Epurarea Apelor

Diverse2

Epurarea Apelor

Byadmin ianuarie 1, 2024

CUPRINS

Capitolul 1. Introducere

1.1 Scopul lucrării

1.2 Obiectivele lucrării

Capitolul 2. Apa

2.1 Generalități

2.2 Domenii de utilizare a apei

2.3 Clasificarea poluării apei

2.4 Poluarea apei

2.4.1 Clasificarea surselor de poluare

2.4.2 Urmările poluării apei

2.4.3 Prevenirea și combaterea poluării apei

2.5 Poluarea apelor cu metale grele

2.6. Cadmiul, descrierea poluantului si efectele acestuia asupra organismelor vii

Capitolul 3. Legislația specifică privind poluarea și epurarea apelor

Capitolul 4. Principii generale ale epurarii apelor uzate provenite din industrie

4.1 Procedee de epurare

4.2 Metode biologice de epurare avansata

4.3 Bioacumularea metalelor grele din apele uzate

4.4 Adsorbtia

Capitolul 5. Descrierea sursei avute in proiect

Capitolul 6. Selectarea instalatiei de depoluare pentru ape uzate industriale cu continut ridicat de Cd2+

Capitolul 7 . Scopul si obiectivele specifice ale instalatiei de epurare a apelor uzate industrial cu continut ridicat de Cd2+

Capitolul 8. Concluzii

Capitolul 9. Bibliografie

Capitolul 1. Introducere

1.1 Scopul lucrarii

În condițiile scăderii drastice a rezervelor de apă pe tot mapamondul, se apreciază că problema secolului XXI și a celor ce vor urma o va constitui asigurarea rezervelor de apă potabilă, implicit, asigurarea inocuității acesteia, găsirea de resurse de apă potabilă, altele decât cele existente.

În aceste condiții, utilizarea la maximum a resurselor de apă existente, valorificarea superioară a resurselor naturale, este o necesitate, nu o opțiune.

Uniunea Europeană are o politică atent structurată cu privire la conservarea mediului și, implicit a portabilității surselor de apă, politică ce presupune descrierea în detaliu a noțiunii de potabilitate, a concentrației maxime admise a substanțelor poluante raportate la unitatea de măsură, precum și măsurile ce se pot lua pentru reducerea riscului de contaminare a apelor.[7]

Totodată, legislația europeană stipulează măsurile administrative ce trebuie luate împotriva persoanelor fizice sau juridice care, prin activitatea lor, deversează contaminanți de orice natură în ape, sau degradează în vreun fel nivelul de potabilitate al apei.

Țara noastră, fiind în procesul de integrare europeană, își armonizeaza legislația proprie, cu reglementarile Uniunii Europene.[7]

În ceea ce privește epurarea apelor reziduale, țara noastră este direct interesată în implementarea de tehnologii și echipamente cât mai performante și mai eficiente, atât pentru epurarea apelor uzate, cât și pentru reducerea poluării inclusiv a poluării accidentale.

Cu o îndelungată tradiție în acest sens, țările europene, Marea Britanie, Suedia, s.a. au găsit soluția optimă de decontaminare biologică a apelor impurificate chimic, prin stații de epurare cu ajutorul plantelor acvatice sau terestre. Dintre acestea putem menționa unele specii de plop, floarea-soarelui, salcia, etc.[7]

Materialul bîologic rezultat din aceasta metoda de epurare, nu este propriu consumului uman sau animal, mai ales în cazul speciilor care rețin poluanții în segmentele vegetale, însă poate fi utilizat în confecționarea de obiecte, sau utilizarea ca și combustibil.

1.2 Obiectivele lucrarii

Prezenta lucrare își propune sa dezbată sursele de poluare a apei, metodele de decontaminare a acesteia, cu avantajele și dezavantajele proprii, axandu-se pe variantele ecologice de decontaminare, cu accent pe decontaminarea apelor impurificate cu ioni de cadmiu.

În prima parte a lucrării vom analiza apa ca și resursă vitală pentru existența umana, sursele de poluare, precum și legislația specifică privind conservarea potabilității acesteia.

În cea de-a doua parte a lucrării, vom dezbate procedeele de epurare fizică, microbiologică și chimică, cu accent pe metodele biologice de epurare.

În ultima parte ne vom ocupa de prezentarea instalației de depoluare pentru ape uzate cu conținut ridicat de ioni de cadmiu, cu ajutorul salciei energetice, denumită și salcie rapid crescatoare, precum și de posibilitățile de industrializare a materialului biologic obținut în urma depoluarii.

Capitolul 2. Apa

2.1 Generalități

Apa este substanță minerală cea mai răspândită pe suprafața pământului reprezentând una dintre cele mai prețioase resurse umane, este un element indispensabil vieții cu rol primordial în dezvoltarea socială și economică a unei națiuni. Ea are un rol important în apariția vieții pe planeta noastră și intervine activ în schimbul de substanță și energie în natură.

