Depoluarea Solurilor Poluate CU Produse Petroliere Prin Metode Biologice

MINISTERUL EDUCAȚIEI NAȚIONALE

UNIVERSITATEA “OVIDIUS”DIN CONSTANȚA

FACULTATEA DE ȘTIINȚE APLICATE ȘI INGINERIE

PROGRAMUL DE STUDII: TEHNOLOGII ȘI MANAGEMENT ÎN PRELUCRAREA PETROLULUI

LUCRARE DE DIZERTAȚIE

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC: ABSOLVENT:

CHIS TIMUR CAULAMET ELVIR

CONSTANȚA

2016

MINISTERUL EDUCAȚIEI NAȚIONALE

UNIVERSITATEA “OVIDIUS” DIN CONSTANȚA

FACULTATEA DE ȘTIINȚE APLICATE ȘI INGINERIE

PROGRAMUL DE STUDII: TEHNOLOGII ȘI MANAGEMENT ÎN PRELUCRAREA PETROLULUI

DEPOLUAREA SOLURILOR POLUATE CU PRODUSE PETROLIERE PRIN METODE BIOLOGICE

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC:

Ș.L. dr. Ing. Chiș Timur

ABSOLVENT:

Caulamet Elvir

CONSTANȚA

2016

DECLARAȚIE

[anonimizat] absolvent al Facultății de Științe aplicate și inginerie, Universitatea “Ovidius” din Constanța, promoția 2014 – 2016, programul de studii TEHNOLOGII ȘI MANAGEMENT ÎN PRELUCRAREA PETROLULUI, declar pe proprie răspundere că am redactat lucrarea de dizertație cu respectarea regulilor dreptului de autor, conform actelor normative în vigoare (Legea 8/1996 modificată și completată prin Legea nr. 285/2004, Ordonanța de Urgență nr. 123/2005 modificată și Legea nr.329/2006).

Pentru eliminarea acuzațiilor de plagiat:

– am executat lucrarea personal, nu am copiat-o și nu am cumpărat-o, fie în intregime, fie parțial;

– textele din surse românești, precum și cele traduse din alte limbi au fost prelucrate de mine și sintetizate rezultând un text original;

– în cazul utilizării unor fraze citate exact, au fost indicate sursele bibliografice corespunzătoare, imediat dupa frazele respective.

Am luat la cunoștință că existența unor părți nereferențiate sau întocmite de alte persoane poate conduce la anularea diplomei de dizertație.

Data: Semnătura

“Resursele naturale regenerabile sunt constituite din sol, apă, aer, floră, faună, energie solară, eoliană și 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 consecințe pe termen lung, greu sau imposibil de evaluat și corectat”

CUPRINS

INTRODUCERE ………………………………………………………………………………… 6

CAPITOLUL I. POLUAREA MEDIULUI INCONJURATOR………………….. 10

1.1 SOLUL, IMPORTANTĂ COMPONENȚĂ A BIOSFEREI, FACTOR AL MEDIULUI ÎNCONJURĂTOR ȘI PRINCIPALUL MIJLOC DE PRODUCȚIE VEGETALĂ………………………………….11

1.2 POLUAREA SOLULUI, …………………………………………………………..13

CAPITOLUL II. PRINCIPIILE DEGRADARII BACTERIENE A POLUANTIILOR… 19

2.1 REPARTIZAREA MICROORGANISMELOR IN MEDIUL AMBIANT.……19

2.2 MICROORGANISMELE SI POLUANTII…………………………………………….19

2.3 DEGRADAREA SUBSTANTELOR ORGANICE …………………………20

2.4 FACTORI CARE INFLUENTEAZA REACTIILE BIOCHIMICE ……………..22

CAPITOLUL III. BIODEGRADAREA UNOR CATEGORII DE POLUANTI ORGANICI…24

3.1. HIDROCARBURI ALIFATICE…………………………………………………………..24

3.2 HIDROCARBURI AROMATICE…………………………………………………..25

3.3 HIDROCARBURI AROMATICE POLICICLICE…………………………………25

3.4 HIDROCARBURI CLORURATE VOLATILE…………………………………….25

CAPITOLUL IV. CERCETARI EFECTUATE LA SCARA DE LABORATOR ……………27

4.1 EXPERIMENTUL I …………………………………………………………………….27

4.2 EXPERIMENTUL II ……………………………………………………………………..28

4.3 EXPERIMENTUL III…………………………………………………………………….29

4.4 EXPERIMENTUL IV ……………………………………………………………………31

4.5 EXPERIMENTUL V……………………………………………………………………..33

4.6 CERCETARI EFECTUATE PE INSTALATIE PILOT……………………………….35

CONCLUZII……………………………………………………………………………………… 37

BIBLIOGRAFIE………………………………………………………………………………….38

INTRODUCERE

Vacanțele, drumetiile sau orice ocazie, când ne putem pierde în splendorile naturii, ne putem scufunda în apele mărilor, cățăra exaltați de uimire pe crestele munților, absorbi prin toate simțurile frumusețea Pământului , sunt visurile noastre de fiecare zi. Dacă ar fi numai atât, natura ar fi veșnic frumoasă, fericită și generoasă.

De cele mai multe ori , însă uitând că nu merităm să primim nimic degeaba , luând mereu și neoferind nimic la rândul nostru, tezaurul de frumusețe al naturii va seca. Natura nu ne aparține noua, decât în măsura în care înțelegem că noi aparținem naturii.

Omul, ființă efemeră , nu observă și nu aude glasul naturii , decât atunci când acesta devine geamăt. El învățat să observe doar reacțiile instantanee, măsurate într-un timp comparabil cu durata prea scurtei sale existențe, uită că viața naturii număra milenii. Reacțiile acesteia , deși sunt lente, se desfășoară în lanț, toate în natură fiind legate printr-o sensibilă rețea de interrelatii ce stau la baza alcătuirii și funcționării acestui miraculous sistem.

Nu încape îndoială , că solul este capitalul cel mai prețios de care omul dispune pentru satisfacerea nevoilor și ambițiilor sale. La urma urmelor , cel puțin până la inventarea fotosintezei artificiale , cu toții depindem de stratul subțire și roditor de la suprafața Pamantului, de unde se extrag majoritatea resurselor necesare vieții. Ori, unul din marile paradoxuri este că omul tinde să-și pericliteze izvorul vieții din neștiință , neglijență , lăcomie , sau din alte cauze. Așa 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 acțiunii omului.

De când omul a început să acționeze irațional împotriva naturii, suprafața terenurilor supuse deșertificarii a crescut cu un miliard de hectare și acest proces avansează într-un ritm accelerat . În fiecare an , zeci de milioane de hectare de soluri productive sunt “ devorate” de drumuri, de uzine și de orașe , de hale de deșeuri și reziduuri rezultate din activitatea industrială , victime ale luptei inegale dintre iarbă verde și asfalt.

România ca producătoare și cu tradiție în prelucrarea țițeiului, este afectată din păcate, de fenomene accidentale nedorite care duc la poluarea mediului înconjurător cu țiței, produse petroliere și reziduuri provenite din procesul de prelucrare a petrolului.

Principalele surse de poluare sunt: activitatea extractiva, prelucrarea și transportul țițeiului și produselor petroliere, poluantii rezultați de la aceste surse afectând atât aerul , apele de suprafață și subterane , vegetația și în special solul.

Fenomenele de poluare determină modificări importante la nivelul fitosferei și zoosferei, precum și al microorganismelor, ducând la dispariția unui mare număr de specii, determinând scăderea fertilității solului, cea mai importantă proprietate a acestuia , care permite susținerea vieții vegetale și animale și implicit omului.

Conștientizarea acestei stări de fapt a determinat apariția unui nou concept în construcția proceselor de dezvoltare , conceptual de dezvoltare durabilă, formulat la început numai din perspectivă protecției mediului înconjurător și a supraviețuirii omului, drept “ dezvoltarea care satisface necesitățile generațiilor prezente , fără a compromite capacitatea generațiilor viitoare de a-și indeplinii propriile necesități”.

