790 mc/ha), în Oltenia, cea mai mare parte a Munteniei,
Transilvaniei și Moldovei. În Banat, Crișana, Maram ureș,
Dobrogea, vestul și local în centrul Transilvaniei, estul
Munteniei, nordul și sud -estul Moldovei se semnala seceta
pedologică moderată (600 -900 mc/ha) și local puternică
(350 -600 mc/ha).
mai 2014 Aprovizionarea cu apă accesibilă plantelor pe adânci mea
de sol 0 -100 cm în cultura de grâu de toamnă, se situa în
limite satisfăcătoare (950 -1250 mc/ha) până la apropiate
de optim (1250 -1600 mc/ha) și optime (1600 -1900
mc/ha), în majoritatea zonelor de cultură. Seceta
pedologică moderată (650 – 950 mc/ha) și puternică (350 –
650 mc/ha) se semnala în Maramureș și Dobrogea, pe
suprafețe extinse din Crișana, Transilvania, estul
Munteniei, izolat în nord -estul și sud -estul Moldovei.
iunie 2014 De menționat că, pe parcursul lunii iunie 2014 s -au
înregistrat cantită ți abundente de precipitații, ceea ce a
determinat o îmbunătățire a rezervei de umiditate din sol.
Astfel, la data de 30 iunie 2014, rezerva de umiditate
accesibilă plantelor de grâu de toamnă pe profilul de sol 0 –
100 cm, se încadra în limite satisfăcătoar e (900 -1200
mc/ha), apropiate de optim (1200 – 1600 mc/ha) și optime
(1600 -1950 mc/ha), în majoritatea zonelor de cultură.
Deficite de apă în 67 sol (secetă pedologică
moderată/600 -900 mc/ha, puternică/300 -600 mc/ha și
izolat extremă/260 – 300 mc/ha), se înr egistrau în
Maramureș, Crișana, cea mai mare parte a Dobrogei,
nordul, vestul și local în centrul Transilvaniei, estul
Munteniei, vestul și centrul Banatului, nord – estul și local
în sudul Moldovei.
Pe parcursul anului agricol 01 septembrie 2013 -31 august 2014, regimul pluviometric a fost: deficitar
350-600 l/mp (secetos și moderat de secetos), în cea mai mare parte a Dobrogei, vestul Maramureșului,
nord -vestul și izolat în sudul Crișanei, vestul Banatului, nord -vestul, sud -vestul și local în estul și sudul
Transilvaniei, nordul și local în sudul și estul Moldovei, local în estul Munteniei; optim, 601 – 700 l/mp, pe
suprafețe extinse din Transilvania, sudul Crișanei, centrul Banatului, estul Maramureșului, sud -estul
Olteniei, local în sudul Mun teniei, estul Moldovei, nordul și sud -vestul Dobrogei; abundent, 701 -800
l/mp, în sud -estul Dobrogei, local în sud -vestul, vestul și nordul Moldovei, sudul Banatului, local în estul
Crișanei, sudul Transilvaniei, nordul, centrul și sudul Munteniei, sudul O lteniei; excedentar, 801 -1332
l/mp, în cea mai mare parte a Olteniei, nord -vestul și nordul Munteniei, local în sudul Banatului și sud –
estul Crișanei.
Există în România terenuri care au apa din adâncimea solului, așa numita apă freatică, la adâncime
relati v mică, sub 2 – 3 metri. Astfel de terenuri există cu deosebire în lunca îndiguită a Dunării, în luncile
celorlalte râuri, dar și pe unele terenuri din centrul Bărăganului și mai ales din Banat – Crișana. Dacă apa
se află la adâncime foarte mică, sub 1 met ru, ea are efecte negative asupra culturilor agricole, fiind
necesară coborârea ei prin lucrări de drenaj. Dacă apa se află la 1 – 3 metri adâncime, ea poate avea
astfel de efecte negative în anii ploioși, dar în anii normali și chiar în cei secetoși are e fecte favorabile,
deoarece culturile agricole pot folosi o parte din această apă, iar irigația este astfel mai puțin necesară.
Apa freatică provine în parte tot din apa de ploaie care, în anii sau în perioadele mai ploioase, depășește
posibilitățile de în magazinare ale solului și se scurge în adâncimea acestuia, dacă solul nu are un strat
compact care să împiedice trecerea apei. Odată cu apa astfel trecută prin sol și ajunsă în apa freatică pot
fi aduse aici unele substanțe care să înrăutățească calitatea apei. Astfel, pot fi nitrați proveniți din
îngrășămintele cu azot, unele resturi de ierbicide și pesticide, și altele. În condițiile de astăzi ale
agriculturii românești, în care astfel de produse nu sunt aplicate în cantități mari, astfel de efecte
negati ve sunt mai rar întâlnite, local, acolo unde s – au dat astfel de mari cantități, de exemplu în unele
grădini de legume.
2.2 Tipuri de substanțe utilizate în agricultură cu impact asupra mediului
Poluanții sunt substanțe care există în mediu ca umare a ac tivității umane și care au un efect nociv
asupra mediului înconjurător. Termenul de poluant se referă la o gamă largă de substanțe de la nutrienți
până la compuși toxici. Poluanții apelor provin în majoritatea cazurilor din următoarele activități
antropice :
– Eliminarea compușilor chimici utilizați în agricultură (pesticide, fertilizatori, ierbicide,
îngrășăminte) care ajung în sol iar mai apoi în apele freatice sau în apele de suprafață din
imediata apropiere .
– Deversarea apelor uzate neepurate care conțin de șeuri chimice, nutrienți și substanțe aflate în
suspensie. Acestea provin fie din deversarea direct în emisar a apelor uzate menajere sau
provenite de la animale fie din gestionarea incorectă a rețelei de canalizare;
– Eliminarea accidentală sau intenționat ă a deșeurilor industriale sau a produselor secundare;
Apele uzate cu cea mai mare încărcătură de poluanți sunt apele uzate menajere și cele industriale.
Poluanții se clasifică după natura poluanților prezenți în apele uzate în:
– Elemente radioactive.
– Poluanți biologici;
– Poluanți anorganici: compuși anorganici cu azot (azotați, azotiți, ioni amoniu), compuși
anorganici cu fosfor (îngrășăminte, detergenți, ortofosfați, polifosfați), metale grele;
– Poluanți organici: compuși organici volatili, compuși organi ci nevolatili;
Nutrienții reprezintă compușii utilizați de plante pentru creștere și dezvoltare. Cei mai importanți
nutrienți sunt compușii cu azot și fosfor, dar și alți compuși cu carbon, calciu, magneziu, fier, potasiu,
sodiu, și alte elemente. Cele mai importante elemente nutritive necesare în cantități mari sunt denumite
macronutrienți. Macronutrienții sunt calciu, magneziu, fier, potasiu, sodiu. Nutrienții necesari în
cantități mici sunt numiți micronutrienți; din această ultimă categorie fac parte, î n cantități bine
controlate, următoarele elemente nutritive: crom, cobalt, cupru, mangan, nichel, seleniu, zinc.
Compușii anorganici cu azot sunt: azotați, azotiți și ioni amoniu. Prezența lor în ape determină creșterea
excesivă a algelor conducând la eut rofizare.
Fosforul este un nutrient des întâlnit în apele uzate și este utilizat de plante în procesul de creștere.
Excesul de fosfor din ape conduce la fenomenul de eutrofizare. Sursele de proveniență ale compușilor cu
fosfor pot fi geologice (naturale), îngrășăminte utilizate în agricultură, ape uzate menajere (detergenți),
ape uzate industriale unde compușii cu fosfor sunt utilizați la controlul procesului de coroziune sau
aditivi. Compușii cu fosfor care se regăsesc cel mai des în ape sunt ortofosfați, polifosfați și compuși
organici cu fosfor.
Unele metalele grele, în concentrație foarte mică, reprezintă micronutrienți pentru plante și animale, în
doză mare însă ele devin deosebit de toxice pentru organismele vii, acumulându -se în tesuturile vii.
Exist ă metale grele care sunt toxice în orice concentrație, cum sunt cadmiu, mercur sau radionuclizi.
Cele mai importante clase de poluanți organici sunt poluanții organici persistenți (POP), pesticidele,
detergenții, rezidurile petroliere, compușii organici volatili, pigmenții.
Poluanții organici sunt clasificati în:
– compuși organici volatili (VOC), care pot fi halogenați (trihalometani, alți solvenți organici
clorurați și fluorurați) și nehalogenați, cu precădere hidrocarburi ușoare, componente ale
combustibililor, și solvenții cu moleculă mică;
– compuși organici semivolatili (SVOC) sunt compuși organici halogenați (bifenili policlorurați,
pentaclorfenol, hexaclorbenzen și derivații substituiți) și compuși organici nehalogenați (piren,
fluorenă, dibe nzofuran și derivații substituiți).
Comportamentul compușilor organici în apele uzate este influențat de structura moleculară, mărimea
moleculei și prezența grupărilor funcționale care determină toxicitatea și biodegradabilitatea
compușilor.
Compușii organici halogenați conțin atomi de fluor, clor, brom sau iod; natura legăturii halogenului
precum și tipul atomului influențează semnificativ tipul tehnologiei de epurare. Atenția specială care
este acordată acestor compuși se datorează atât tox icității (caracter carcinogen) cât și reacției lor cu O3
și, ca urmare contribuției pe care o au la fenomenul de încălzire globală prin reducerea stratului de ozon.