Rolul socio-econimic al apei în epoca noastră este multiplu:

privită ca aliment, apa este utilizată la prepararea hranei, ea însăși constituind o componentă esențială a alimentației umane și animale, și dacă putem spune așa, intervine inclusiv în creșterea plantelor. În aceste condiții , apa trebuie să respecte principiile inocuității alimentare

privită ca sursă de energie, apa reprezintă elementul motric al unor utilaje și instalații industriale, omul devenind de timpuriu conștient de energia înmagazinată în apă atât în formă lichidă cât și în formă de aburi

privită ca și componentă tehnologică, apa este un element indispensabil oricărei tehnologii, fie că intervine direct în procesul tehnologic și se regăsește în compoziția produsului finit, fie că ia parte, sau conduce transformările materiei prime de-a lungul procesului tehnologic, industria rămânând principalul consumator de apă

privită ca și mijloc de transport (naval sau industrial) apa furnizează cel mai ieftin mijloc de transport, utilizată fiind, în acest fel încă de la începuturile civilizației

privită ca și factor de mediu, apa este cel mai puternic influențată de activitățile umane, având, din acest punct de vedere, valențe pozitive și negative. [9]

Apele fac parte din patrimoniul public. Protecția și dezvoltarea durabilă a resurselor de apă sunt acțiuni de interes general. Dreptul de folosință, cât și obligațiile corespunzătoare rezultate din protecția și conservarea resurselor de apă vor fi puse în practică în concordanță cu prevederile legale, cu excepția apelor geotermale, acestea având propriile reglementări. Apele, malurile, indiferent de persoana fizică sau juridică care le administrează, sunt supuse hotărârii prezenței legi, precum și prevederilor din convențiile Internaționale la care România face parte. [2]

Conform unui raport al Comisiei pentru Dezvoltarea Durabilă al Națiunilor Unite, numai 0,007% din resursele totale de apă proaspătă ale Pământului sunt accesibile pentru necesitățile umane. Aceste rezerve de apă potabilă ale globului sunt localizate în:

o Atmosferă-14 mln km3

o Ghețari-24 mln km3

o Lacuri și râuri cu apă dulce- 230 mln km3

Suprafața pământului este acoperită în proporție de 78% cu apă, dar numai 2,5% din această apă poate fi apreciată că fiind sursă pentru apă potabilă.

Apa potabilă este definită în legislația europeană atât din punct de vedere al standardelor de calitate cât și din punct de vedere al standardelor care reglementează metodele de analiză a acesteia. [8]

Apa se consideră potabilă dacă nu poate produce singură îmbolnăviri din cauze microbiologice, fizico-chimice sau radioactive.[8]

Ea se găsește sub diferite forme în natură: în vapori de apă și nori în atmosferă, ghețari, râuri sau lacuri. Circuitul apei în natură este procesul prin care apa este transformată dintr-o formă într-alta, prin evaporare, precipitații și scurgeri de suprafață.[1].

Apa poate fi clasificata in functie de mai multe criteriim cum ar fi :

potabilitatea :

ape potabile

ape nepotabile, denumite, în funcție de proveniență, ape uzate industriale sau ape reziduale menajere

salinitate:

dulci, cu un conținut de săruri minerale inferior pragului de 3,5 %, provenite din precipitații, ghețari, ape stătătoare (lacuri, iazuri), ape din pânza freatică

sărate, cu un conținut de minim 3,5 % săruri minerale, provenite din apă marilor și oceanelor

in functie de localizare:

ape meteorice, existente în formațiunile noroase, precum și în precipitații

ape de suprafață, existente la suprafața pământului, acestea pot fi la rândul lor stătătoare ( mări și oceane, râuri, etc.) sau curgătoare

ape subterane care alcătuiesc pânza freatică

Apa pură obținută prin sinteză, este inodoră, incoloră, insipidă, fiind din acest punct de vedere un model de astfel de substanță.

În natură, nu se găsește apă sub formă pură, datorită contactului ei cu mediul din care dizolvă sau preia diferite substanțe, astfel încât, apa capătă gust sau, eventual miros, dar și culoare, în funcție de substanțele dizolvate și de transformările biologice care decurg în ea.

Apele de suprafață diferă in funcție de mai mulți parametrii precum: debitul, temperatura, concentrația substanțelor dizolvate sau aflate în suspensie, conținutul biologic, fiecare masă de apă lichidă împreună cu viețuitoarele și plantele din ea, dar și cu transformările acestora sub influența factorilor de mediu și genetici, constituie un ecosistem clar.