Ulterior conceptul de dezvoltare durabilă a căpătat importante conotații politice. Astfel , la Conferința de la Rio de Janeiro din 1993 asupra schimbărilor planetare și la cea de la Bangkok din 1994 asupra stratului de ozon, au participat nu numai oameni de știință din domeniu, ci și politicieni din cele mai înalte sfere ale puterii.

În scopul satisfacerii cerințelor fundamentale ale conceptului de dezvoltare durabilă , și anume , realizarea, la scară planetară , a unui proces de dezvoltare economică , socială și politică , care să mențină și, eventual , să dezvolte resursele de evoluție ale planetei și ale speciei umane, s-au propus trei obiective pragmatice:

· Reducerea poluării generate de activitatea speciei umane în procesul de evoluție , așa cum se desfășoară el în prezent;

· Reconstructia ecologică , respectiv realizarea unui echilibru de stabilitate mare pentru mediul înconjurător.

Formularea și implimentarea unui tip de dezvoltare economică, socială și politică care să determine evoluția speciei umane către cresterea nivelului de complexitate având consecințele menținerii vieții pe planetă. În aceste circumstanțe , în mod necesar , a venit vremea ca știință să se implice în cunoașterea aprofundată a tuturor fenomenelor negative generate de antropizare, să informeze opinia publică și factorii de decizie asupra necesității schimbării evoluției sociale de la “ homo economicus” la “ homo ecologicus” și să încerce rezolvarea problemelor.

Prelevările de date experimentale și măsuratorile efectelor poluării au dus la perfecționarea metodelor fixico- chimice de analiză, dar interpretarea lor nu se poate face în cadrul , din păcate, prea îngust și hiperspecializat , al fiecăreia dintre disciplinele actuale, ci , este necesară o cercetare bazată pe interdisciplinaritate.

Din această cauză , acțiunea de reducere a plouarii, bazată în exclusivitate pe înțelegerea științifică a mecanismelor acestui fenomen , este o acțiune de durată prea mare în raport cu interesele oamenilor afectați de efectele negative ale acesteia.Este necesară o acțiune de reducere a poluării care să se desfășoare în timp real, de care să beneficiceze și oamenii care “acum” sunt victimile ei. De aceea, există o preocupare permanenta de cunoaștere a comportării și efectelor substanțelor chimice introduse în sol asupra ecosistemului, precum și a degradării naturale a acestora sau prin diferite tehnici .

În zonele de extracție a petrolului, fenomenele de poluare cu reziduuri de petrol și cu ape uzate, uneori sărate, sunt destul de extinse , impactul asupra ecosistemelor depășind intensitatea altor acțiuni antropice.

Petrolul modifică radical proprietățile solului , atât fizice și chimice cât și cele biologice . Acesta formează o peliculă impermeabilă la suprafața solului care împiedică circulația apei în sol și schimbul de gaze dintre sol și atmosferă , producând axfisierea rădăcinilor și favorizând manifestarea procesului de reducere . Pe măsura ce solul devine mai anaerob scade numărul și activitatea metabolică a bacteriilor . Petrolul , fiind bogat în carbon organic ( 98% hidrocarburi ) , crește raportul C/ N în sol, influențând negativ activitatea microbiologica și nutriția plantelor cu azot.

În zonele de extracție a petrolului problema poluării solului datorită acestei activități devine și mai complicată deoarece , concomitent cu poluarea cu reziduuri petroliere, are loc și o poluare cu ape uzate, sărate, capabile să provoace și o salinizare puternică a solurilor poluate cu petrol. În condițiile unei astfel de poluări solul devine practic neproductiv, fiind scos complet din circuitul economic.

Eliminând efectele poluării și refăcând starea inițială a ecosistemelor se pune în aplicare conceptual de dezvoltare durabilă, care, în domeniul științei solului, reprezintă optimizarea funcțiilor solului generatoare de fertilitate.

Având în vedere că poluarea cu țiței, produse și reziduuri petroliere afectează însăși capacitatea solurilor de a susține viața , elaborarea unei metodologii de remediere , adaptată condițiilor din România se impunea cu necesitate.

În acest scop , s-au efectuat cercetări privind decontaminarea prin compostare a solurilor poluate cu țiței cu ajutorul microorganismelor selecționate din microflora autohtonă.

Lucrarea constituie o evaluare complexă a problemei bioremedierii cu ajutorul microorganismelor a poluării solurilor cu compuși organici proveniți din țiței și în subsidiar apă sărată, cu indicarea modului în care se produce poluarea și a efectului acesteia asupra solurilor. Această lucrare prezintă un over view asupra principalelor metode biologice de remediere a solurilor poluate și o pledoarie pentru superioritatea bioremedierii ca tehnologie superioară pentru decontaminarea solurilor poluate cu compuși organici.

CAPITOLUL I

I. POLUAREA MEDIULUI INCONJUARATOR

Ca țară producătoare de petrol și gaze naturale, România având și un potențial de extracție cu perspectivă de creștere a producției , suferă de unele aspecte nefericite în ceea ce privește poluarea provenită din activitățile de extracție, transport și prelucrare.

Zeci de mii de hectare dintre cele mai bune terenuri agricole și sisilvice sunt poluate cu țiței, reziduuri petroliere , produse rafinate și apă sărată , adjuvant al țițeiului în activitatea de transport. După evaluarea efectuată în 1999 în cadrul ICPA, s-a stabilit că o suprafață considerabilă , peste 50 000 ha de tren , este poluantă cu astfel de produse , cele mai mari suprafețe intalnindu-se în județele Teleorman, , Bihor, Dolj, Dâmbovița, și Gorj.

Pe lângă acestea, în zonele de exploatare petrolieră , mari suprafețe sunt scoase din producția vegetală, datorită amplasării la suprafața terenului a unor conducte, sonde scoase din exploatare, depozitării unor materiale și deșeuri , la care se adaugă drumuri și poteci construite legal și inegal, linii electrice și telefonice etc.

Toate aceste cauze , la care se adaugă și faptul că la această dată , mecanismele procesului de remediere a solurilor poluate cu țiței încă sunt quasinecunoscute, actualizează în mod constant necesitatea apofundarii cercetărilor în vederea remedierii solurilor contaminate, care să elucideze aceste probleme.

Deși multă vreme s-a crezut că solul are o capacitate infinită să degradeze poluantii, astăzi este dovedit că suprafața solului poate degrada numai aproximativ 30 t materie uscată/ha/an .

Tehnologiile de depoluare a solului, constau în primul rând , în tratamente fizice și chimice asupra profilului de sol în scopul favorizarii și accelerării proceselor de biodegradare a reziduurilor petroliere deversate. Acestea trebuie să includă, deci, întregul ansamblu de tratamente necesare asigurării condițiilor favorabile dezvoltării intensive a acelor populații de microorganisme din sol , cu abilități metabolice în degradarea hidrocarburilor din țiței, respectiv asigurarea în sol a unei afânări cât mai profunde , pentru ca microorganismele ( predominant aerobe) să fie adecvat aprovizionate cu oxigen , precum și a unei fertilizări corespunzătoare cu îngrășăminte organice și minerale , mai ales cu azot, pentru ca, prin metabolismul microbian să poată fi consumate și eliminate rezervele excesive de carbon din sol realizate prin poluarea cu hidrocarburi din țiței. De altfel , problema refacerii terenurilor cu soluri poluate cu compuși organici proveniți din țiței poate fi rezolvată cu succes numai prin studierea detaliată a mecanismului pierderii fertilității, a caracteristicilor cantitative a unora sau altora dintre schimburile care se petrec în desfășurarea proceselor din sol.

Solul, importantă componență a biosferei, factor al mediului inconjurător, principalul mijloc de producție vegetală.