Uniunea Europeană a întocmit o listă cu compuși chimici periculoși prezenți în ape, consid erați
contaminanți, numită lista neagră a U.E. (Tabelul 2), această listă este completată periodic cu noi
substanțe poluante. Pentru ca o substanță să fie inclusă în această listă trebuie să fie toxică, persistentă,
să fie predispusă la (bio)acumulare și s ă fie de obicei transportată pe distanțe mari.
Tabelul 2
Clasa de compus chimic Compuși
Hidrocarburi aromatice policiclice Antracen, naftalină, bifenil
Hidrocarburi clorurate Aldrin, dieldrin, clor -benzen, diclor -benzen, clor -naftalină,
cloropren, clor -propenă, hexaclor -butadienă, hexaclor –
ciclohexan, hexaclor -etan, tetraclor -benzen, triclor – benzen
Cloroaniline și nitrobenzeni Monoclor -anilina, 1 -clor-2,4-dinitro -benzen, diclor -anilină, 4 –
clor-2-nitro -benzen, cloro – nitro -benzen, cloro -nitro -toluen,
dicloro – nitro -benzen
Clor-fenoli Monoclor -fenol, 2,4 -diclor -fenol, 2 -amino -4- clor-fenol, penta –
clor-fenol, 4 -clor-3-metil – fenol, triclor -fenol
Solvenți Benzen, tetraclorură de carbon, cloroform, diclor -etan, diclor –
etilenă, diclor -metan, diclor -propan, diclor -propanol, diclor –
propenă, etil -benzen, toluen, tetraclor – etilenă, triclor -etan,
triclor -etilenă
Compuși anorganici Arsen, cadmiu, mercur și compușii lor
Pesticide Acid 2,4-diclor -fenoxiacetic și derivații, acid 2,4,5 -triclor –
fenoxiacetic și derivații, DDT, cipermetrin etc.
Altele Benzidină, acid cloracetic, dibrommetan, diclorbenzidină, diclor –
diizopropil -eter, dietil -amină, dimetil -amină, izopropilbenzen,
tributilfosfat, triclor -trifluor -etan, xileni
Pesticidele
Pesticidele sunt utilizate pe scară largă în producția agricolă pentru a preveni sau controla dăunătorii,
bolile, buruienile și alți agenți patogeni ai plantelor, în efortul de a reduce sau elimina pierderile de
randament și de a menține o calitate ridicată a produsului. Dar pesticidele sunt, de asemenea, potențial
toxice pentru om. Acestea pot induce efecte adverse asupra sănătății, inclusiv cancerul, efecte asupra
reproducerii, sistemului imunitar sau nervos. Înainte de a putea fi autorizați pentru utilizare, pesticidele
ar trebui testate pentru toate efectele posibile asupra sănătății, iar rezultatele ar trebui analizate de
către experți pentru a evalua orice risc pentru om.
Deși pesticidele sunt dezvoltate prin procese de reglementare foarte stricte, care să funcționeze cu
certitudine rezonabilă și cu impact minim asupra sănătății umane și a mediului, s -au ridicat îngrijorări
serioase cu privire la riscurile pentru sănătate c are rezultă din expunerea profesională și din reziduurile
din alimente și apă potabilă. Expunerea profesională la pesticide apare adesea în cazul muncitorilor
agricoli din câmpurile deschise și a serelor, a lucrătorilor din industria pesticidelor și a exte rminatorilor
dăunătorilor casnici. Expunerea populației generale la pesticide are loc în principal prin consumul de
alimente și apă potabilă contaminată cu reziduuri de pesticide, în timp ce expunerea substanțială poate
apărea și în sau în jurul casei. În ceea ce privește efectele adverse asupra mediului (contaminarea apei, a
solului și a aerului din levigare, scurgere și derivă prin pulverizare, precum și efectele dăunătoare asupra
vieții sălbatice, peștilor, plantelor și altor organisme care nu vizează), multe dintre aceste efecte depind
de toxicitatea pesticidului, măsurile luate în timpul aplicării sale, doza aplicată, adsorbția pe coloidele de
sol, condițiile meteorologice predominante după aplicare și cât timp pesticidul persistă în mediu.
Prin urmare, evaluarea riscurilor asupra impactului pesticidelor asupra sănătății umane sau asupra
mediului nu este un proces ușor și deosebit de precis din cauza diferențelor în perioadele și nivelurile de
expunere, tipurile de pesticide utilizate (în ceea ce privește toxicitatea și persistența) și caracteristicile
de mediu ale zonelor în care se aplică de obicei pesticidele. De asemenea, numărul criteriilor utilizate și
metoda punerii în aplicare a acestora pentru evaluarea efectelor adverse ale pesticidelor a supra
sănătății umane ar putea afecta evaluarea riscurilor și ar putea afecta caracterizarea pesticidelor deja
aprobate și aprobarea noilor compuș i în viitorul apropiat. Astfel, sunt necesare instrumente sau tehnici
noi cu o fiabilitate mai mare decât cele deja existente pentru a prezice pericolele potențiale ale
pesticidelor și contribuie astfel la reducerea efectelor adverse asupra sănătății umane și asupra
mediului. Pe de altă parte, implementarea sistemelor alternative de recoltare care sunt mai puțin
dependente de pesticide, dezvoltarea de noi pesticide cu moduri de acțiune noi și profiluri de siguranță
îmbunătățite și îmbunătățirea formulărilor de pesticide deja utilizate către formulări mai sigure (de
exemplu, suspensii de microcapsule ) ar putea redu ce efectele adverse ale agriculturii și în special
efectele toxice ale pesticidelor. În plus, utilizarea unor echipamente de pulverizare adecvate și bine
întreținute, împreună cu luarea tuturor măsurilor de precauție necesare în toate etapele de manipulare
a pesticidelor ar putea minimiza expunerea umană la pesticide și efectele adverse potențiale ale
acestora asupra mediului. [2]
Erbicide
Erbicid, un agent, de obicei chimic, pentru uciderea sau inhibarea creșterii plantelor nedorite, cum ar fi
buruieni rez idențiale sau agricole și specii invazive. Un mare avantaj al erbicidelor chimice față de
controlul mecanic al buruienilor este ușurința de aplicare, care deseori economisește costul forței de
muncă. Majoritatea erbicidelor sunt considerate n etoxice pentru animale și oameni, dar pot provoca o
mortalitate substanțială a plantelor care nu sunt vizate și a insectelor care depind de ele, mai ales atunci
când sunt aplicate în aer.
Cele mai importante grupe chimice de erbicide sunt acizii clorofenoxi ca 2,4 -D și 2,4,5 -T; triazine precum
atrazina, hexazinona și simazina; substanțe chimice cu fosfor organic, cum ar fi glifosatul; amide, cum ar
fi alaclor și metolaclor; tiocarbamați, cum ar fi butilatul; dinitroaniline precum trifuralina; cloroalifatici,
cum ar fi da laponul și tricloroacetatul; și substanțe chimice anorganice, cum ar fi diferite arsenicale,
cianati și clorați. [3]
Un bărbat în vârstă de 67 de ani a vizitat centrul de urgență după ce a înghi țit 250 ml de erbicid pe bază
de potasiu glifosat cu 5 ore îna inte. El a prezentat greață, vărsături și bradiaritmie cu fibrilație atrială .
Descoperirile de laborator au relevat un nivel seric de potasiu de 6,52mEq / L. După tratamentul cu o
injecție de gluconat de calciu, insulină cu glucoză, bicarbonat și o clismă cu polistiren sulfonat, nivelul de
potasiu seric al pacientului a fost normalizat și brad iaritmia a fost transformată într -un ritm sinusal
normal. În timpul internării, s -a măsurat la intervale regulate de timp concentrația de sânge și urină a
glifosatului și acidului aminometilfosfonic de urină (AMPA, un metabolit al glifosatului). Concentrația de
sânge a glifosatului pacientului la internare a fost de 11,48 mg / L și a scăzut rapid cu 16 ore și a
menținut aproximativ 1 mg / L cu 70 ore după internare. Niv elurile de glifosat de urină și AMPA au
scăzut rapid și cu 6 ore după internare. [3.1]
Fungicide
Un fungicid este un tip specific de pesticid care controlează boala fungică prin inhibarea sau uciderea
specifică a ciupercii care provoacă boala. Nu toate bo lile cauzate de ciuperci pot fi controlate în mod
adecvat de fungicide. Acestea includ bolile vasculare Fusarium și Verticillium ofilire. Bolile cauzate de
alte tipuri de organisme, tulburările cauzate de factori abiotici și afectarea insectelor nu sunt co ntrolate
de fungicide. Astfel, este esențial să se stabilească mai întâi cauza simptomelor înainte de aplicarea unui
fungicid.
Spre deosebire de majoritatea medicamentelor umane, majoritatea fungicidelor trebuie aplicate înainte
de apariția bolii sau la prima apariție a simptomelor pentru a fi eficiente. Spre deosebire de multe boli
ale oamenilor și animalelor, aplicarea fungicidelor nu poate vindeca simptomele deja prezente, chiar
dacă agentul patogen este ucis. Acest lucru se datorează faptului că plant ele cresc și se dezvoltă diferit
față de animale. De obicei, fungicidele protejează o nouă creștere neinfectată de boli. Puține fungicide
sunt eficiente împotriva agenților patogeni după ce au infectat o plantă. Cei care au proprietăți
„curative”, ceea ce înseamnă că sunt activi împotriva agenților patogeni care au infectat deja planta, au
o capacitate limitată de a face acest lucru, adesea fiind activ doar pe un agent patogen în câteva zile de
la infecție. Multe fungicide au o activitate orientată care ofe ră o eficacitate ridicată împotriva agenților
patogeni specifici, ceea ce înseamnă un potențial scăzut de toxicitate pentru om și alte organisme, dar
are ca rezultat un risc ridicat ca agenții patogeni să dezvolte rezistență la fungicid.