Caracteristicile determinate fizic ale apelor de suprafață sunt: culoarea, aceasta fiind de cele mai multe ori cenușie, ca urmare a substanțelor dizolvate în ea, iar prin fermentarea materiilor organice din apă, culoarea poate să devină mai închisă; mirosul fiind inexistent, cu excepția apelor în curs de fermentare care au miros înțepător de “ouă clocite”; turbiditatea, care indică conținutul de materii în suspensie și se măsoară în grade pe scară silicei.[2]

Apele din lacuri, baraje au o compoziție aproape constantă. Această compoziție este variabilă în funcție de contribuția afluenților, a ploilor, de variațiile de temperatură (care influențează solubilitatea substanțelor dizolvate în ea), de dezvoltatea în anumite stadii a algelor verzi care degajă oxigen și absorb bioxid de carbon, precum și de alți factori biologici care intervin, inclusiv de activitățile umane. Apa lacurilor poate fi dulce sau sărată, această diferența fiind generate de proveniența lacurilor respective (apă glaciară/ meteorică sau marină).

Apele subterane sunt o sursă importantă de apă aproximativ pură, deoarece sunt mai puțin poluate și pot fi potabilizate cu măsuri minimale, de exemplu, în unele cazuri este suficientă filtrarea, dedurizarea și dezinfecția acestora. Apele subterane, la fel ca cele de la suprafață, curg sub acțiunea forței gravitaționale, însă calea de migrare a apelor subterane este mai redusă, fiind direct influențată de natura rocii și impermeabilitatea straturilor solului, în cazul unor soluri compacte cum este argila, transferul apei este mult redus, apa deplasându-se pe calea minimei rezistențe, alege întotdeauna solurile cele mai permeabile. Apele subterane ies la suprafață sub formă de izvoare, a căror apă este filtrată și are o concentrație diferită în minerale.

Apele subterane se pot clasifica după mai multe criterii, și anume:

După compoziția chimică:

Ape bicarbonatate și carbonatate ;

Ape sulfatate ;

Ape clorurate.

După poziția pânzei acvifere:

Ape din pânza freatică ;

Ape din pânza de medie adâncime ;

Ape din pânza de mare adâncime .

După mineralizare:

Ape subterane dulci-cu reziduu sub 1 g/l ;

Ape subterane minerale-cu reziduu peste1g/l .

Factorii care influențează calitatea apelor subterane sunt în mare parte identici cu cei ce influențează calitatea apelor de suprafață, respectiv factorii climatici (precipitațiile, temperatura), factori hidrologici (apele de la suprafață), factori geologici (determinați de structura formațiunilor din roca din imediată vecinătate a pânzei).

Apele meteorice provin din precipitații atmosferice (zăpadă, ploaie), din evaporarea apelor de pe suprafața pământului, acestea constituind o rezervă foarte importantă de apă.

Apele meteorice aduc aport de gaze atmosferice dizolvate (oxigen, azot, dioxid de carbon, hidrogen sulfurat etc.) și minerale dizolvate (bicarbonați și sulfați de calciu), dar pot avea și un conținele subterane se pot clasifica după mai multe criterii, și anume:

După compoziția chimică:

Ape bicarbonatate și carbonatate ;

Ape sulfatate ;

Ape clorurate.

După poziția pânzei acvifere:

Ape din pânza freatică ;

Ape din pânza de medie adâncime ;

Ape din pânza de mare adâncime .

După mineralizare:

Ape subterane dulci-cu reziduu sub 1 g/l ;

Ape subterane minerale-cu reziduu peste1g/l .

Factorii care influențează calitatea apelor subterane sunt în mare parte identici cu cei ce influențează calitatea apelor de suprafață, respectiv factorii climatici (precipitațiile, temperatura), factori hidrologici (apele de la suprafață), factori geologici (determinați de structura formațiunilor din roca din imediată vecinătate a pânzei).

Apele meteorice provin din precipitații atmosferice (zăpadă, ploaie), din evaporarea apelor de pe suprafața pământului, acestea constituind o rezervă foarte importantă de apă.

Apele meteorice aduc aport de gaze atmosferice dizolvate (oxigen, azot, dioxid de carbon, hidrogen sulfurat etc.) și minerale dizolvate (bicarbonați și sulfați de calciu), dar pot avea și un conținut ridicat de substanțe polunate, substanțe pe care aceste ape le dizolvă în parcursul lor prin atmosferă.

Principala cauză a îmbolnăvirilor infecțioase hidrice o constituie ingerarea directă a apei nepotabile, dar și prin contactul pielii cu apă infectată (în zonele în care incidența Leptospirozei, de exemplu, este mare), sau prin inhalarea de aerosoli, caz în care se poate transmite Legionella.[9]

Patologia hidrică neinfecțioasa are ca și sursă de apariție, substanțele chimice toxice dizolvate accidental în apă sau ajunse ca urmare a circuitului natural al apei. Poluarea terenurilor agricole cu îngrășăminte, minerale, pesticide și substanțe chimice provenite din descompunerea deșeurilor, se soldează cu contaminarea apei și implicit, ingestia apei contaminate duce, în timp, la apariția îmbolnăvirilor cu patologie neinfectioasa.[9]