Solul, component al biosferei, produs al interacțiunii dintre mediul biotic și abiotic este de o extremă importanță pentru dezvoltarea vieții pe pământ.

Solul și vegetația acoperă scoarța terestră și formează o unitate indispensabilă, sistemul pedoecologic mondial, sistem în care planeta și solul sunt în strânsă interdependență. Numai după apariția vegetației a început formarea propriu-zisă a solului, învelișul recent de sol cu conținutul său de humus, acumulatorul de energie al pământului, formându-se în cursul unei istorii extreme de lungi și complicate.

Organismele ( plantele, animalele, microorganismele) și solurile se întrepătrund și interacționează în sisteme complicate ecologice ( biocenoze) care se schimbă în funcție de dinamica și caracteristicile mediului fizico- geografic.

Sinteza , transformarea , descompunerea și mineralizarea materiei organice, acumularea și redistribuirea energiei prin intermediul lanțurilor trofice ale organismelor, absorbția selectivă a elementelor chimice și concentrarea lor în apă și sol , sunt funcțiile globale cele mai importante ale sistemului organisme- soluri din biosferă.

Solurile îndeplinesc, așadar, și alte funcții esențiale care reprezintă verigi ale ciclului global biologic al substanțelor. Solurile și vegetația primesc precipitatiile și joacă un rol decisiv în ciclul apei dulci pe pământ, în formarea scurgerilor de suprafata și alcătuirea compoziției chimice a apelor. Solurile sunt habitatul a numeroase specii de microorganisme care sunt la fel de folositoare ca și organismele superioare.

În final, solurile cu organismele asociate și în special microorganismele joaca rolul unui adsorbant, purificator și neutralizator biologic universal al poluantilor , mineralizator al deșeurilor și reziduurilor organice . Datorita acestei funcții a solurilor în cadrul biosferei, omenirea a contat într-o perioadă atât de lungă de timp (în sens istoric ) pe ‘’autopurificarea naturii’’ fata de deșeurile și reziduurile produse de populația în continuă creștere degajate în mediul înconjurător.

Astfel,ecosistemul sol-organisme este unul dintre cei mai importanți factori în formarea , stabilitatea și productivitatea biosferei.

Totuși, dezvoltarea industriei, agriculturii transporturilor și a urbanizarii în ultimii 100-150 ani a început sa deregleze funcționarea normală a sistemului.

Resursele mondiale de soluri sunt limitate calitativ și cantitativ, în prezent până la 70% din soluri necesitând îmbunătățiri și amelorari de diferite feluri. Situația devine și mai alarmantă întrucât în procesul de dezvoltare al societății în ultimii 75-100 ani s-a redus considerabil suprafața trenurilor agricole. S-ar părea că nu este cazul să se dea importantă deosebită acestui fenomen dacă se are în vedere învelișul de sol numai ca o sursă pentru obținerea de produse agricole și forestiere. Îngrijorarea rezultă din faptul că schimbările posibile din balanța mondială a oxigenului și bioxidului de carbon, scăderea rezervelor de apa biologic curate și eutrofizarea lacurilor impun să se acorde o și mai mare atenție solului ca parte componentă a biosferei.

Această noua înțelegere în concepția ecologică despre rolul solurilor pe planeta noastră a apărut numai în ultimimele trei decenii . Învelișul 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 și combaterii poluării solului devine o problemă de importantă maximă, atât din punctul de vedere al producției mondiale agroalimentare și de materii prime vegetale cât și din cel al reducerii continue a suprafețelor productive, ceea ce face să asistăm la o dereglare a funcționării normale a biosferei.

Solul, acest corp natural sau divers modificat de om, cu constituție materială, arhitectură internă și însușiri fizice , chimice și biologice specifice, constituie împreună cu stratul atmosferic apropiat, mediul de viață al plantelor locul în care au loc procesele lor vitale, acumulările și transformările de substanțe și de energie; în acest mediu, la contactul rădăcinilor cu soluția solului și cu faza solidă, au loc procese de adsorbție și de schimb de substanță care constituie baza nutritiei minerale a plantelor.

Indiferent de nivelul de dezvoltare al societății umane solul a fost și rămâne principalul mijloc de producție al agriculturii. Creșterea nevoii de alimente pe plan mondial mărește necesitatea utilizării raționale a solului pentru că , în ultima instanță , capacitatea lui de producție cantitativă și calitativă este hotărâtoare pentru rezolvarea acestei probleme.

Prognozele privind creșterea populației pe plan mondial arată că, în mai puțin 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 puțin de 13,1 miliarde hectare, iar agricultura utilizează în cultură mai puțin de 1,5 miliarde hectare, ceea ce înseamnă de circa 100 de ori suprafața agricolă a României ( Răuță și Carstea, 1983). În aceste condiții raportul sol-om dobândește o semnificație 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 potențialul arabil al țării, procentul în întreaga lume este de numai 44%.

1.2. Poluarea solului

Dezvoltarea industriei petroliere, atât a celei extractive, cât și a celei prelucratoare, inclusiv transportul petrolului și al produselor petroliere, e însoțită uneori , de apariția unor fenomene secundare, neprevăzute ,cu efecte mai mult sau mai puțin dăunătoare asupra mediului înconjurător și vieții omului.

Unul din aceste fenomene este poluarea solului cu reziduuri petroliere cu sau fără apă sărată, ca și cu alte produse reziduale rezultate de la activitățile de exploatare și extracție a țițeiului, la acestea adaugandu-se pierderile din conductele care transportă țiței sau produse petroliere.

În zonele de extracție a țițeiului, fenomenele de poluare cu reziduuri și produse petroliere, precum și cu ape uzate, uneori încărcate cu săruri, sunt destul de extinse, impactul asupra ecosistemelor depășind intensitatea altor acțiuni antropice. După evaluarea făcută în anul 1987 de către Consiliul Național pentru Gospodărirea Unitară a Fondului Funciar, împreună cu comitetele executive ale consiliilor locale și specialiști din Consiliul Național pentru Protecția Mediului Înconjurător, Institutul de Cercetări pentru Pedologie și Agrochimie și reprezentanți ai Ministerului Petrolului, datorită deversarilor de petrol, apă sărată și nămol de sondă, erau afectate peste 50 000ha, din care peste 49470ha terenuri agricole. Pe mari suprafețe ( 3380 ha, din care 2850ha teren agricol), solul era excesiv poluat, fiind practic neproductiv. Cele mai mari suprafețe cu soluri poluate cu petrol și apa sărată se găsesc în județele Teleorman, , Bihor,,Dolj, Dâmbovița, și Gorj.

Pe lângă acestea, în zonele de exploatare petrolierea, mari suprafețe sunt scoase din producția vegetală din cauza unor conducte, sonde scoase din exploatare, depozitării unor materiale și deșeuri , la care se adaugă drumuri și poteci construite legal și ilegal , linii electrice și telefonice.

Compoziția chimică a reziduurilor de petrol .

Reziduurile de petrol sunt amestecuri complexe de hidrocarburi ( 98%), aparținând 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 compoziția 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)

Cele mai importante proprietăți ale petrolului, din punctual de vedere al interacțiunii cu solul sunt:

starea de agregare – amestec de compuși lichizi în care sunt

dizolvati compuși solizi și gazoși;

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 proprietăți determină interacțiuni specifice ale reziduurilor de petrol cu solul producând modificarea caracteristicilor fizice , chimice și biologice ale solului.

Solurile poluate cu petrol prezintă la suprafața o peliculă impermeabilă care împiedică circulația apei în sol și schimburile de gaze între sol și atmosferă, producând asfixierea rădăcinilor și favorizând manifestarea proceselor de reducere.

Petrolul fiind bogat în carbon organic ( conține 98 % hidrocarburi ) crește raportul C/N în sol influențând negativ activitatea microbiologica și nutriția cu azot a plantelor.