Cu toate acestea, mai multe fungicide, cum ar fi acidul alchiltiocarbamic (săruri de mangan, zinc și
amoniu), aromatice monociclice substituite halogenate (dinocap), derivați ai acidului carbamic
(metaboliți maneb și zineb și etilenetiuram monosulfid), ferbam, mancozeb și m etaboliti maneb
(benomil și carbendazim), oxid de bis (tri -n-butiltin), cloroalchiltiodicarboximide (captafol și folpet) și
tridemorf, sunt cunoscute că provoacă toxicitate în dezvoltare și oncogeneză. Mai mult de 80% din riscul
oncogen din utilizarea de p esticide derivă din câteva fungicide; doar un număr mic de decese cauzate de
fungicide au fost raportate cu pesticide. Unele fungicide sunt cunoscute pentru perturbarea sistemului
endocrin și pot duce la anomalii de reproducere și dezvoltare. Mai multe fun gicide, inclusiv
cicloheximida, au fost înregistrate sau interzise în multe țări, dar sunt încă utilizate în alte zone mai puțin
reglementate ale lumii.[4]
AGRICAN a înscris 181.842 de participanți implicați în agricultură. Tumorile SNC incidente au fost
identificate prin legătura cu registrele de cancer de la înscriere (2005 -2007) până în 2013. Expunerile
individuale au fost evaluate prin combinarea informațiilor despre perioadele de viață ale utilizării
pesticidelor pe culturi și matricea franceză de expu nere a culturilor PESTIMAT, pentru fiecare dintre cele
14 carbamate. erbicidele de tiocarbamat și cele 16 fungicide carbamate și ditiocarbamate înregistrate în
Franța începând cu 1950. Asocierile au fost estimate utilizând modele de pericol proporțional cu vârsta
ca termen de bază, adaptându -se pentru gen, nivel educațional și fumat.
În timpul unei monitorizări medii de 6 ani, 381 cazuri incidente de tumori SNC, inclusiv 164 glioame și
134 meningioame. Analizele au arătat riscuri crescute de tumori SNC cu expunere totală la fungicide
carbamate și, într -o măsură mai mică, la erbicide carbamate. Asocieri pozitive au fost observate cu
carbama ți specifici, incluz ând unele fungicide (mancozeb, maneb, metiram) si erbicide (clorpropam,
propam, diallat) suspectate deja ca fiind cancerigen e la om. [4.1]
Rodenticide
Rodenticidele, folosite pentru a controla populația de șobolani și șoareci din jurul locuințelor, reprezintă
un alt exemplu de potențial pericol toxic la care animalele sunt mai des expuse decât ființe le umane.
Rodenticidele sunt adesea plasate în apropierea locurilor unde există infestarea rozătoarelor, dar unde
animalele de companie și animalele sălbatice pot avea acces. Elementele toxice din rodenticide sunt
anticoagulante, incluzând warfarina și com puși înrudiți, care ucid rozătoarele provocând sângerare
internă. Simptomele ingestiei cu rodenticide sunt complicații hemoragice, inclusiv hematoame,
sângerare gastrointestinală, hematurie, anemie și prelungirea raportului normalizat internațional.
Tratam entul constă în administrarea de vitamina K pentru a inversa efectul warfarină pe calea de
coagulare.
Un agent ro denticid mai nou, brometalina, este un agent neurotoxic care decuplează fosforilarea
oxidativă în mitocondriile SNC. Animalele otrăvite cu bro metalină dezvoltă edem cerebral și semne
neurologice, inclusiv ataxie și paralizie. Cazurile umane sunt rare până în prezent, dar a fost raportată o
fatalitate. Se anticipează că tratamentul la ființe umane va fi modelat după tratament la animale,
inclusiv decontaminarea gastro -intestinală și tratamentul edemului cerebral. [5]
Acetatul de β -fluoroetil ( AFE) este derivatul de ester etilic al fluoroacetatului de sodiu (FA) care a fost
utilizat ca rodenticid. Chiar dacă producția de AFE a fost încheiată în Cor eea în 2005, au existat mai
multe rapoarte despre intoxicația cu AFE la oameni. Descriem disfuncția cerebeloasă ușoară, dar atrofia
cerebeloasă severă pe RMN -uri în asociere cu intoxicația cu AFE.
O femeie în vârstă de 62 de ani a prezentat amețeli, disart rie și stâng ăciune a mâinilor timp de 15 ani,
care s -a dezvoltat după intoxicația cu AFE pentru o tentativă de suicid . Simptomele au fost staționare de
atunci. [5.1]
Insecticide
Insecticidele sunt pesticide ce sunt produse pentru a ucide, a dăuna, a respinge sau a atenua una sau
mai multe specii de insecte. Insecticidele funcționează în moduri diferite. Unele insecticide perturbă
sistemul nervos, în timp ce altele le pot deteriora exoscheletele, le resping sau le pot controla prin alte
mijloace. De as emenea, pot fi ambalate sub diferite forme, inclusiv spray -uri, praf, geluri și momeli. Din
cauza acestor factori, fiecare insecticid poate reprezenta un nivel de risc diferit pentru insectele care nu
vizează, oamenii, animalele de companie și mediul încon jurător.
Insecticidele de contact sintetice sunt acum agenții primari ai combaterii insectelor. În general, acestea
pătrund ușor insectele și sunt toxice pentru o gamă largă de specii. Principalele grupări sintetice sunt
hidrocarburile clorurate, fosfații organici (organofosforicele) și carbamații.
Hidrocarburile clorurate au fost dezvoltate începând cu anii 1940 după descoperirea
(1939) proprietăților insecticide ale DDT ( Diclor -Difenil -Tricloretan) . Alte exemple ale acestei serii sunt
BHC, lindan, cloro benzilat, metoxiclor și ciclodienele (care includ aldrina, dieldrina, clordanul, heptachlor
și endrina). Unii dintre acești compuși sunt destul de stabili și au o acțiune reziduală îndelungată; prin
urmare, acestea sunt deosebit de valoroase atunci când pr otecția este necesară pentru perioade lungi.
Acțiunea lor toxică nu este pe deplin înțeleasă, dar se știe că perturbă sistemul nervos. Unele dintre
aceste insecticide au fost interzise pentru efectele lor dăunătoare asupra mediului.
Organofosf oricele sunt acum cea mai mare și mai versatilă clasă de insecticide. Doi compuși utilizați pe
scară largă în această clasă sunt parathion și malathion; alții sunt Diazinon, naled, parathion de metil și
diclorvos. Sunt deosebit de eficiente împotriva insec telor precum afidele și acarienii, care se hrănesc cu
sucuri de plante. Absorbția substanțelor chimice în plantă se realizează fie prin pulverizarea frunzelor,
fie prin aplicarea soluțiilor impregnate cu substanțele chimice pe sol, astfel încât aportul să se producă
prin rădăcini. Organofosf oricele au de obicei o acțiune reziduală mică și sunt, prin urmare, importante
atunci când toleranțele reziduale limitează alegerea insecticidelor. În general, sunt mult mai toxice decât
hidrocarburile clorurate. Organof osforicele ucid insectele prin inhibarea enzimei colinesteraza, care este
esențială în funcționarea sistemului nervos.
Carbamații sunt un grup de insecticide care include compuși precum carbamil, metomil și carbofuran.
Sunt detoxifiate rapid și eliminate din țesuturile animale. Toxicitatea lor se presupune că provine dintr –
un mecanism oarecum similar cu cel pentru organofosforicele. [6]
Piretroidele sunt derivate din piretrine, substanțe insecticide care se găsesc în piretrul natural extras din
florile cri zantemului și sunt fabricate în prezent de aproape 100 de produse comerciale diferite. Sunt
neurotoxice, determinând paralizie musculară și moartea insectelor. Piretroizii sunt mai activi și mai
eficienți în doze mai mici. Piretroidele sunt non -persistente și nu au fotostabilitate. Piretroidele sintetice
includ bifentrina, beta -ciflutrin, ciflutrin, cipermetrin, deltametrină, esfenvalerat, lambda -cialotrin, gama
cialotrin, imiprotrin, permetrin, praletrin, resmetrin, teflutrin, tetrametrin și tralometrin.
Cipermetrin
Formula moleculară: C 22H19Cl2NO 3
Cipermetrin ul este un piretroid sintetic utilizat ca insecticid în aplicații agricole pe scară largă, precum și
în produse de larg consum în scopuri interne și cu spectru larg de acțiune acaricid ce acționează, asupra
ectoparaziților prin contact . Efectul acaricid se datorează proprietăților lipofile ale cipermetrinului.
Produsul actionează letal și asupra larvelor de insecte. Acțiunea paraziticidă externă este deosebit de
intensă, produsul având și o bună remanență. Se comportă ca o neurotoxină cu acțiune rapidă la
insecte. Se degradează cu ușurință pe sol și plante, dar poate fi eficient timp de săptămâni când se aplică
pe suprafețe inerte din interior. Expunerea la lumina soarelui, apa și oxigenul v or accelera
descompunerea acesteia.