Dintre elementele toxice, foarte probabil să fie prezente în apa de băut, și pe care standardele le iau în considerare la aprecierea calității apei enumerăm: nitrații și nitriții, arsenul și seleniul, ionii de cadmiu, mercur, plumb, crom, s.a, parte dintre ele, toxice cu efect de prag (declanșează îmbolnăviri prin acumulare în țesuturi și efectul apare doar peste o anumită valoare a concentrației acestora în organism), sau genotoxice (carcinogene- produc cancer, mutagene-produc mutații sau teratogene-produc malformații).[8]

Legislația în vigoare în țara noastră (Legea 458/2002 Privind calitatea apei potabile), ilustrează pe larg condițiile de calitate pe care trebuie să le îndeplinească apa pentru a fi considerată potabilă, sau utilizată în contact cu alimentele, aceste condiții fiind ilustrate în tabelele de mai jos:

Tabel 1. Parametrii microbiologici ai apei potabile[8]

Tabel 2. Compoziția limită a poluanților chimici pentru apa potabilă [8]

2.2 Domenii de utilizare a apei

Apa potabilă se deosebește de apa distilată. In conformitate cu STAS 1342-1950, apa potabilă trebuie sa fie limpede, incoloră, fără miros sau gust deosebit; să aibă temperatura cuprinsă între 70 și 150°C; să nu conțină materii străine în suspensie; să conțină aer si dioxid de carbon în soluție.

Conform STAS 1343-1-95 necesarul cantității apei potabile pentru locuințe, întreprinderi, instituții poate fi grupată astfel:

– Apă pentru nevoile gospodărești ale populației, care cuprinde necesarul de apă pentru băut, preparare hrană, spălatul rufelor și a vaselor ;

– Apă pentru nevoile publice, care cuprinde necesarul de apă distribuită în școli, spitale, hoteluri, băi, spălătorii, W.C-uri publice, apă pentru spălatul străzilor și pentru irigarea spațiilor verzi, etc ;

– Apă pentru nevoile industriale, care cuprinde apă folosită în procesul tehnologic care contribuie la realizarea producției sau apa utilizată în igienizare;

– Apă pentru nevoile de combatare a incendiilor.[3]

2.3 Clasificarea poluării apei

Poluarea apei poate fi împărțită după mai multe criterii:

1.după perioada de timp cât acționează agentul impurificator:

permanentă sau sistematică ;

periodică ;

accidentală.

2.după concentrația și compoziția apei:

impurificare = reducerea capacității de utilizare ;

murdărire = modificarea compoziției și a aspectului fizic al apei ;

degradare = poluarea gravă ;

otrăvire = poluare gravă cu substanțe toxice.

3.după modul de producere a poluării:

naturală ;

artificială (antropică). Poluarea artificială apare ca urmare a activităților umane generatoare de ape uzate si poate fi poluarea urbană, agricolă, industrială, radioactiva si termică.

4.după natura substanțelor impurificatoare:

poluarea fizică (poluarea datorată apelor termice);

poluarea chimică (poluarea cu reziduuri petroliere, fenoli, detergenți, pesticide, substanțe cancerigene, substanțe chimice specifice diverselor industrii );

poluarea biologică (poluarea cu bacterii patogene, drojdii patogene, protozoare patogene, viermii paraziți, enterovirusurile, bacterii coliforme, bacterii saprofite, fungi, alge, crustaceii etc.);

poluarea radioactivă.

Fenomenele de poluare a apei pot avea loc:

la suprafață (ex. poluarea cu produse petroliere);

în volum (apare la agenți poluanți miscibili sau în suspensie). Deoarece poluanții solizi, lichizi sau gazosi ajung în apele naturale, sursele de poluare a apei sunt multiple.[3]

2.4 Poluarea apei

Poluarea reprezintă contaminarea mediului înconjurător cu materiale care interferează cu sănătatea umană, calitatea vieții sau funcția naturală a ecosistemelor (organismele vii și mediul în care trăiesc).[1]

Poluarea apelor constă în distrugerea organismelor din mediul acvatic prin introducerea de substanțe nocive și toxice pentru viață, cum ar fi deșeurile radioactive, reziduuri industriale, pesticide, detergenți, etc.

2.4.1 Sursele de poluare a apei

Satisfacerea nevoilor de apă este în creștere în scopuri casnice, energetice, industriale, pentru agricultură este tot mai greu de realizat, având în vedere poluarea, atât a apelor subterane, cât și a apelor de suprafață.

Industria și transporturile produc factori poluanți,cum ar fi metale grele, și în această categorie menționăm cadmiul, plumbul, gaze produse la arderea combustibililor de la motoarele mijloacelor de transport.

Aceste metale grele odată produse, sedimentează pe teren, și prin intervenția apelor (meteorice sau industriale) ajung în apă, pătrund în vegetație, iar păsările acvatice și peștii,sunt direct afectați prin consumul vegetalelor contaminate. Acești poluanți nu sunt procesați de organismele animale sau vegetale, și drept urmare se stochează la nivelul organismelor putând să genereze niveluri ridicate de intoxicări la aceste animale și plante, iar mai departe produc intoxicări ale oamenilor care le consumă.