Efectul imediat al poluării solului cu petrol se reflectă în însăși perturbarea activității microbilogice din sol. Astfel , în primele săptămâni după deversare, în funcție de intensitatea poluării , are loc reducerea activității microbiologice din sol, situație confirmată de analizele privind respirația solului ( degajare de dioxid de carbon ) și activitatea enzimatica ( dehidrogenazica).

Apoi în condiții optime de temperatură se manifestă o tendință de revenire la starea microbiologica normală a solului, deoarece numeroase bacterii, drojdii, microfungi și chiar alge sunt capabile să degradeze hidrocaburile.

Prin urmare , biodegradarea apare ca un mijloc operațional pentru combaterea poluării cu petrol și 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 , așa cum s-a arătat anterior, rămân în partea superioară a profilului de sol. O parte importantă a hidrocarburilor dispare lent sub acțiunea fenomenelor naturale

( evaporarea, fotooxidarea, dizolvarea , biodegradarea, etc.) În primele ore după deversare are loc evaporarea celor mai volatile hidrocarburi

( majoritatea celor cu C 13 – C14 ) .

De asemena, are loc solubilizarea hidrocarburilor ușoare și transformarea celorlalte hidrocarburi datorită fotooxidarii sub acțiunea razelor solare ultraviolete.

Poluarea solului înseamnă orice acțiune care produce dereglarea funcționării normale a solului ca suport și mediu de viață în cadrul diferitelor ecosisteme naturale sau create de om, dereglare manifestată prin degradarea fizică , chimică sau biologică a solului și apariția în sol a unor caracteristici care reflectă deprecierea fertilității sale, respectiv reducerea capacității bioproductive atât din punct de vedere calitativ cât și / sau cantitativ ( Răuță și Carstea, 1983).

Noțiunea “ poluarea solului” trebuie altfel înțeleasă decât poluarea aerului sau apelor. În cazul aerului și apelor, acestea fiind componente mai simple și mai omogene, poluarea înseamnă pătrunderea în masa lor a unor substanțe sau elemente cu influență nocivă (poluantă ) care le fac improprii sanatați omului, mediului înconjurător. Prin înlăturarea poluantului prin măsuri de epurare curățire , compoziția aerului sau a apei revine mai repede la starea,normala. Nu aceeeasi situație se întâlnește în cazul solului, care este o componentă complexă unde factorii constituenți se află într-un echilibru realizat și ajuns la un anumit grad într-o perioadă îndelungată de timp.Dacă prin poluare se dereglează acest echilibru el nu se poate reface așa de repede prin înlăturarea cauzei.

Pe lângă acesta, prin noțiunea de poluare a solului se înțelege nu numai pătrunderea unor elemente din afară , cum se întâmplă la aer și apă, ci și modificarea caracteristicilor naturale ale unui component al solului, care atrage după sine afectarea fertilității solului, funcționarea normală a acestuia.

Astfel, solul poate fi supus unor fenomene ce afectează toate funcțiunile sale fizice, chimice , biologice biochimice.

Dacă în cazul apei și aerului , termenul “poluare” a găsit accepțiune și utilizare largă încă de multă vreme,în legătură cu solul,acest termen s-a impus , pe plan mondial, destul de recent , în special după Conferința Mondială a Națiunilor Unite cu privire la Mediul Uman .

Ca urmare a dezvoltării activităților umane , industriale și agricole , solurile au fost poluate din diverse surse, ceea ce a dus la afectarea , în unele zone până la dispariție, a pricipalei lor însușiri fertilitatea. În ultimele patru decenii au fost neglijate aproape în întregime problemele de protejare a condițiilor de viață , de ocrotire a mediului, de menținere a echilibrului ecologic.

Din datele centralizate la nivelul anului 1990 rezultă că anual sunt emise în atmosferă cca.193000 tone de substanțe poluante , din care dioxid de carbon, dioxid de sulf, oxizi de azot , amoniac, fenoli, compuși 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 “coșul de gunoi” al poluantilor.

Ca urmare , solurile României , poluante în special cu metale grele , fluor și dioxid de sulf pe o suprafata de circa 900000 ha, din care 200000 ha excesiv poluante , devin complet neproductive . În jurul termocentralelor pe cărbune și al fabricilor de acid sulfuric și îngrășăminte se constată fenomene de acidifiere pronunțată a unor soluri ca efect al ploilor acide formate pe seama oxizilor de sulf și azot. Haldele de cenușă 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 menționat anterior, peste 50000 ha.

Deversarea în râuri a unor cantități însemnate de substanțe chimice toxice contribuie la poluarea solului prin folosirea apei din aceste râuri la irigație.

În urma lucrărilor efectuate în cadrul “ Sistemului Integrat de Monitoring al solurilor din România “ a rezultat o clasificare a principalelor tipuri de poluare ( Răuță și 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 suprafata ;

Depunerile rezultate din flotatia brută;

Halele de cenușă;

Halele de fosfogips;

6. Poluare cu compuși halogenați persistenti ( DDT,HCH);

7. Poluare cu ape reziduale din dejecții și deșeuri urbane;

8. Poluare cu nitrați , fosfați, 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 ținând seamă de diminuarea producției agricole calitativ și cantitativ. În condițiile introducerii în calcul a pagubelor pe care agricultura le suportă ca urmare a afectării însușirilor de bază ale solului de care depinde funcționarea normală a acestuia ca suport și mediu de viață pentru plante, pierderile agriculturii pot atinge valori impresionante de 300-400 miliardel lei.Desigur că evaluarea se complică și mai mult dacă am lua în considerație și efectele negative pe care un sol poluant le are asupra productivității celorlalte agroecosisteme , asupra calității vieții omului, respectiv asupra stabilității biosferei.

CAPITOLUL II

II. PRINCIPIILE DEGRADARII BACTERIENE A POLUANTIILOR

2.1 Repartizarea microrganismelor in mediul ambiant

In vecinătatea pânzei freatice, condițiile fizico-chimice se păstreză relativ constante, cu o temperatură medie de aproximativ 10 C, astfel că in spațiul poros din matricea rocii se pot dezvolta condiții de viață favorabile pentru microorganisme. Cercetările microbiologice realizate pe eșantioane prelevate din subsol au pus in evidență faptul că pot fi găsite valori de ordinul … celule intr-un gram de sol. In general, pentru a trăi și a se putea inmulți, microorganismele au nevoie de substanțe nutritive și de energie : o celulă care utilizeză 50% nutrienți are nevoie de 3. grame de carbon pentru a diviza; cu 3 mg \ l de carbon ar putea deci să se formeze in spațiul poros o populație microbiană de ordinul a celule. In categoria microorganismelor sunt cuprinse bacteriile, ciupercile și produsele de fermentare. Trebuie precizat că in sol există in mod natural populații bacteriene și fungicide capabile să degradeze prin process metabolic hidrocarburile și alți poluanți. Bacteriile autohtone predominante sunt Pseudomonas, Bacillus, Arthrobacter, Flovorbacterium, Micrococcus. Principalele fungicide intâlnite sunt Tricoderma, Penicillium, Asperigillus.

2.2. Microorganismele și poluanții

Așa cum s-a precizat anterior, pentru a dezvolta formând ceea ce numim biomasa, microorganismele au nevoie de energie și de anumite elemente vitale. Energia este obținută prin reacții de reducere a unor substanțe oxidante; elementele vitale majore (C, O, H, N, Mg, Ca) sunt asigurate din compușii organic și minerali prezenți in sol. Mai sunt necesare unele elemente, in cantitate foarte mică, cum ar fi Zn "și Mn, care sunt esențiale pentru enzime. In funcție de nevoile pe care le au pentru alimentare și dezvoltare, se disting:

Microorganisme heterotrofe care au nevoie de substanțe organice și se dezvoltă bine in mediu de hidrocarburi; acestea sunt cele care pot intervene in principal in procesul de depoluare;

Microorganisme autotrofe, care utilizează CO, CO2 și alți compuși neorganici.