Cipermetrinul a fost sintetizat inițial în 1974 și comercializat în 1977 sub formă de piretroidă sintetică,
insecticid extrem de activ, eficient împotriva unei game largi de dăunători din agricultură, sănătate
publică și zootehnie. În agricultură, utilizarea sa principală este împotriva dăunătorilor de frunze și a
anumitor dăunători de suprafață de sol, cum ar fi râme.
Cipermetrinul este un material moderat toxic prin absorbție sau ingestie dermică. Poate provoca iritații
ale pielii și ochilor. Printre simptomele expunerii dermice se numără amorțeala, furnicături, mâncărimi,
senzație de arsură, pierderea controlului vezicii urinare, incoordonare, convulsii și moarte posibilă.
Piretroizii pot afecta negativ sistemul nervos central.
Voluntarilor cărora le -au fost date doze cutanate de 130 μg / cm2 pe lobul urechii au avut senzații de
furnicături și arsuri locale. Un bărbat a murit după ce a mâncat o masă gătită într -un amestec de 10%
cipermetrin / ulei care a fost folosit gre șit pentru uleiul de gătit. La scurt timp după masă, victima a
prezentat greață, vărsături prelungite, dureri de stomac și diaree care a progresat spre convulsii,
inconștiență și comă. Alți membri ai familiei au prezentat simptome mai ușoare și au supravie țuit după
tratament la spital. Poate provoca reacții alergice ale pielii la om. Expunerea excesivă poate provoca
greață, dureri de cap, slăbiciune musculară, salivație, respirație scurtă și convulsii. La om, cipermetrina
este dezactivată prin hidroliză enz imatică la mai mulți metaboliți ai acidului carboxilic, care sunt
eliminați în urină. Expunerea lucrătorilor la substanța chimică poate fi monitorizată prin măsurarea
metaboliților urinari, în timp ce supradozajul sever poate fi confirmat prin cantitatea d e cipermetrin în
sânge sau plasmă. [7]
Cipermetrinul, concentrat emulsionabil, este folosit si pentru combaterea ectoparazitozelor produse de
acarieni, căpușe și insecte. Cipermetrinul este bine tolerat de câini în concentrațiile prescrise însă este
foarte toxic pentru pisici, care nu poate tolera dozele terapeutice pentru câini. Aceasta este asociată cu
deficiența enzimei UGT1A6 la pisici, enzima responsabilă de metabolizarea cipermetrinei. În consecință,
cipermetrinul rămâne mult mai mult în organele pisi cii decât la câini sau alte mamifere și poate fi fatal în
doze mari.
La șobolani masculi, cipermetrinul a prezentat un efect toxic asupra sistemului reproductiv. După 15 zile
de administrare continuă, atât nivelul receptorilor androgeni, cât și nivelul tes tosteronului seric au fost
reduse semnificativ. Aceste date au sugerat că cipermetrina poate induce deteriorări ale structurii
tubilor seminiferi și spermatogeneză la șobolani masculi la doze mari.
Cipermetrinul este un insecticid cu spectru larg, ceea ce înseamnă că ucide insectele benefice, precum și
insectele vizate. Peștii sunt în mod special sensibili la cipermetrin, dar atunci când sunt folosiți conform
indicațiilor, aplicarea în jurul siturilor rezidențiale prezintă un risc redus pentru viața acvatic ă.
2.3 Metode alternative de eliminare a pesticidelor
Metode avansate de oxidare a poluanților organici din apele uzate
Metodele tradiționale de epurare se dovedesc adesea insuficiente pentru a proteja receptorii sau pentru
reutilizarea apei direct, în procesele industriale. O evoluție rapidă în ultimii 20 -30 de ani a condus la
alternative pentru metodele tradiționale de epurare, precum și la dezvoltarea metodelor avansate de
epurare [2]. În contextul actual al dezvoltării industriei precum și al cerințelor impuse de Uniunea
Europeană prin legislația de mediu, necesitatea adaptării proceselor de epurare pentru diminuarea
impactului negativ asupra mediului conduce la cercetarea de noi procedee avansate de epurare,
transferabile la scară industri ală pentru îndepărtarea poluanților până la limita acceptată prin standarde
pentru deversarea în emisar. Astfel, sunt descrise metode avansate de epurare a apelor uzate prin
procese Fenton și foto -Fenton, fotocataliză heterogenă, adsorbție de schimb ionic, electro -coagulare și
procese electro -Fenton. Aceste metode avansate pot fi aplicate la o mare varietate de poluanți
anorganici sau organici și fac obiectul de cercetare a numeroase grupuri din intreaga lume.
Metode biologice de epurare avansată
Epurarea biologică a apelor uzate se impune atunci când prin procedeele clasice nu pot fi separate acele
substanțe și elemente chimice care, prin conținutul lor pot produce poluarea emisarilor, făcându -i
improprii pentru alimentările cu apă, pentru creșterea pești lor sau pentru zonele de agrement.
Nitrificarea este procesul de oxidare a amoniacului în nitrit, apoi în nitrat cu ajutorul a dou ă grupe de
bacterii, așa numite nitrifiante:
• bacteriile consumatoare de dioxid de carbon (CO 2), se numesc autotrofe;
• bacterii le consumatoare de carbon organic se numesc heterotrofe. Ambele tipuri de bacterii se
dezvoltă în nămolul activ
Denitrificarea – În cadrul proceselor de denitrificare, substanțele anorganice, combinațiile oxidante ale
azotului, nitriți (NO 2- ), și nitrații (NO 3- ) sunt transformate cu ajutorul bacteriilor heterotrofe în azot
gazos liber.
Defosforizarea -Eliminarea fosforului ca procedeu de epurare avansată se poate realiza atât pe cale
fizico – chimică, cât și pe cale biologică. Pe cale chimică eliminarea fosf orului din apele uzate, încărcate în
special cu dejecții, se realizează având la bază procese de precipitare și adsorbție sub efectul
coagulanților, care îl leagă sub formă de săruri greu solubile de fier, aluminiu sau cadmiu care apoi se
decantează. Cu al te cuvinte, transformarea compușilor fosforului cu ajutorul acestor reactivi de
precipitare în condițiile realizării unui pH adecvat, duce la formarea de fosfați (PO 4-) greu solubili și
floculanți ușor sedimentabili. Mai mult, acești compuși au și o bună capacitate de adsorbție a fosfaților
organici și a polifosfaților.
Striparea cu aer presupune introducerea de bule de aer fine în apa uzată, în care poluanții volatili trec
din faza apoasă lichidă în faza apoasă gazoasă, fiind transportați astfel în atmosferă o dată cu ridicarea
bulelor la suprafața apei. Procesul se aplică pentru elimin area sulfurilor, a compușilor organici nepolari
cu greutate moleculară mică și a azotului amoniacal.
Câmpuri de irigare cu ape uzate -Irigarea cu ape uzate a terenurilor agricole poate conduce la
îndepărtarea substanțelor poluante conținute în apele uzate. În timpul staționării în câmp și a trecerii
apelor uzate prin sol au loc procese de mineralizare a substanțelor organice evidențiate prin reducerea
CBO5 cu până la 90%, a CCO cu 60 -80%, azot organic cu 60 -65%, datorită procesului de denitrificare
naturală. Practic, în acest caz este o epurare biologică avansată naturală.
Epurarea chimică avansată
Se bazează pe acțiunea substanțelor chimice asupra materialelor solide în suspensie separabile prin
decantare și anume:
a). coagularea materiilor solide în suspen sie;
b). clorinarea apelor uzate.
Materiile coloidale și în suspensie foarte fine pot fi îndepărtate ușor din apa uzată numai dacă sunt
sedimentabile. Acest lucru se poate realiza prin adăugare de coagulanți. Aceștia sunt substanțe chimice
care se disperse ază în apă sub formă de particule fine încărcate cu sarcină electrică pozitivă neutralizând
câmpul electric al particulelor solide aflate în suspensie coloidală. Ca efecte ale acestui fenomen
particulele fine se aglomerează sub forma unor flocoane din ce î n ce mai mari, care sub acțiunea
gravitației se depun la baza bazinului antrenând și particulele neaglomerate. Combinația procesului de
floculare cu sedimentarea se numește precipitare chimică. Pentru apele uzate, utilizarea acestor
floculanți se recomandă când acestea au variații mari de debite și concentrații sau când se cere un grad
mare de epurare. Precipitarea chimică se folosește cu bune rezultate și pentru tratarea apelor
industriale, ape care conțin substanțe toxice sau alte substanțe provenite din procesele industriale pun
în pericol buna funcționare a treptei de epurare biologică.
Clorinarea apelor uzate este un procedeul cel mai eficace și mai ieftin pentru dezinfecția apelor uzate
înainte de a fi evacuate în emisari. Într -o stație de epurare, cl orul este însă folosit și în alte numeroase
scopuri, cum ar fi , îndepărtarea mirosului, reducerea CBO, etc.
Metode fizico -chimice de epurare avansată
Metodele fizico chimice utilizate în epurarea avansată a apelor uzate sunt: coagularea chimică,
adsorbția , spumarea, schimbul ionic, oxidarea chimică și electrochimică.