Sursele de poluare a apei se clasifică în două grupe:

în funcție de acțiunea poluanților în timp, sursele de poluare pot fi:

permanente (exemplu: canalizările orașelor, industriile) ;

discontinue (exemplu: locuințele orașelor) ;

accidentale (exemplu: instalațiile) .

în funcție de proveniența poluanților, sursele de poluare pot fi:

organizate (exemplu: ape uzate menajere, ape uzate industriale provenite din industria minieră, industria metalurgică, industria alimentară, industria chimică) ;

neorganizate, reprezentând apele meteorice (ploile, zăpada) care pot produce o poluare haotică conținând substanțe toxice sau radioactive preluate din atmosferă.

Substanțele care schimbă caracteristicile inițiale ale apelor naturale în care sunt evacuate se numesc poluanți. După proveniență poluanților, există mai multe categorii de ape uzate:

Apele uzate menajere sunt acele ape folosite din activitatea gospodărească care pot conține resturi alimentare, detergenți, săpunuri, microorganisme, etc.;

Apele uzate din zootehnie (crescătorii de porci, taurine, păsări etc.). Acești poluanți sunt constituiți din materie organică, furaje, substanțe utilizate la spălarea și dezinfecția bazelor, etc.;

Apele uzate industriale. Unii poluanți pot fi biodegradabili, cum ar fi cei din industria celulozei și a hârtiei, sau nedegradabili, de exemplu cei din industria cauciucului sintetic care pot conține uleiuri, hidrocarburi sau săruri toxice precum plumbul, cadmiul, cuprul, etc;

Apele uzate meteorice, reprezentate de ploi și zăpadă; apa uzată meteorică odată ce ajunge pe pământ poluează, deoarece dizolva din atmosferă poluanții existenți in zona respectiva.

Tabel 3 .Clasificarea categoriilor de ape uzate și poluanții acestora[4]

Împiedicarea poluării apelor, atât a celor subterane, cât și cele de suprafață se poate realiza pe mai multe căi:

Construirea de bazine speciale de colectare a deșeurilor și rezidurilor, pentru a opri deversarea în apele de suprafață, contaminându-le;

Epurarea apelor uzate cu substanțe chimice cu ajutorul unor filtre;

Re-utilizarea deșeurilor;

Distrugerea prin dezinfecție a poluanților biologici.

2.4.2. Urmările poluării apei

Poluarea apei influențează negativ o serie de procese și activități umane cum ar fi :

Diminuarea debitului de apă potabilă pentru alimentarea centrelor urbane, sau necesitatea abordării unui proces de epurare mai complicat, situație în care cheltuielile de potabilizare a apei per unitate de măsură cresc simțitor

Stânjenesc alimentarea cu apă a sectorului agro-zootehnic, putând să conducă la intoxicarea suprafețelor de teren agricol, implicit a plantelor crescute pe astfel de soluri, și apariția pericolului de intoxicare a animalelor sau persoanelor care consumă aceste plante, dar și necesitatea alocării de fonduri suplimentare pentru redarea terenurilor în folosință agricolă

Creșterea cheltuielilor de epurare a apei utilizate ca și materie primă sau material auxiliar în procesele tehnologice industrial

Prejudiciază grav exploatațiile piscicole, în urma deversării în apa bazinelor sau a râurilor exploatate piscicol a apelor uzate, nepotabile sau contaminate, prin intoxicarea populației piscicole, în acest caz, cele mai frecvente probleme sunt cauzate de: zincul, cadmiul și mercurul, cianurile și cuprul prezente in system

Navigația este direct infuențată de corozivitatea apei canalului navigabil, care depinde la rândul sau de suma elementelor dizolvate. Cu cât concentrația solvaților este mai mare, și mai ales cu cât agresivitatea soluției este mai ridicată, cu atât coroziunea carenei navelor este mai accentuată.

2.4.3 Prevenirea și combaterea poluării apei

Prevenirea și combaterea poluării apei pot fi costisitoare, dar prevenirea este mai simplă și mai sigură decât corectarea compoziției chimice a acesteia.