După nesesarul de oxigen pot fi impărțite in:

Microorganism aerobe, care au nevoie de oxigen pentru degradarea substanțelor organice;

Microorganisme facultativ anaerobe, care pot degrada substanțele organice in prezența oxigenului, iar dacă acesta lipsește, metabolismul poate devein anaerob;

Microorganisme anaerobe, care pot degrada substanțele organice in absența oxigenului, dar il pot tolera atunci când el este prezent in cantitate mică; există și microorganisme strict anaerobe, care sunt distruse de cea mai mică concentrație de oxigen.

Schimburile care au loc intre poluanți și microorganisme au fost impărțite in trei categorii:

Neutre – nu există nici o influență a poluantului asupra bacteriilor, nici invers; poluantul nu este degradabil de către bacteria, dar nici toxic pentru acestea;

Negative – poluantul are o concentrație toxică pentru bacterii sau este activ numai in mod selectiv;

Pozitive – microorganismele au acțiune de degradare a poluanților;

2.3. Degradarea substanțelor organice

Microorganismele degradează compușii organic pentru a elibera energia conținută in legăturile molecular C-C, transformându-i in CO2 sau in metan și apă. Aceasta ar fi doar o mică parte a activității microorganismelor, care poate fi utilizată pentru biodegradarea compușilor organic prezenți in mod natural intr-un mediu, dar si a celor care sunt datorati activității umane, cum ar fi poluanții de natură organică. Biodegradarea se realizează in prezența unor enzime, care joacă rol de catalizatori și promovează anumite reacții specifice. Procesele de biodegradare in care se folosesc populații de microorganisme pentru descompunerea unor compuși organici sunt similare proceselor de degradare naturală care necesită enzime.

Biodegradarea nu conduce neapărat la o mineralizare completă. Mineralizarea este de fapt oxidarea totală a unui compus organic. Un compus poate fi recalcitrant, atunci când el resistăla orice grad de biodegradare, sau persistent, dacă se degradează numai in anumite condiții, ce trebuie asigurate. Enzimele sunt protein capabile să catalizeze anumite reacții biologice caracteristice.

Enzimele sunt specific unor grupe de produse și nu produselor luate separat. Unul dintre principalele mecanisme care fac să intervină enzimele – utilizat de bacteria in degradarea compușilor xenobiotici – este numit “biodegradarea gratuită”; pentru ca acesta să se producă este necesar ca populațiile de bacterii să fie capabile să genereze enzimele specifice pentru compușii xenobiotici.

Cometabolismul inseamnă procesul de mineralizare a unor poluanți care nu furnizează energie microorganismelo; prin urmare un al doilea compus este necesar pentru intreținerea procesului biologic.

Mineralizarea completă a unui compus xenobiotic poate necesita mai multe grupe de microorganisme. Trebuie ințeleasă comportarea și importanța unor populații microbiene pentru reabilitarea unui teren poluat, deci trebuie recunoscute limitele studiilor realizate in laborator cu o singură specie de microorganisme.

Biodegradarea presupune trei etape succesive:

Transformarea energiei produse in timpul reacțiilor de oxido-reducere a substanțelor organice in adenozintrifosfat (ATP). ATP este utilization reacțiile de biosinteză. Căile geochimice prin care este format ATP sunt fermentația, in care oxidarea se produce in absența accepturilor de electroni, respirația anaerobă, in care un alt compus decât oxigenul, de exemplu un nitrat, sulfat sau carbonat, servește ca acceptor de electroni.

Formarea acizilor organici cu ATP; acești acizi se formează intr-un ciclu continuu și sunt utilizați simultan pentru sinteza celulelor, enzimelor sau rezervelor.

Eliminarea produselor metabolice și deșeurilor (produse care nu sunt biodegradabile); metabolismul reprezintă ansamblul reacțiilor de biosinteză și de degradare care se realizeză in interiorul celulelor.

2.4. Factori care influențează reacțiile biochimice

Pentru depoluarea prin degradare biologic, factorul cel mai important este viteza de degradare a poluantului. Aceasta este controlată pe de o parte de viteza cu care se realizează metabolismul, iar pe de altă parte de energia rezultată, altfel spus de numărul de molecule de ATP care se formează prin degradarea unei molecule organice. Condițiile de mediu au și ele o influență majoră in proces. Pentru obținerea unui sistem optim este necesar ca, intr-un mediu adecvat, condițiile să fie favorabile.

Viteza procesului metabolic al microorganismelor și implicit viteza de degradare a substanțelor organice sunt dependente de o serie de parametrii, intre care:

Temperatura

Se pot distinge trei zone de temperatură:

O zonă unde temperatura este minimă și procesul de inmulțire foarte lent, in care creșterea populației bacteriene este totuși posibilă.

O zonă cu temperature optimă, in care procesul se derulează cu viteză mare.

O zonă cu temperatură mare, in care microorganismele sunt incă tolerate, inainte de a deveni inactive, din cauza temperaturii prea ridicate.

Bacteriile se pot impărții in trei grupuri:

Termofile, care se dezvoltă optim la peste 55 grade C

Mezofile, la temperaturi de 25-45 grade C

Psihofile, la aproximativ 0 grade C.

Variația temperaturii mediului conduce implicit și la o schimbare a polpulației microbiene.

pH

Ca și temperatura, pH-ul accelerează viteza de biodegradare a poluanților. Se disting și in acest caz trei zone caracteristice ale valorilor pH.

Conținutul in oxigen

Degradarea poate fi aerobă sau anaerobă, cele două categorii fiind diferențiate mai ales după energia degajată prin proces. In general, un conținut de oxigen mai mic de 1% face ca procesul să treacă din aerob in anaerob.

Pentru o temperatură a apei subterane de 10 grade C, concentrația in O2 la saturație este de 10 mg\l, la presiunea atmospherică. Pentru a degrada biologic 1 kg de hidrocarburi este necesară o cantitate de oxigen de 3 – 3,5 kg O2 ; in condițiile menționate, acesta ar putea fi găsit Intr-un volum de apă de circa 300 m3.

Prezența apei

Apa poate fi unul din factorii esențiali in dezvoltarea microorganismelor. Transportând nutrienții către celule, apa favorizează cataliza enzimelor.

Pe de altă parte, microorganismele care se dezvoltă intr-un mediu cu foarte puțină apă trebuie să consume energie suplimentară pentru a o procura. In orice caz, sub un anumit conținut in apă al mediului de cultură, activitatea microbiană incetează și celulele mor.

Biodisponibilitatea poluanților

Al[turi de factorii fizici, biodisponibilitatea poluantului este un criteriu important. Condiții optime de degradare se inregistrează atunci când poluantul este dizolvat intr-o cantitate suficientă de apă. Se afirma că trecerea in soluție a poluantului poate fi favorizată prin adăugare de substanțe tensioactive, dar acest aspect este incă in fază de cercetare. Pentru obținerea unui sistem optim de biodegradare este necesar ca toate aceste condiții să fie reunite intr-un mediu de cultură adecvat.

CAPITOLUL III

III. BIODEGRADAREA UNOR CATEGORII DE POLUANTI ORGANICI

In continuare se vor prezenta câteva exemple de mecanisme de degradare pentru diferite categorii de poluanți organici.

Hidrocarburi alifatice

Hidrocarburile alifatice pot fi clasificate in:

-alcani

-alchene

-alchine

-izoalcani

Hidrocarburile alifatice nu sunt degradabile decât in condiții aerobe. Biodegrabilitatea acestora poate fi estimată pornind de la trei factori:

-proprietăți fizice, care depind de numărul de atomi de carbon și de lungimea lanțului molecular;

-structura;

-toxicitatea.

Biodegradabilitatea urmează următoarea ordine descrescătoare:

Alcani – izoalcani – alchene – cicloparafine.