Coagularea chimică -Materiile coloidale în suspensie, dar foarte fine , pot fi îndepărtate din apa uzată
numai dacă sunt făcute sedimentabile, prin adăugarea de coagulanți. Coagulanții sunt sub stanțe chimice
care se 142 dispersează în apă sub formă de particule fine încărcate cu sarcină electrică pozitivă
neutralizând câmpul electric al particulelor solide naturale aflate în suspensie coloidală.
Adsorbția este fenomenul de fixare și de acumulare a moleculelor unui gaz sau ale unui lichid (adsorbat)
pe suprafața unui corp solid (adsorbant). Substanțele reținute de adsorbant pot fi puse în libertate de
prin încălzire sau prin extracție, adsorbantul recăpătându -și aproape integral proprietățile iniț iale
putând fi folosit din nou pentru adsorbție.
Metode speciale de epurare avansată
Osmoza inversă este un proces de purificare a apei care folosește o membrană parțial permeabilă
pentru a îndepărta ioni, molecule nedorite și particule mai mari din apa d e băut. În osmoza inversă, o
presiune aplicată este utilizată pentru a depăși presiunea osmotică, o proprietate coligativă care este
determinată de diferențele de potențial chimic ale solventului, un parametru termodinamic. Osmoza
inversă poate îndepărta d in apă multe tipuri de specii chimice dizolvate și suspendate, precum și cele
biologice (în principal bacterii) și este utilizată atât în procesele industriale, cât și în producerea de apă
potabilă. Rezultatul este că solutul este păstrat pe partea sub pre siune a membranei și solventul pur
este lăsat să treacă pe cealaltă parte. Pentru a fi „selectivă”, această membrană nu ar trebui să permită
moleculelor sau ionilor mari prin pori (găuri), ci ar trebui să permită componente mai mici ale soluției
(cum ar fi moleculele de solvent, adică apa, H2O) să treacă liber.
Osmoza inversă este folosită pentru a îndepărta metalele grele cu un proces de separare a membranei
condus de presiune cu funcția de gradient de concentrație. Apa contaminantă este pompată pe
membra nă cu presiune, care ajută la îndepărtarea metalelor grele. O membrană semipermeabilă
permite trecerea fluidelor și filtrează ionii de metale grele contaminate, permițând recuperarea
metalelor. Membranele cu dimensiunea porilor de 10 –4 μm pot filtra toate tipurile de contaminare cu
metale în plus față de alți contaminanți. Cu toate acestea, presiunea înaltă are nevoie de aporturi mari
de energie, iar majoritatea apelor uzate sunt evacuate ca apă de respingere, ceea ce face ca procesul să
fie scump.
Procese le de oxidare avansată (AOP) sunt procese care au loc în condiții obișnuite de temperatură,
implicând generarea unor specii foarte reactive (în special radicali hidroxil), în cantitate suficientă pentru
a avea efect în procesele de epurare a apelor uzate. Procesele de oxidare avansată se aplică pentru
depoluarea apelor, în general la scară mică sau medie.
Metodele de oxidare avansată se pot utiliza singure sau în combinație cu metodele de tratare
convenționale, ca etape consecutive acestora, pentru îndepăr tarea poluanților în urme sau a poluanților
pentru a căror îndepărtare metodele tradiționale nu sunt eficiente.
Procesele de oxidare avansată sunt: fotoliza, fotocataliza omogenă și fotocataliza heterogenă.
Fotoliza reprezintă procesul în care se obțin ionii HO- si H+. Prin fotoliză legăturile chimice din poluanți se
scindează sub influenta radiației UV și a radicalilor oxidanți (HO·), rezultând diverși produși de
fotodegradare, depinzând de structura compușilor precum și de condițiile de mediu.
H2O + h HO- + H+
HO- → HO· + e-
Practic orice poluant organic care reacționează cu radicalii hidroxil poate fi degradat prin această
metodă. Prin fotoliză rezultă, alături de produși de mineralizare completă și produși cu grad de oxidare
intermediar.
Reacțile fotocatalitice omogene sunt procese în care catalizatorul se găsește în aceași fază cu reactanții.
În fotocataliza omogenă, fotonii interacționează cu speciile chimice din soluție cu formare de radicali
hidroxil specifici proceselor de fotocataliză . Procesele de fotocataliză omogenă sunt de două tipuri:
– activate de apă oxigenată, cel mai răspândit fiind procesul Fenton;
– activate de ozon.
Fotocataliza heterogenă este un proces bazat pe iradierea unor catalizatori, în mod obișnuit
semiconductori cu proprietăți fotosensibile. Semiconductorii sunt materiale a căror caracteristică
principală este energia benzii interzise, Eg; prin expunerea lor la radiația luminoasă, doar o parte din
radiația incidentă (cea cu energie mai mare decât en ergia benzii interzise) va fi absorbită de material iar
electronii vor fi promovați din banda de valență (BV) în banda de conducție (BC), formând perechi de
electroni și goluri cu proprietăți oxidante, respectiv reducătoare. Pentru aplicații care utilizeaz ă energia
solară, banda interzisă a semiconductorului trebuie să se găsească în domeniul 1,4 – 3,2 eV, domeniu
energetic corespunzător radiației solare.
Interesul pentru fotocataliza heterogenă este foarte ridicat la momentul actual deoarece reprezintă o
alternativă eficientă de îndepărtare completă (prin oxidare) a poluanților (cu precădere organici), cu
formare de compuși gazozi nepoluanți, prin mineralizare.
Numeroși semiconductori cu bandă interzisă largă s -au dovedit eficienți în fotocataliza asistată de
radiație UV sau VIS, dintre care se pot menționa: dioxid de titan, oxid de zinc, trioxid de wolfram, dioxid
de staniu, etc. Dintre aceștia, eficiența cea mai ridicată este asociată cu dioxidul de titan; produsul
comercial Degussa P25 (un amestec de ana tas și rutil – polimorfi ai TiO2) este considerat la ora actuală
ca fiind referință pentru studiile de fotocataliză, deoarece are una dintre cele mai ridicate eficiențe de
fotodegradare a poluanților.
Exemple
În lucrarea lor experimentală Roberto Fiorenza împeună cu colegii săi au folosit metoda imprim ării
molecular e pe fotocatalizatori TiO2 pentru îndepărtarea pesticidelor 2,4D (erbicid) si imidaclopridului
(insecticid) din apa uzată.
Probele de TiO2 imprimate molecular au fost sintetizate folosind tehnic a sol -gel. A fost utilizat un raport
molar de 5: 1 între TiO2 și 2,4D sau imidacloprid dizolvată într -un volum de soluț ie de 0,5 ml acid acetic
și 1,5 ml etanol; apoi soluția a fost a mestecată la temperatura camerei până la solubilizare a completă a
pestici dului. Dioxidul de titan a fost obținut prin adăugarea a 2 ml de butoxid de titan în etanol sau în
amestecul de pesticid și s-a amestecat pentru încă 10 min. Apoi, la soluția de mai sus s -a adăugat în
picături o soluție care conține 2 ml de apă demineraliz ată, 2 ml de acid acetic și 2 ml de etanol.
Suspensia rezultată a fost agitată timp de 3 ore și lăsată la maturat timp de 24 de ore. Gelul umed
obținut a fost uscat la 100 ° C timp de 12 ore și apoi calcinat în aer la 500 ° C timp de 6 ore (rampă de
încălz ire 2 ° C / min) pentru a îndepărta substanțele organice utilizate în timpul sintezei. Probele vor fi
denumite în continuare „TiO2 I M / 2,4D” și „TiO2 I M / Imid”. Dioxidul de titan imprimat fără procesul de
calcinare va fi identificat ca „TiO2 I M / 2,4D neeliminat” și „TiO2 I M / Imid. neeliminat ”. TiO2 simplu a
fost preparat cu aceeași procedură descrisă mai sus, fără utilizarea pesticidelor.
Fotodegradarea selectivă a 2,4D și a p esticidului imidacloprid a fost investigat ă în prezența radiației UV
folosind o lampă cu lungimea de undă de 368 nm și intensitatea de 4mW / cm2 . Înainte de a efectua
măsurătorile, catalizatorii au fost iradiați cu lampa UV timp de 60 de minute pentru a îndepărta
substanțele organice aflate pe suprafața eșantioanelor. O cantitate de 1mg de pulber e de catalizator a
fost imersată în 4 ml de soluție apoasă de 2,4D sau imidacloprid în cuve de cuarț. Concentrația inițială de
2,4D și imidacloprid a fost fixată la 5 × 10 –5 M pentru ambele substanțe. Soluțiile au fost tratate p rin
iradier e cu ultrasunete la o frecvență de 50 Hz timp de 5 min, pentru a favoriza dispersia pulberilor.
Experimentele de control au fost efectuate în întuneric timp de 90 de minute pentru a asigura echilibrul
de adsorbție – desorbție a pesticidelor pe s uprafața pereților paharului și pe suprafața eșantioanelor. La
intervale regulate de timp s-a extras 2 ml din soluțiile supuse analizei și au fost măsurate cu ajutorul
unui spectrofotometru UV -Vis (Lambda 45, Perkin -Elmer), pe o lungime de undă de 200 -700 nm.