Pe cale economică, prin recuperarea produselor petroliere, dar și pe cale sanitară, evitarea poluării apelor, asigurarea calității apei se utilizează într-un anumit scop realizându-se și menținându-se prin:

Reducerea evacuării de poluanți din apă, poluanți creati ca urmare a utilizării unor tehnologii neadecvate;

Realizarea de stații de epurare;

Reducerea cantității de poluanți prin folosirea unor tehnologii care au ca și consecință reducerea cantității de poluanți, inclusiv închiderea activității unor agenți economici care poluează mediul, fără să aloce sumele necesare reducerii substanțelor poluante (utilizarea de detergenți nebiodegradabili, eliminarea în atmosfera a noxelor chimice de genul SO2 etc);

Stabilirea unor reglementări legale care au drept scop scăderea poluării resurselor de apă precum și înființarea organelor de control ale statului cu privire la respectarea reglementărilor legale adoptate;

Refacerea si modernizarea rețelelor de colectare a apelor uzate din localități;

Epurarea apelor uzate realizată prin procese complexe cu echipamente și tehnologii performante, capabile să asigure un nivel normal de contaminare a apei;

Epurarea apelor uzate prin metode moderne, care ajută la îndepărtarea fenolilor, a detergenților precum și a altor substanțe provenite din activitatea industrială existente în apă din pânză freatică sau din apele de suprafață;[5]

2.5 Poluarea apelor cu metale grele

Metalele grele sunt componente naturale ale scoarței terestre și atmosferei, dar pot să provină și din activitatea umană.

Aceste elemente chimice nu pot fi distruse și/sau degradate (nu sunt biodegradabile). Metalele grele toxice sunt considerate unul dintre poluanții cei mai periculoși cu efect de prag (declanșează îmbolnăviri prin acumulare în țesuturi și efectul apare doar peste o anumită valoare a concentrației acestora în organism), sau genotoxice (carcinogene-produc cancer, mutagene, produc mutații sau teratogene-produc malformații). [9]

Poluarea mediului înconjurător cu metale grele este periculoasă atât în apele subterane, cât și în cele de suprafață.

Metalele cu densitatea mai mică decat 5 g/cm3 se numesc metale ușoare, precum metalele alcaline, metalele alcalino-pământoase, aluminiul, titanul; iar cele cu densitatea mai mare de 5g/cm3 se numesc metale grele. Cele mai importante metale grele, dar și cele care creează în mod constant probleme de poluare sunt cadmiul, plumbul, mercurul, cromul.

Ingerate în cantități reduse, metalele sunt benefice organismului uman, dar în cantități mari pot provoca probleme la nivel neurologic. Eliminarea acestor metale grele și a substanțelor toxice din organism se poate realiza, în parte, prin detoxifiere.

Metalele grele sunt poluanți chimici care sunt în general deșeuri produse de industria chimică, industria metalurgică, industria celulozei și hârtiei, rafinarea petrolului precum și în toate activitățile umane în care este implicate arderea cărbunilor.

Aceste metale grele sunt periculoase, deoarece tind să se acumuleze în țesuturile organismelor vii, proces denumit bioacumulare.

Bioacumularea reprezintă o creștere a concentrației unei substanțe chimice într-un organism biologic, simetric cu concentrația substanței chimice din mediul înconjurător. Metalele grele pot fi absorbite de către plante, acumulându-se în țesuturile acestora.

Acești poluanți, metalele grele pot să se regăsească în apele de suprafață ca urmare a deșeurilor industriale și de consum, dar și din apele subterane provenind de la ploi acide, acestea introducând metalele în apele de suprafață.

Unul dintre cei mai des întâlniți poluanți din ape este cadmiul, element care este prezent ca urmare a activității umane, a proceselor industriale, poate apărea în urma tratamentelor efectuate în agricultură s.a.

Cadmiul este un metal greu toxicitate ridicată, având efecte negative atât asupra organismului uman, a organismelor animale, dar și asupra vegetației, în special în cazul în care apare în formă de Cd2+.[3,6]

2.6 Cadmiul, descrierea poluantului si efectele acestuia asupra organismelor vii

Cadmiul este un element chimic, simbolizat Cd, care este prezent în Tabelul Periodic al Elementelor, având numărul atomic 48, cu aspect metalic, de culoare alb-strălucitor asemănător din punct de vedere chimic cu zincul și mercurul, cristalizând în sistem hexagonal compact fără să aibă forme alotropice. [11]

Cadmiul a fost descoperit în anul 1817, de către doi cercetători germani Hermann și Stromeyer, care au decelat simultan cadmiul ca și impuritate a minereului zinc, în condițiile în care se încerca fabricarea carbonatului de zinc.

Cadmiul este un component minor în masa impurităților minereurilor de zinc, și din această cauză, el rezultă ca și produs secundar la extragerea zincului din minereu.

În general, cadmiul se găsește în scoarța terestră în proporție medie cuprinsă între 0,1-0,5 ppm, iar ceea ce este deosebit de interesant la acest metal greu, este faptul că se găsește ca impuritate în minereuri de zinc, plumb sau cupru, însă nu există ca și minereu propriu.[11]

Proprietățile fizice ale cadmiului sunt sintetizate în tabelul de mai jos:

Tabel 4. Proprietățile fizice ale cadmiului [3,7]

Cadmiul există în natură, provenind atât din surse naturale cât și din activitatea umană. Sursele naturale de cadmiu sunt sintetizate în tabelul de mai jos:

Tabel 5. Surse de cadmiu in natura [10]

În natură, cadmiul se găsește doar în combinații chimice, însoțind în minereurile de zinc blenda și smithsonitul. Principalele minerale în care apare cadmiul în formă de compuși sunt : greenochit- mineral de sulfură de cadmiu (CdS) circa 77% cadmiu pur, otawit –mineral de carbonat de cadmiu (CdCO3) și monteponit- mineral de oxid de cadmiu (CdO).