Proprietățile legate de numărul de atomi de carbon, deci de mărimea molecule, sunt esențiale. Astfel, moleculele mici aparțin unor fluide aflate in stare de gaz sau lichid cu volatilitate mare; ele sunt degradabile, dar numai in anumite condiții. Moleculele de talie medie sunt mai puțin volatile și se degradează ușor, in timp ce moleculele mari nu sunt volatile, fiind greu biodegradabile. Benzina, combustibilii și motorina fac parte din categoria hidrocarburilor alifatice.

Hidrocarburi aromatice

S-a crezut multă vreme că biodegradarea este imposibilă in condiții anaerobe, dar s-a observat că benzenul, toluenul și etilbenzenul pot fi mineralizate lent și intr-un asemenea mediu, fenomen ce a fost demonstrate in 1988.

Pentru aplicabilitate practică in procese de depoluare prezintă insă interes numai degradarea aerobă. In cadrul grupului aromaticelor, compușii din categoria BTX – benzen-toluen-xilenti-sunt considerați ușor biodegradabili.

Hidrocarburi aromatice policiclice

Acest grup nu se pretează foarte bine la degradare biologic, deoarece chiar dacă nucleele sunt transformate unele după altele in condiții aerobe, eliminarea moleculelor toxice se realizează mai greu, motiv pentru care limitele de remediere nu sunt foarte bine cunoscute; s-a observant o mineralizare parțială a antracenului și fenantrenului.

Hidrocarburi clorurate volatile

Având in vedere volatilitatea ridicată, acești compuși, mai ales la concentrații mari, se pretează mai bine la eliminarea prin stripping sau venting. Biodegradarea poate fi luată in considerare numai la concentrații inferioare pragului de toxicitate.

Fenoli și derivați ai fenolului

Se pretează la biodegradare aerobă mai bine decât hidrocarburile aromatice; biodegradabilitatea se diminuează cu creșterea numărului de grupări metal din moleculă. Limitele de biodegradare sunt legate de pragul de toxicitate.

Clorofenoli și derivați clorurați puțin volatili

Această categorie inglobează toate substanțele care cuprind in structural or o parte important cu conținut de clor, ca și compuși aromatic (clorobenzoli) de tipul pesticidelor. Compușii respectivi, ca și reziduurile lor, sunt foarte toxici. Clorofenolii sunt substanțe volatile (fungicide, bactericide) și pot fi degradați prin declorurare, pe baza acelorași mecanisme ca hidrocarburile clorurate volatile, sau prin fisiunea nucleului care urmează declorurării in mediu aerob. Această cale de degradare este independent de numărul de atomi de clor.

Clorofenolii sunt mai ușor degradabili decât clorobenzolii, dar mai greu decât fenolii. Structura, solubilitatea in apă și capacitatea de adsorbție sunt factori care influențează degradarea lor biologică.

PCB, dioxinele, furanul

Sub denumirea de PCB sunt cuprinse produsele din categoria poli-clorobifenili, care sunt compuși aromatic clorurați, cu diferite procente de clor. Se cunosc 209 asemenea produse. Dioxinele și dibenzofuranii sunt eteri aromatic. Acești compuși policlorurați sunt practic insolubili in apă și se adsorb puternic pe granulele de rocă. Pentru PCB structura de bază este mineralizabilă in aceeași manieră ca la hidrocarburile aromatice, in condiții aerobe, dar procesul este foarte lent. Deși rezultatele cercetărilor nu sunt pe deplin favorabile, au fost selecționate și izolate unele bacteria (circa 30) care par mai adaptate pentru biodegradarea PCB.

In condiții aerobe, cercetări effectuate in teren au arătat că există populații specifice de bacteria care se dezvoltă in mod natural in mediu poluat cu PCB, acționând in direcția declorurării.

CAPITOLUL IV

IV.CERCETARI EFECTUATE LA SCARA DE LABORATOR

Pentru cercetările la scara de laborator s-au construit 5 modele experimentale care să evidențieze bioremedierea aerobă intensificată in comparație cu bioremedierea naturală. Modelele experimentale au fost vase din sticlă cu volumul de 3 l, umplute cu cantitate cunoscută de sol (volumetric și din punct de vedere al greutății) la care s-a adăugat o cantitate cunoscută de produs petrolier.

4.1 Experimentul I

In varianta experimentală I s-a urmărit depoluarea naturalăa solului infestat cu motorină, lucrându-se intr-un vas de sticlă transparent cu volumul de 3 l (vas Erlenmeyer) in care s-a adăugat:

-3000 ml sol (2715g)

-75 ml motorină (66g)

-concentrația de poluant=24,31g\kg de sol

Concentrația de motorină in sol a fost inițial de 24300 mg\kg de sol, valoare ce depășește de 12 ori pragul de interveneție la poluarea solului (2000 mg\kg). Experimentul s-a desfășurat in condiții constante de temperatură (-20 grade C). Perioada pe care s-a desfășurat experimentarea a fost cuprinsă intre 07.09.2006 și 24.11.2006.

Rezultatele măsurătorilor de laborator pentru varianta I

Din analiza rezultatelor prezentate in tabelul de mai sus, se constată:

Solul inițial contaminat cu produs petrolier conține elemente biogene;

Procesul natural de bioremediere s-a instalat, fapt demonstrat de scăderea cu 60% a concentrației de produs petrolier;

4.2. Experimentul II

In varianta experimentală II s-a urmărit depoluarea naturală a solului infestat cu motorină, lucrându-se in același condiții ca in variant I – intr-un vas de sticlă transparent cu volumul de 3 l (vas Erlenmeyer) in care s-a adăugat:

-3000 ml sol (2755g)

-75 ml motorină (66 g)

-concentrația de poluant = 23,96 g\kg de sol

La care s-a introdus 1000 ml apă, la inceputul experimentului.

Rezultatele măsurătorilor pentru varianta II

Experimentul s-a desfășurat in condiții similare ca in varianta I.

Rezultatele măsurătorilor de laborator sunt prezentate in următorul tabel:

Procesul natural de bioremediere s-a instalat fapt demonstrat de scăderea cu 37% a concentrației de produs petrolier, valoarea fiind sub cea rezultată in variant experimentală I de cca. 60%. Acest fapt se datorează scăderii posibilității de oxigenare a solului in adâncime, ca urmare a scăderii porozității acestuia și totodată datorită dificultăților de instalare a proceselor de biodegradare aerobe. Procesele anaerobe sunt mai lente iar timpul necesar biodegradării naturale crește.

4.3. Experimentul III

In varianta experimentală III s-a urmărit depoluarea biologică aerobă intensificată a solului și apei subterane infestate cu motorină, lucrându-se in aceleași condiții ca in varianta II – intr-un vas de sticlă transparent cu volumul de 3 l (vas Erlenmeyer) in care s-a adăugat:

-3000 ml sol (2730)

-75 ml motorină (66g)

-se adaugă apa: 1000 ml.

Concentrația inițială de poluant fiind de 17,69 g\kg de sol umed.

Experimentările au inceput in data de 07.09.2006, fiind in desfășurare in prezent. Pentru menținerea nivelului acviferului s-a adaugat periodic o cantitate de apă variind intre 50 și 100 ml apă săptămânal. Solul poluat cu motorină a fost supus aerării, cu un debit de aer de 20l\h, timp de 30 minute zilnic.

In acest experiment s-a urmărit pe lângă bioremedierea solului poluat cu produse petroliere și depoluarea acviferului. Din acest considerent la intervale regulate de timp s-a introdus apă potabilă pentru menținerea nivelului acviferului și suplinirea cantității extrase pentru analiză.

Rezultatele măsurătorilor pentru varianta III

In această variantă se obțin eficiente de reducere a produsului petrolier prin intermediul procesului de bioremediere aerobă intensificată de cca 70% față de varianta precedent in care s-au realizat eficiente de numai 37%. Acest fapt se datorează adaosului de oxigen atmosferic care menține condiții aerobe in stratul de apă freatică și sol. Procesul de biodegradare aerobă este dezvoltat fapt evidențiat de observațiile microscopice efectuate pe probe de sol recoltate din industria experimentală.