În absența oricăror catalizatori, nu există o degradare detectabilă a pesticidelor, așa cum era de
așteptat. În mod diferit, proba de TiO2 simplă duce la o degradare a pesticidului 2,4D de ~15%. O
îmbunătățire semnificativă a eliminării de 2,4D, până l a ~ 47%, a fost obținută prin catalizatorul TiO2 I M
/ 2,4D. Numai eșantionul imprimat cu același poluant care ar trebui degradat (în acest caz pesticidul
2,4D care a fost imprimat pe catalizatorul TiO2 I M / 2,4D) poate elimina eficient erbicidul 2,4D din a pa
contaminată. [8]
Un alt exemplu ne este dat de lucrarea realizat ă de Augustine Amalraj și Anitha Pius în care se studiază
degradarea fotocatalitică a pesticidelor monocrotofosului (MCP) și clorpirifosului (CPS) în soluție apoasă
folosind TiO2 în prez ența radiației UV.
Prepararea nanofotocatalizatorilor TiO2 a fost efectuată prin metoda sol -gel. În această metodă, 20 mL
tetrabutil titanat și 4 ml acid acetic au fost adăugate în 26 ml de etanol absolut în condiții de amestecare
continuă pentru a obține soluția A. 8 mL apă deionizată, 12 mL etanol absolut și 12 m L acid acetic au fost
amestecate împreună pentru a obține soluția B. Apoi, soluția B a fost adăugată în picături peste soluția A
sub a mestecare . Soluția obținută a fost ermetizată și amestecarea a fost continuată pentru încă 30 min
la temperatura camerei. Gelul rezultat a fost maturat la temperatura camerei timp de 24 ore ș i uscat
într-un cuptor la 100 °C timp de 36 ore. După mojarare , gelul a fost tratat termic într -un cuptor la 300 ° C
timp de 3 o re și au fost obținute nanoparticule TiO2 albe cristaline .
Variația concentrațiilor MCP și CPS în funcție de timpul de iradiere a fost determinată folosind un
spectrometru UV „PerkinElmer Lambda 35” (SUA) cu absorbție la 560 nm și, respectiv, 450 nm.
Curbele de calibrare pentru ambele pesticide au fost realizate folosind soluții standard de pesticide
conținând 2 -10 mg / L de MCP și CPS.
Constanta d e viteză a reacției au fost de k = 1.6751 și, respectiv, 2.2761 pentru MCP și, r espectiv, CPS
mg/L/min. Va lorile constantei de echilibru de adsorbț pentru MCP și CPS sunt 0,0436 și respectiv 0,0277
L/mg. Valorile coeficientului de regresie R al MCP și CPS au fost 0,9895 și 0,9721, ceea ce a sugerat că
fotodegradarea MCP și CPS de către TiO2 se poate fi caracte rizata prin ecuația Langmuir –
Hinshelwood. [9]
În lucrarea sa ‘Compararea procesului de fotocataliza cu TiO2 și a procedeului foto -Fenton pentru
tratarea apelor uzate din industria pesticidelor: condiții operaționale, cinetică și costuri’ Mohamed Gar
Alalm împreună cu coautorii au cercetat eficiența proceselor de fotocataliză TiO2 pentru degradarea
pesticidelor clorpirifos, lambda -cihalotrin și diazinon din apele uzate.
Eficiența de degradare fotocatalitică a pesticidelor a fost de 63,7%, 60,75% și 38,2% pe ntru lambda –
cihalotrin, clorpirifos și, respectiv, diazinon, folosind 2 g / L de TiO2 la un pH optim de 3,8.[10]
Un studiu realizat de Augustine Chioma Affam și coautorul Malay Chaudhuri arată degradarea
pesticidelor clorpirifos, cipermetrin și clorotalon il în soluție apoasă prin fotocataliză TiO2.
În acest studiu soluția apoasă a avut o concentrație de 400 mg L−1 amestec pesticide (100 mg L−1 de
clorpirifos, 50 mg L−1 de cipermetrin și 250 mg L−1 de clorotalonil). Caracteristicile soluției apoase de
pesti cide au fost CCO 1130 mg L−1, TOC 274 mg L−1, indice de biodegradabilitate (raport CBO5 / CCO) și
pH 6.
Un volum de 500 ml din soluția apoasă pesticidă a fost plasată într -un reactor Pyrex de 600 ml cu
cantitatea necesară de TiO2 și amestecul de reacție a fost agitat magnetic la temperatura camerei (23 ±
2 °C). Amestecul a fost păstrat la întuneric timp de 30 min pentru atingerea echilibrului de adsorbție
înainte de a fi supus iradierii UV. Sursa de iradiere UV a fost o lampă cu putere nominală de 6 W, care
emite radiații la lungimea de undă de aproximativ 365 nm și a fost plasată deasupra reactorului.
În condițiile optime de funcționare (TiO2 1,5 g L−1, H2O2 100 mg L−1, iradiere pH 6 și 300 min), eliminarea
CCO și TOC au fost de 53,62 și 21,54%, respectiv i ndice de biodegradabilitate (raport CBO5 / CCO) la
0.26. Azotul amoniac (NH3 – N) a scăzut de la 22 la 7,8 mg L−1 și azotul azotat (NO3 − – N) a crescut de la
0,7 la 13,8 mg L−1 în 300 min, ceea ce indică mineralizarea. Degradarea completă a pesticidelor a avut loc
în 30 min.[11]
Capitolul 3
Proiectarea unei instalații de eliminare a
pesticidelor din apa provenită din
agricultură
3.1 Formularea scopului și a obiectivelor specifice lucrării
Scopul lucrării de licență cu tema „Diminuarea concentrației de cipermetrin din apa reutilizată în
agricultură”, în domeniul Ingineriei și Protecției Mediului, este reprezentat de determinarea influenței
fotocatalizei heterogene asupra eliminării cipermetr inului din apa reutilizată în agricultură, astfel încât
sa fie îndeplinite valorile concentrațiilor minime admisibile conform NTPA002.
Obiectivele lucrării
Obiectivul 1: Realizarea unui studiu teoretic actualizat avand la baza articole stiintifice recent e privind
metodele de reducere a impactului pesticidelor asupra mediului inconjurator.
Obiectivul 2: Realizarea unui stidiu experimental privind influenta procesului de fotocataliza asupra
reducerii concentratiei de cipermetrin din apa reutilizata in agr icultura.
Obiectivul 3: Proiectarea unui fotoreactor adaptat conditiilor de utilizare in sistemul agricol intesiv.
3.2 Activitatea experimentală și interpretarea rezultatelor experimentale
S-a prepara t o soluți e de cipermetrin de concentrație molară C M= 0,125 x 10-3 M, și determinarea
influenței fotocatalizei heterogene asupra eliminării cipermetrinului din soluție, conform pașilor
următori.
Pasul 1
– Citirea, și respectarea măsurilor de protecție a muncii. Acestea se rezumă la următoarele idei:
1. Efectuați numai experimentele repartizate sau aprobate de cadrul didactic. Sunt
interzise experimentele neautorizate.
2. Verificați etichetele de pe orice sticlă de reactiv înainte de a folosi o parte din conținutul
sticlei.
3. Nu folosiți niciodată reactivi d in recipiente neetichetate.
4. Toate substanțele chimice sunt într -o anumită măsură toxice. Nu gustați niciodată o
substanță sau o soluție.
5. Evitați inhalarea vaporilor toxici.
6. Atunci când se lucrează cu substanțe volatile sau acizi și baze tari, se lucreaz ă
întotdeauna sub nișă.
7. Sunt interzise păstrarea și consumul alimentelor în laborator.
8. În timpul orelor de laborator este obligatorie purtarea halatului și folosirea mănușilor.
Când se indică acest lucru, folosiți nișa și ochelari de protecție.
9. Toți rea ctivii cu care se lucrează se recuperează într -un vas adecvat la finalul ședinței.
10. Raportați cadrului didactic orice accident, chiar și o rănire minoră.
11. Nu se lasă niciodată nesupravegheate experimentele în desfășurare.
12. Se lucrează întotdeauna cu cantit ăți mici de reactivi. Reactivii nefolosiți nu se reintroduc
niciodată în recipientul din care au fost luați.
13. După finalizarea experimentelor, se spală ustensilele de laborator folosite și se curăță
masa de lucru.
Pasul 2
– Spălarea meticuloasă a vaselor de laborator care urmează să fie folosite în activitatea
experimentală, pentru a îndepărta orice urmă de soluție sau substanță folosită în experimentul
anterior.
Pasul 3
– S-a cântărit cantitatea de cipermetrin necesară preparării soluției stoc; ac easta a fost de 0,026g
cipermetrin.
– Cântărirea s -a realizat cu ajutorul următoarelor echipamente:
– balanță cu 3 zecimale – menționând faptul că aceste balanțe au o sensibilitate deosebită, și
pentru o cântărire cât mai precisă, s -a evitat acțiunea diver șilor factori externi cum ar fi: curenții
de aer, poziționarea neadecvată a balanței precum și evitarea sprijinirii de masă sau suportul
balanței(fig.1);
Figura 1. Balanță analitică
– sticlă de ceas (fig. 2);
Figura 2. Sticlă de ceas [1]
– spatulă – manipularea ciprmetrinului s -a realizat cu spatula. (fig. 3).
Figura 3. Spatulă
Pasul 4
– Măsurarea volumului de 500 ml de solvent, apă, a fost efectuată cu ajutorul următoarelor
instrumente: cilindru gradat(fig. 4), pisetă(fig. 5).
– S-a introdu s solvent în cilindrul gradat de 500 ml, până când meniscul inferior al solventului a
ajuns aproape de semn, după care s -a adus la linie cu piseta.