Observându-i-se rezistența la coroziune, cadmiul a fost îndelung utilizat ca și material pentru acoperirea oțelului, ca și component de aliere, și de asemenea folosit ca și pigment pentru materiale ceramice, plastice sau emailuri.

Toxicitatea ridicată a cadmiului a impus reducerea masivă a domeniilor de utilizare a acestuia, ca urmare, în acest moment cadmiul este utilizat pentru :

Acoperiri de protecție anticorozivă, datorită faptului că în atmosferă de oxigen formează o pelicula fină, aderență, subțire și protectoare de CdO, fiind utilizat în cadmierea oțelului la fel ca și zincul.

Este utilizat cu succes ca element de aliere în fabricarea aliajelor utilizate în tehnică, și are efect de creștere a rezistenței la rupere fără scăderea conductivității electrice, din acest motiv este foarte indicat pentru utilizarea în fabricarea cablurilor electrice, telefonice sau de date, cabluri electrice pentru troleibuze și tramvaie, etc. condiții în care se utilizează aliaje cu 1,2 % Cd.

Este de asemenea utilizat în electrotehnică, pentru producerea acumulatorilor alcalini, acumulatori cu performanțe superioare celor cu plumb, având ca principiu constructiv utilizarea unei soluții de hidrat de potasiu cu anozi de nichel și carbon și catozi de cadmiu și fier. Aceste tipuri de acumulatori se caracterizează prin eficiență și fiabilitate ridicată față de acumulatorii clasici

In industria siderurgică, aliajul fuzibil (aliaj Wood ) utilizat pentru confecționarea modelelor ușor fuzibile pentru turnătorie sau la poroducerea unor dispozitive de alarmare în caz de incendiu ( pe baza fuzibilității mari a firelor confecționate din acest aliaj) conține 50% Bi, 25% Pb, 12,5% Cd și 12,5% Sn.

Este folosit în tehnica nucleară, ca absorbant de neutroni, pentru controlul reacțiilor nucleare, cu o secțiune foarte eficientă de absorbție de neutroni cu energii mai mici de 5 eV, intrând în componența barelor de control ale reactoarelor nucleare.

Mai este utilizat în aliaje Ag-Cd cu până la 20 % argint, pentru fabricarea bijuteriilor

Și, în final utilizarea ca și colorant în industria ceramicii, maselor plastice și emailurilor, imprimare, în industria textilelor, în fabricarea laserelor, pirotehnie, celule solare, contoare cu scintilație, la fabricarea lămpilor fluorescente, în industria chimică, drept catalizatori de polimerizare, în gravură, ca și pesticide s.a.[11]

Modalitățile prin care omul se poate intoxica cu cadmiu sunt :

Ingerarea (consumul de apă sau alimente toxice)

Inhalarea (apare mai frecvent în zonele în care se prelucrează zincul sau fierul, ca urmare a degajărilor de pulberi în aer)

Ambele metode aduc prejudicii majore oamenilor care au neșansa de a se intoxica.

Cadmiul ca și mercurul este un toxic de prag, deci se acumulează treptat în țesuturi până când apar manifestările clinice.

Inhalat perioade scurte de timp, aerul care conține niveluri ridicate de pulberi de cadmiu în suspensie, poate să provoace manifestări asemănătoare gripei, debutând cu frisoane, febră și dureri musculare, în cazul în care se menține contaminarea, pot apărea afecțiuni pulmonare soldate cu reducerea capacității respiratorii. durere în piept și tuse, până la decesul perosanei în cauză. [9,11]

O intoxicare mai lentă, se produce atunci când nivelul cadmiului în aerul respirat este mai scăzut, ceea ce conduce la apariția de boli ale sistemului osos și renal.

Ingerarea substanțelor alimentare (apă sau hrană) precum și utilizarea de vase sau tacâmuri placate cu aliaje ce conțin cadmiu, dar și depozitarea alimentelor acidulate în vase colorate cu coloranți pe bază de cadmiu, conduc la apariția toxicității gastrointestinale, manifestate prin iritarea stomacului, crampe abdominale, stări de vomă, diaree, dureri de cap, inflamarea gâtului, putând să afecteze chiar rinichii, inima și, bineînțeles, ficatul, ducând până la decesul persoanei intoxicate.[9, 11]

Capitolul 3. Legislația specifică privind poluarea și epurarea apelor

Legislația care stipulează condițiile de calitate ale apei potabile, dar și metodele și practicile de epurare ale apelor uzate se regăsește în următoarele acte normative:

Directiva 91/271/CEE privind tratarea și epurarea apelor urbane reziduale, fiind modificată de Directiva 98/15/EC și de Regulamentele(CE) nr 1137/2008 și 1882/2002-transpusă total, directiva prin care se stipuleaza conditiile colectarii, tratării și evacuării apelor uzate urbane și industrial în scopul protejării mediului împotriva poluării

HG nr 188/2002 (MO nr 187/20.03.2002) pentru aprobarea normelor privind condițiile de descărcare a apelor uzate în mediul acvatic, actualizată în anul 2005 (NTPA 001/2005-privind stabilirea limitelor de încărcare cu poluanți a apelor uzate industriale și orășenești.