Pentru a stabili eficiența procesului de bioremediere aerobă a acviferului, s-a analizat concentrația de poluant din”pânza freatică”. In următorul tabel se prezintă rezultatele experimentărilor de laborator.

Eficiența de indepărtare a produselor petroliere determinată după o perioadă de cca. 80 zile a fost de 80%. Se observă de asemenea reducerea concentrației de substanțe organice (CCO-Cr) de la valori de 2400 mg\l la 268 mg \l cu eficiență de cca. 89%. Instalația va fi menținută in funcțiune și in perioada următoare pentru a se urmării indepărtarea produsului petrolier până la o concentrație inferioară astfel incât apa să devină potabilă.

Observațiile microscopice au evidențiat următoarele:

In apa percolată – s-au observat frecvente flagelate, ciliate de talie mijlocie, frecvenți rotifer și viermi cilindrici;

In eșantionul de sol – s-au observat frecvente flagelate, ciliate mai puțin intâlnite, rotiferi și viermi cilindrici destul de frecvenți.

4.4. Experimentul IV

In varianta experimental IV s-a urmărit transportul produsului petrolier de la suprafața solului in apa subterană și depoluarea solului și apei subterane prin adaos de ecosol la suprafața solului. Crearea modelului experimental a presupus următoarele:

– s-a creat un spațiu de separare intre sol și acvifer montându-se o sită de susținere a stratului de sol.

– s-a cantărit și adăugat 2000 ml de sol (1981g).

– s-a dizolvat 1,5 ml de ulei ars in 1000 ml apă și s-a adăugat la suprafața solului.

– s-au dizolvat 4 g ecosol in 100 ml apă și s-a adăugat la suprafața solului.

– la fiecare 3 zile s-au adăugat 100 ml apă potabilă.

S-a urmărit să se evidențieze posibilitatea depoluării solului, subsolului și apei freatice printr-o tratare la suprafața solului cu produse care conduc la reținerea, transformarea și degradarea biologică a contaminanților petrolieri din sol. Prin adaosul apei s-a dorit transportul produsului petrolier și a ecosol-ului adăugat spre zona din subsol și in acvifer.

Rezultatele măsurătorilor pentru varianta IV

Din analiza datelor analitice rezultă că in sol se realizează o creștere a concentrației substanțelor organice ca urmare a adaosului de produs petrolier și totodată o creștere inițială a concentrației de azot și fosfor ca urmare a adaosului de ecosol urmând a se reduce concentrația acestor elemente ca urmare a instalării proceselor de bioremediere intensificată cu ajutorul ecosol-ului.

Pentru a stabili eficiența procesului de bioremediere aerobă a acviferului, s-a analizat concentrația de poluant din “pânza freatică”. In următorul tabel se prezintă rezultatele experimentărilor de laborator.

Eficiența de indepărtare a produselor petroliere determinată după o perioadă de cca. 70 zile a fost de 80%. Se observă de asemenea reducerea concentrației de substanțe organice (CCO-Cr) de la valori de 2900 mg\l la 816 mg\l cu o eficiență de cca. 72%. Instalația va fi menținută in funcție și in perioada următoare pentru a se urmări indepărtarea produsului petrolier până la o concentrație inferioară astfel incât apa să devină potabilă.

Observațiile microscopice au evidențiat următoarele:

In apa percolată – au fost intâlnite mai puține flagelate și mai frecvente ciliate libere de talie mică, rotifer și viermi inelați.

In eșantion de sol – o bogată floră bacteriană, rare flagelate, rotiferi și viermi inelați.

4.5. Experimentul V

In varianta experimentală V s-a pornit experimentul de la un sol și subsol poluate cu produse petroliere la care s-a incercat depoluarea prin adăugarea la suprafața solului de produs adsorbat cu rol in depoluarea biologică a solurilor tip ecosol. Experimentul a urmărit transportul produsului ecosol spre subsol și acvifer și depoluarea solului și apei subterane ca urmare a reacțiilor biologice inițiate de ecosol.

Crearea modelului experimental V a presupus următoarele:

S-a creat un spațiu de separare intre sol și acvifer montându-se o sită de susținere a stratului de sol.

S-a cântărit și adăugat 2000 ml de sol (1992g) amestecat cu 75 ml ulei ars (omogenizat și prealabil).

S-au dizolvat 4 g ecosol in 100 ml apă și s-a adăugat la suprafața solului.

La fiecare 3 zile s-au adăugat 100 ml apă potabilă.

In această variantă experimentală s-au urmărit să se evidențieze posibilitatea depoluării solului, subsolului și apei freatice poluate istoric, printr-o tratare la suprafața solului cu produse care conduc la reținerea, transformarea și degradarea biologică a contaminantților petrolieri din sol. Prin adaosul periodic al apei s-a dorit transportul ecosol-ului adăugat, spre zona din subsol și in acvifer pentru depoluare.

S-a urmărit variația incercării organice, a conținutului de substanțe extractibile, de azot și fosfor, atât in sol, cât și in apa percolată prin sol, pentru a se stabili performanțele de remediere ale sistemului. Periodic s-au recoltat probe de sol și apă pentru caracterizarea din punct de vedere al poluării.

Rezultatele măsurătorilor pentru varianta V

Eficiențele de indepărtare a produsului petrolier ating valori de 64% in varianta V mai mici decât in varianta IV intrucât poluarea inițială a solului a fost mai intensă in varianta V, fiind necesar un timp mai mare pentru indepărtarea acestora.

Pentru a stabili eficiența procesului de bioremediere aerobă a acviferului, s-a analizat concentrația de poluant din “pânza freatică”. In următorul tabel se prezintă rezultatele experimentărilor de la borator.

Observațiile microscopice au evidențiat următoarele:

In apa percolată – puține flagelate, ciliate libere de talie mică, rari rotiferi.

In eșantion de sol – foarte rari viermi inelați și rotiferi.

Prezența rotiferilor in component solului și a apei evidențiază realizarea unui proces biologic de epurare avansat.

4.6. Cercetări efectuate pe instalație pilot

Cercetările experimentale privind tehnologiile de remediere a solului s-au efectuat și in instalație pilot. Instalația pilot constă dintr-un model experimental realizat intr-un bazin din beton de formă paralelipipedică având cu dimensiunile bxlxh=0,5×5,0x1m, umplut cu straturi successive de rocă\sol:

– pietriș – la bază cu grosimea de 0,35 m

– nisip cu grosimea de 0,5 m

– pământ (sol) la suprafața in grosime de 0,15 m.

Condiții experimentale:

Pentru execuția modelului in bazinul din beton s-au introdus mai intâi 5 drenuri cu diametrul de 100 mm amplasate la distanța de 1 m intre ele, care să simuleze forajele de observație din modelul experimental la scara pilot, care străbat straturile de rocă\sol suprapuse in bazin de la suprafață până spre radierul bazinului. In fiecare dren s-au introdus instalații de aerare cu bule fine (prevăzute cu piatră ponce) și alimentate cu aer de la o sursă de aer (Q=50l\min).

După realizarea modelului s-a executat poluarea solului cu produs petrolier utilizeându-se 5 kg de produs petrolier distribuit cât mai uniform la suprafața solului. Apoi s-a inundat modelul cu apă potabilă pentru realizarea transportului pe adâncime a produsului petrolier și crearea stratului de acvifer având o adâncime de 0,75-0,8 m. Experimentul s-a desfășurat in condiții statice fără simularea curgerii apei subterane. Perioada in care s-au desfășurat cercetările experimentale a fost 20.10 – 27.11.2006, perioada in care s-a introdus aer comprimat sub formă de bule fine in forajele de observație ale modelului (tuburile de dren).