Figura 4. Cilindru gradat [2] Figura 5 . Pisete [3]
Pasul 5
– Dizolvarea cipermetrinului în apă s -a realizat utilizând următoarele instrumente: pahar Berzelius
(fig. 6), baghetă de sticlă (fig. 7), magneți și agitator magnetic (fig. 8).
– Operația s -a desfășurat astfel: apa, măsurată în pasul anterior, s -a transvazat din cilindrul
gradat, în paharul Berzelius, apoi peste aceasta s -a introdus cipermetrinul cântărit.
– Cu ajutorul baghetei de sticlă s -a amestecat soluția, iar pentru o omogenizare cât mai u niformă
soluția a fost lăsată la amestecare la agitatorul magnetic.
Figura 6. Baghetă de sticlă [4] Figura 7. Pahar Berzelius [5]
Figura 8. Agitator magnetic [6]
Pasul 6
– După amestecare, soluția a fost transvazată de data aceasta, într -un balon cotat cu dop (fig. 9).
– Înainte ca soluția stoc să fie pusă la păstrare, la întuneric, s -au prelevat din aceasta, într -un
flacon Erlenmayer (fig. 10), 50 ml de soluție.
– Cei 50 ml de soluție stoc, au fost apoi dil uați cu 450 ml de apă obținând în final o soluție de lucru
având concentrația de 0,0139 x 10-3 M.
Figura 9. Balo n cotat de 1L [7] Figura 10. Flacon Erlenmayer [8]
Pasul 7
– Pentru pregătirea substratului filmelor de TiO 2 s-au folosit următoarele: creion cu vârf de
diamant (fig. 11), lamele din sticlă pentru microscop (fig. 12), bandă adezivă, foaie de hârtie și
baie cu ultrasunete (fig. 13).
Figura 11. Creion cu vârf de diamant [9] Figura 12. Lamele din sticlă [10]
– Lamelele din sticlă au fost tăiate cu ajutorul creionului cu vârf de diamant apoi introduse într -un
pahar cu alcool. Paharul a fost cufundat în baia cu ultrasunete și lăsat 5 minute pentru
îndepărtarea oricărei impurități prezente pe lamelele din sticlă.
– După ce această operație a fost încheiată, lamelele au fost uscate și atașate, cu bandă adezivă,
pe foi de hârtie, urmând depunerea pe acestea a filtrelor de TiO 2.
Figura 13. Baie cu u ltrasunete BRANSON 2000
Pasul 8
– Fotocataliza heterogenă s -a realizat cu ajutorul următoarelor echipamente: pahare Berzelius de
50 ml, pensetă (fig. 15) și fotoreactor (fig.16).
– Din soluția de lucru s -au prelevat câte 8
eșantioane în volum de 15 ml /eșa ntion și au fost
introduse în pahare Berzelius de 50 ml. În aceste probe
au fost imersate complet, cu ajutorul pensetei, filmele
de TiO 2.
– Una dintre aceste probe a fost păstrată la
întuneric iar restul probelor au fost introduse în
fotoreactorul cu radia ție controlată (UV și /sau VIS).
Acestea fiind extrase după un interval de timp de 30
min, 1 h, 2 h, 3 h, 4 h, 5 h și respectiv 6 h.
Figura 15. Pensetă metalică de precizie
Figura 16. Fotoreactor
Pasul 9
– Obținerea datelor influenței procesului de fotocataliză asupra reducerii concentrației de
cipermetrin s -a efectuat cu următoarele instrumente: seringă pentru filtrare cu filtru detașabil
(fig. 17), cuve de cuarț (fig. 18) și spectrofotometru (fig. 19).
– După ce fiecare probă în parte a fost lăsată în fotoreactor corespunzător timpului alocat, soluția
a fost introdusă, cu ajutorul unei seringi cu filtru, în cuvele de cuarț din spectrometru pentru a fi
analizate.
– După fiecare inserție a unei probe în cuva de cuarț, seringa cu filtru a f ost spălată cu apă
distilată, înlăturând astfel orice urmă a probei anterioare, cu potențial de alterare a
concentrației probei ce urmează să fie analizată. După efectuarea acestei spălări, seringa cu
filtru a fost din nou spălată, de data aceasta cu proba de analizat, din aceleași motive de evitare
a unor rezultate eronate.
Figura 17 . Seringă pentru filtrare cu filtru detașabil Figura 18. Cuve din cuarț
Figura 19. Spectrofotometru UV /VIS Lambda 25
Pasul 10
– Interpretarea datelor
Analizele de absorbanță au fost realizate utilizând un domeniu de lungimi de undă situat între 200 și 700
nm. Alegerea acestui interval de absrobanță a ținut cont de două aspecte: 1. Trebuie să se afle în
intervalul de absorbție al pesticidului (235 nm);
2. Trebuie să fie suficient de larg astfel încât să includă eventuale alte semnale a absorbție
corespunzatoare formării unor compuși secundari.
În urma investigaților efectuate în cadrul experiemntelor de fotocataliză nu s -a identif icat formarea de
compuși secundari (nu poate fi exclusă formarea unor compuși secundari care nu prezintă absorbție în
domeniul menționat anterior).
Spectrele de absorbanță nu oferă informații directe cu privire la concentrația soluției de cipermetrin.
Prin urmare inițial a fost realizată curba de calibrare care prezință corelația dintre maximul de absorbție
și concentrația soluției. Realizarea acestei curbe se bazează pe utilizarea de soluții din pesticidul analizat
la diferite concentrații. În general se p ornește cu soluția având concentrația maximă utilizată în
experimente (sau chiar mai mare) și se continuă până la soluția având concentrația minimă preceptibiliă
de aparatul utilizat. În acest sens este prezentat în Fig. 1 curba de calibrare pentru soluția de
cipermetrin. Pentru determinarea concentrației finale a soluției supuse fotocatalize a fost comparat
maximul de absorbție al acesteia cu valorile din curba de calibrare.
Figura 1. Spectrul de absorbanta al cipermetrinului la diferite concentratii și curba de calibrare.
Acesta este modul în care putem să evaluăm modificările de concentrație plecând de la soluția inițială
(0.0139 mM) până la soluția finală măsurată după 6 ore de fotocataliză. Pentru fiecare analiză se obține
o valoare a maximului de absrobanță la 235 nm care este corelata cu valoarea concentratiei. Atunci cand
se înregistrează o diminuare a maximul de absorbanță se consideră că soluția analizată și -a redus
concentrația de cipermetrin. Eficienta fotocatalitica se calcule aza utilizand valoarea concentratiei initiale
(C0) si a concentratiei finale (C) asa cum reiese din urmatoarea ecuatie:
100
00xCC C−=
În timpul experimentelor a fost utilizat fotocatalizatorul de TiO 2 sub forma de strat. Probele au fost
introduse în fotoreactor și supuse iradierii cu radiație UVc timp de 6 ore . Din cauza imposibilității de a
continua aceste experimente pentru a evalua influența tipul de fotocatalizator cât și a concentrației
inițiale a pesticidului, sunt prezentate rezult atele unui singur set de experimente.
Rezultatele obținute în urma experimentelor de fotocataliză au fost transpuse sub form ă grafic ă așa cum
sunt prezentate în Figura 2. Se poate observa o evoluție relativ constantă (cu excepția primei ore) a
eficienței procesului de fotocataliză și reducerea cu 48% a concentrației inițiale a pesticidului.
Figura 2. Eficienta fotocatalitica de eliminare a cipermetrinului.
În lipsa altor experimente se pot trage câteva concluzii preliminarii:
– procesul de fotocataliză poate fi utilizat pentru reducerea concentrației de cipermetrin;
– eficienta procesului de fotocataliza utiliz ând TiO2 și radiație UVc nu depășește 50% după 6 ore;
– sunt necesare investigații suplimetare pentru validarea și optimizare a acestor rezultate.
3.3 Stabilirea datelor inițiale
Colectarea volumui de apă este realizată printr -un sistem de drenaj, în funcție de amplasarea geografică
a terenului agricol și a culturilor ; fie drenaje pentru culturi în sistem piramidal, fie pentru culturi în plan
orizontal sau culturilor în pantă etc.
Pe teritoriul Transilvaniei, și în medie pe teritoriul României, solurile pot înmagazina până la aproximativ
800 m3/ha pe lună.
Cu ajutorul acestor sisteme de drenaj se pot colecta până la 26 m3/ha d e apă. Însă în acest volum se află
și substantele care au fost utilizate in sistemele agricole intensive. In cadrul acestei lucrari de licenta se
vor regasi pesticidele sub forma de cipermetrin respectiv particulele solide Acești poluanți sunt clasificați
ca materii solide (grosiere și în suspensie) și pesticide.
Date de intrare Concentrație inițială
mg/dm3 Concentrația la ieșire
mg/dm3 Concentrația limită
admisă
Particule solide 800 200 350 mg /dm3
Pesticide 96 25 30 mg /dm3
3.4 Fluxul de proces
Având în vedere faptul că în apa uzată există concentrații sub formă de particule solide, este nevoie de
un proces de filtrare, ce va diminua concentrațiile materiilor solide. Pe lângă paticulele solide există și
concentrații de pesticid care sunt eliminate prin procesul de fotocataliză.
3.5 Dimensionarea utilajului principal
Dimensionarea și proiectarea incintei unde sunt amplasați fotoreactorii
Incinta a fost dimensionată în funcție de mărimea și volumul fotoreactorilor, astfel încât aceștia s ă poată
fie legați în serie.
Dimensiune incintă:
• Lungime – 10 m
• Lățime – 4 m
• Înălțime – 6 m
Figura 1. Dimensiunile incintei
Dimensionarea fotoreactorului
În funcție de volumul de apă uzată ce trebuie epurată, s -au efectuat următoarele calcule pentru
dimensionarea fortoreactorului:
Vcilindru gol =𝜋
4×(𝑑12−𝑑22)
d1 = 2 m
d2 = 0,5 m
h = 3 m
Vtotal= 8,8357 m3→ 8,8 x 3=26 m3
Volumul total de apă uzată fiind de 26 m3, este nevoie
de 3 fotoreactoare cu volum de 8,8 m3 pentru a trata întreg volumul de apă într -o singură tranșă.
Figura 2. Fotoreactor cu volum de 8,8 m3
Fotoreactorul
Degradarea pesticidelor se realizaează în fotoreactorul prezentat în fig. 3.
Fotoreactorul folosește lămp i UV, introduse în tuburi de cuarț, fiind imersate în apă în timpul procesului
de fotocataliză. Pe aceste tuburi au fost depuse straturile de fotocatalizator TiO 2, pentru o activare cât
mai eficientă a fotocatalizatorului. Pentru ca fotocataliza să aibă un randament cât mai ridicat, a fost
necesară introducerea unui agitator mecanic tip paletă pentru a ne asigura că întregul volum de apă cu
cipermetrin ajunge în contact cu suprafața fotocatalizatorului.
Figura 3. Fotoreactorul și componentele sale
Figura 4. Așezarea fotoreactoarelor în serie, în incinta proiectată
3.6 Realizarea schemei utilaj
3.7 Schema instalației
3.8. Analiza de mediu
Pe tot parcursul instalației nu sunt identificate substanțe periculoase ce pot avea impact semnificativ
asupra mediului. Cipermetrinul este o substanță cu potențial de poluare asupra mediului, ce se
regăsește în apa uzată tratată din instalație, aceasta fi ind ulterior eliminat prin procesul de fotocataliză.
În urma acestui proces de fotocataliză, cipermetrinul este descompus în H 2O, HCl, CO 2 și NO 2. Având în
vedere faptul că utilizăm o concentrație mică de pesticid, cantitățile de HCl, CO 2 și NO 2 obținute în
timpul procesului de fotocataliză sunt foarte mici și nu produc efecte semnificative asupra mediului. Însă
în cazul în care ar exista un volum de apă uzată cu mult mai mare decît cel prezentat în acest proces, sau
concentrația de pesticid ar fi mai mare , atunci s -ar putea ridica probleme de poluare în urma eliminării
în atmosferă a unei cantități semnificative de HCl, CO 2 și NO 2.
Gestionarea deșeurilor și anume a nămolului rezultat din procesul de filtrare, este realizat cu impact
redus asupra mediului. Nămolul este transportat către stația de neutralizare a substanțelor toxice.
Spre deosebire de procesul de filtrare, fotocataliza prezintă consum de energie electrică, ceea ce poate
avea consecințe asupra mediului în funcție de furnizor și metoda sa de obț inere a energiei electrice.
3.9 Bilanț de masă
Bilanț ul de masă pentru procesul de filtrare
Calcule
Cantitatea totală de apă uzată: 26 m3 = 26000 dm3 = 26000 kg
Cantitatea totală de materii solide: 800 mg /dm3
800 mg…………………..1 dm3
X mg…………..26000 dm3
X = 800 x 26000 = 20,8 kg materii solide
Materii solide re ținute:
800 – 300 = 500 mg/dm3 = 13 kg materii solide re ținute din întreg volumul de apă uzată
Materii solide la ieșire:
20,8 – 13 = 7,8 kg materii solide r ămase
Cantitatea totală de pesticide: 96 mg /dm3
96 mg…………………….1 dm3
y mg……………..26000 dm3
y = 96 x 26000 = 2,5 kg pesticide
Cantitatea total ă de apă:
26000 – (20,8 + 2,5) = 25976,7 kg ap ă
INTRARE IEȘIRE
Parametru Cantitatea Unitatea de
măsură Parametru Cantitatea Unitatea de
măsură
Apă 25976,7 kg Apă 25976,7 kg
Pesticide 2,5 kg Pesticide 2,5 kg
Materii solide 20,8 kg Materii solide 7,8 kg
Materii solide
reținute 13 kg
Total 26000 kg Total 26000 kg
Bilanțul de masă pentru procesul de fotocataliză
Calcule
Cantitatea de cipermetrin nereacționat: 20 mg /dm3
20 mg……………….1 dm3
z mg………..26000 dm3
z = 20 x 26000 = 0,5 kg cipermetrin nereacționat
Cantitatea de cipermetrin reacționat:
2,5 – 0,5 = 2 kg cipermetrin reacționat
Reac ția de descompunere a cipermetrinului :
4C22H19Cl2NO 3 + 103O 2 → 88CO 2 + 34H 2O + 8HCl + 4NO 2
Calculul maselor de CO 2, HCl și NO 2, rezultate în urma fotocatalizei:
M1 M2 M3 M4
4C22H19Cl2NO 3 + 103O 2 → 88CO 2 + 34H 2O + 8HCl + 4NO 2
2 kg a b c
MC22H19Cl2NO3 = 416 g/mol =0,416 kg
MCO2= 44 g/mol = 0,044 kg
MHCl= 36,5 g/mol = 0,0365 kg
MNO2= 46 g/mol = 0,046 kg
M1 = 4 x 0,416 = 1,6 kg
M2 = 88 x 0,044 = 3,8 kg
M3= 8 x 0,036 = 0,3 kg
M4= 4 x 0,046 = 0,2 kg
a = 2×3,8
1,6=4,75 𝑘𝑔 𝐶𝑂2
b = 2×0,3
1,6=0,3 𝑘𝑔 𝐻𝐶𝑙
c= 2×0.2
1,6=0,2 𝑘𝑔 𝑁𝑂2
INTRARE IEȘIRE
Parametru Cantitatea Unitatea de
măsură Parametru Cantitatea Unitatea de
măsură
Materii solide 7,8 kg Materii solide 7,8 kg
Pesticide 2,5 kg Pesticide 0,5 kg
TiO 2 0,9 kg TiO 2 0,9 kg
Apă
25976,7
kg CO 2 4,75 kg
HCl 0,3 kg
NO 2 0,2 kg
Apă 25973,5 kg
Total 25987,9 kg Total 25987,9 kg
3.10 Bilanț global de masă
INTRARE IEȘIRE
Parametru Cantitatea Unitatea de
măsură Parametru Cantitatea Unitatea de
măsură
Materii solide
total
20,8
kg Materii solide
rămase 7,8 kg
Materii solide
eliminate 13 kg
Pesticide total 2,5 kg Pesticide
rămase 0,5 kg
TiO 2 0,9 kg TiO 2 0,9 kg
Apă
25976,7
kg CO 2 4,75 kg
HCl 0,3 kg
NO 2 0,2 kg
Apă 25973,5 kg
Total 26000,9 kg Total 26000,9 kg
3.11 Bilanț de energie pe fotoreactor
S-a ținut cont de toți utilizatorii de energie din cadrul fotoreactorului.
Echipament Număr de
consumatori Putere
electrică
[kW] Putere
electrică
totală [kW] Mumăr ore
de
fincționare
[h/zi] Energie
[kWh] Cost
energie
[Lei/zi]
Lampă UV 8 0,018 0,144 18 2,592 1,6
Agitator
mecanic 1 1,8 1,8 3,5 6,3 3,9
3.12 Bilanț global de energie
Echipament Număr de
consumatori Putere
electrică
[kW] Putere
electrică
totală [kW] Mumăr ore
de
fincționare
[h/zi] Energie
[kWh] Cost
energie
[Lei/zi]
Lampă UV 24 0,018 0,432 18 7,776 4,8
Agitator
mecanic 3 1,8 5,4 3,5 18,9 11,7
Cuptor 1 4,5 4,5 3 13,5 8,37
Exhaustor 1 1,1 1,1 3 3,3 2,046
Pompă 2 3,5 7 2 14 8,68
Total 1 35,596
3.13 Calculul tehnico -economic
Costurile materiilor prime:
1 kg TiO 2= 19$
0.9 kg TiO 2= 17$ = 72.67 lei/an
Material Cantitate U.M. Cost material
TiO 2 0,9 kg 0,2 lei/zi
Total 2 0,2 lei/zi
Costurile utilit ăților:
Total 1 Cost energie [Lei/zi]
35,596
Calculul manoperii:
Personal Salariu brut Salariu/oră Număr ore /zi Manopera zilnică
Muncitor 2000 lei 12,5 lei 8 h 100 lei
Tehnician 3000 lei 25 lei 6 h 150 lei
Inginer 4500 lei 56,25 lei 4 h 225 lei
Total 3 475 lei
Calcul de producție:
Total 1 + Total 2+ Total 3 = 35,596 + 0,2 + 475 = 510,7 lei/zi
510,7/26 = 19,6 lei/m3
Pentru tratarea, în instalația prezentată, a unui volum de 1 m3 de apă uzată costul va fi de 19 lei. Iar
pentru tratarea volumului de 26 m3, costul ajunge de 511 lei.
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: CAP . 1 Metode tradi ționale de depoluare a apelor uzate [606925] (ID: 606925)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.