S-a studiat pentru inceput transportul poluanților in pânza freatică pornind de la suprafața solului spre straturile inferioare ale modelului.

Pe perioada experimentărilor s-a urmărit variația concentrației produsului petrolier determinat ca substanțelor extractibile in solvenți organici.

Rezultatele experimentărilor la scara pilot sunt prezentate in următorul tabel:

Substanțe extractibile(mg\l)

In perioada cât au durat experimentările nu se poate evidenția instalarea procesului de bioremediere aerobă. Pentru inceput se constată doar o dispersie a poluantului in subsol și acvifer fapt evidențiat de creșterea de produs petrolier in probele recoltate din cele 5 foraje de observație. In ultima perioadă de experimentări s-au inregistrat scăderi a concentrațiilor măsurate la produs petrolier până la 50% din valoarea maximă inregistrată.

CONCLUZII

1. Pe parcursul procesului de extracție, separare, depozitare și transportul țițeiului pot apare accidente ( spargerea conductelor, diverse scurgeri) care conduc la scurgerea țițeiului pe terenuri agricole sau cu vegetație forestieră, producând poluarea puternică a solului.

2. In asemenea cazuri se recomandă ca imediat după accident să fie săpate gropi și șanțuri pentru dirijarea și colectarea petrolului deversat pe teren.

3. Solul îmbibat cu petrol colectat și depozitat corespunzător va fi decontaminat prin diverse metode, una dintre cele considerate mai eficientă fiind cea biologica.

4. Rezultate foarte bune și aproximativ asemănătoare din punct de vedere al perioadei și procentului de petrol degradat pe perioada de experimentare sau obținut la modulele constituie din sol poluat cu 5 % petrol, așezate ( în ordinea procentului de degradre a petrolului) pe sol 92% după 3 ani, pe panouri de aerisire ( 91%), tratat cu inocul bacterian formulat de ICPA București( 79%), și la modulele constituite din sol poluat cu 10 % petrol așezat sol (88%), pe strat de paie ( 86%) și pe panouri de aerare ( 86%).

5. Pe terenurile curățate de stratul de sol poluat puternic- foarte puternic cu petrol, în vederea decontaminarii se vor aplica tehnologii de fitoremediere. Pe suprafețele decopertate de solul puternic- foarte puternic poluate cu petrol se poate aplica sol compostat, decontaminat de petrol.

6. 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, așezate pe sol, paie , panouri de aerare, tratate/ netratare cu inocul bacterian ( microorganisme cu implicare în degradarea petrolului selecționate 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.) îmbunătățește procesul de degradare a petrolului, reduce perioadă de decontaminare și previne poluarea solurilor limitrofe.

BIBLIOGRAFIE

1. Alexander M.,Biodegradation and Bioremediation,Academic Press, ,1994.

2. Alexander M.,-Introduction to Soil Microbiology.J.Wiley &Sons,Inc, ,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,Timișoara,2002.

5.Atlas R.M.-Biodegradabilitatea poluantilor în sol.Tehnici de Bio-și Fito-remediere.Curs Internațional,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 și protecția mediului.Edit.Ceres.București,2000.

9.Bossert I.And Bartha R.,The fate of petroleum în soil ecosystems.Petroleum Microbiology,Edit.Ronald M.Atlas, 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.,Mihăiță M.,Petrescu V.,Tiganescu D., Necesitate și responsabilitate-modelul dezvoltării economico-sociale durabile între cunoaștere și realizare-Orizont XXI,ASE,AGIR,Facultatea de Îmbunătățiri Funciare și Ingineria Mediului și Fundația Internațională “Sănătate,Mediu,Dezvoltare Durabilă”,București,1996.

12.Dumitru.M.,M.Toti,C.Ceaușu,Carolina.Constantin,AncaVoiculescu,V.Capitanu,Elena Parvulescu,Daniela Popa,Bioremediation of Petroleum Contaminates Soils,Știință Solului,nr.1-2,1998.

13. .Dumitru M.,Starea agrochimica a solurilor din România,Știință solului,nr.2,2002.

14. .Dumitru M.,Carolina Constantin,R., Lăcătușu,Factori și procese pedogenetice din zona temperată,Tulcea,24-26septembrie,Conținutul Hidrocarburilor Aromatice Polinucleare în solurile din zona rampei de gunoi Glina București,1996.

15. .Dumitru M.,Carolina Constantin,R., Lacatusu,Aspecte privind poluarea cu hidrocarburi aromatice polinucleare a unor soluri din zona municipiului București,Simpozion omagial Cluj Napoca,21-23octombrie 1999.

16. Dumitru M., M.Toti,Voiculescu Anca-Rovena,-Decontaminarea solurilor poluate cu compuși organici,Edit.Sitech.Craiova,2005.

17.Eliade G.,Ghinea L.,Stefanic Gh.,Bazele biologiei ale fertilității solului,Edit.Ceres,București,1983.

18.Florea N.,Dumitru M.,Știința Solului în România în secolul alXX-lea,Edit.Cartea pentru Toți,București,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 și chimice de remediere în situ și ex situ.Tehnici de Bio-și Fito-remediere.Curs ,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 țițeiului în sol în condițiile aplicării fertilizării minerale și a microorganismelor utilizatoare de hidrocarburi.Arhivă ICPA,1992.

24.Muller G,”Biologia Solului”,Edit.Științifică și Enciclopedică,București,1965.

25.Nitu,,Măria.Dracea,C.Răuță,M.Mihalache.,Lucrările Agropedoameliorative.Edit.Agriș-Redacția Revistelor Agricole,2000.

26.Papacostea P.,-Biologia solului,Edit.Științifică și Encoclopedica,București,1976.

27. .Papacostea P., Cecilia Zelinschi,Georgeta Bonef,H.,Dancau,Indicatorii biologici pentru caracterizarea calitativă a factorilor ecologici din sol,Actualitate și perspective în biologie,Cluj-Napoca,1985.

28. Răuță C., Cârstea, Impactul agriculturii asupra mediului înconjurător cu privire specială la solurile din România, Rev. Mediul Înconjurător, vol I, nr.2/1994,

29. Răuță C. și St. Cârstea, Prevenirea și combaterea poluării solului, Ed. Ceres, București, 1983.

30. Răuță C., St. Cârstea, Poluarea și Protecția Mediului Înconjurător, Editura Științifică și Enciclopedică, București,1979.

31. Ștefan V., Ecopedologie, Editură Marineasa Timișoara 2000.

32. Ștefan Ghe., Metode de analiză a solului ( biologică, enzimatica și chimică), Probleme de Agrofitotehnie teoretică și 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, repartiția suprafețelor poluate pe grade de încărcare, pe schele petroliere, pe județe pe , Lucrările celei de a XV-a Conferințe Naționale pentru Solului, Publicațiile 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.Toți,I.,Microbiological aspects of oil-polluted Albic Luvisoils under diferent remediation measures,Albota-Argeș,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 , București , 1982.

41. Zarnea G., Tratat de microbiologie , vol. , Edit. Academiei , București , 1984.

42. Zarnea G., Tratat de microbiologie , vol. III, Edit. Academiei , București , 1994.

43.I.C.P.A. București-Evaluarea stării de calitate a solurilor din ROMÂNIA stabilirea măsurilor de protecție,ameliorare conservare-Extras jud.Argeș-1994.

44.I.C.P.A; D.G.A.I.A; O.S.P.A. ARGEȘ-Studiu privind ridicarea fertilității solurilor vederea sporirii producției agricole județul Argeș-1999, OSPA Argeș.

45.O.S.P.A Argeș-Inventarul terenurilor degradate județul Argeș-2001, OSPA Argeș.

46. O.S.P.A Argeș-Sistemul județean de monitorizare teren pentru , OSPA Argeș.

47. O.S.P.A Argeș-Studii speciale pedologice de poluare a solurilor cu reziduuri petroliere 1980-2003, OSPA Argeș.