HG nr 351/11.05.2005 privind colectarea, epurarea și evacuarea apelor uzate orășenești (NTPA-011 –privind încărcarea cu poluanți a apelor uzate) cu eliminarea substanțelor periculoase, Legea Apelor nr. 107/1996 (MO nr 244/08.10.1996), modificată de HG nr 948/1999 (MO nr.568/22.11.1999). Această lege prevede refacerea calității apelor de suprafață și subterane, conservarea și protejarea ecosistemelor acvatice.

Directiva nr. 80/68/CE și Directiva nr. 80/86/CE privind protecția apelor subterane împotriva poluării de substanțe periculoase, modificată prin HG nr 91/692/CEE privind standardizarea rapoartelor asupra implementării unor directive referitoare la mediu.

Hotărârea nr.188 din 28 februarie 2002 pentru aprobarea unor norme privind condițiile de descărcare în mediul acvatic a apelor uzate. În prevederea art.107 din Constituția României și ale art. 15 alin.(4) din Legea apelor nr.107/1996,Guvernul României adopta prezenta hotărâre, care presupune condițiile de evacuare a apelor uzate în rețelele de canalizare ale localităților și direct în stațiile de epurare.

Directiva 2000/60/CE privind prevenirea,deteriorarea și protecția ecosistemelor acvatice, modificată de Directivele 2008/32/CE ,2008/105/CE și 2009/31/CE transpusă total;

OUG nr.12/2007 pentru modificarea actelor normative care traspun acquis-ul comunitar pentru protecția mediului, adoptată prin Legea nr.161/2007 pentru aprobarea Procedurii privind mecanismul de acces la informațiile de interes public privind gospodărirea apelor.[3]

Capitolul 4. Principii generale ale epurarii apelor uzate provenite din industrie

Epurarea apelor se definește ca procesul complex de reținere a elementelor nocive, de neutralizare și eliminare a acestora sub variate forme, de refacere a potabilității apelor precum și a caracteristicilor fizico-chimice ale acestora înainte de eliberarea în mediu, sau de utilizarea ei.

Directiva Consiliului Europei numărul 91/271/EEC din 21 mai 1991 privind epurarea apelor uzate urbane, completată cu prevederile Directivei Comisiei numărul 98/15/Ec din 27 februarie, 1998, transpusă în întregime în legislația românească prin intermediul Hotărârii de Guvern numărul 188/2002 stipulează condițiile de calitate pe care trebuie să le îndeplinească apa înainte de a se permite deversarea acesteia în mediul acvatic sau în instalațiile de furnizare a apei destinate consumului uman sau animal.

Completată cu HG 352/2005, alcătuiesc cadrul legal care legiferează elementele de protecție a mediului de efectele evacuării apelor uzate provenite atât din activitatea casnică, cât, mai ales, din cea industrială, în mediul ambient.

În funcție de natura substanțelor de impurificare, precum și de concentrația toxicului în apă, dar și de metoda de epurare aleasă, există mai multe procedee de epurare.

4.1 Procedee de epurare

Pentru refacerea potabilității unei ape uzate, nu este întotdeauna suficientă abordarea unei singure metode de epurare, în general apele uzate sunt impurificate cu mai multe elemente care le degradează calitatea, acestea la rândul lor necesitând o gamă de metode de epurare aplicate succesiv. Combinând diferitele metode, în funcție de necesități, se poate ajunge la o purificare intensivă a apei uzate, efluenții rezultați putând fi reintroduși în circuitul apei, fără să genereze probleme ulterior.

În funcție de principiul de funcționare, instalațiile de epurare se clasifică în:

Metode convenționale de epurare a apei, sunt metode de epurare care utilizează echipamente energofage intensive fizico-mecanice, fizico-chimice, biochimice sau biologice

Metode alternative de epurare a apei, replicând procedeele ce se desfășoară în natură, sunt, în general, metode extensive, datorită faptului că necesită suprafețe mari în procesul de prelucrare a apelor.

Metode conventionale de epurare a apelor uzate:

Epurarea mecanică presupune îndepărtarea prin diferite metode fizice a suspensiilor grosiere prezente în apele uzate. Procesul presupune utilizarea de grătare, site, deznisipatoare, separatoare de grăsimi și decantoare.

Grătarele au rolul de a reține suspensiile grosiere care plutesc în apele uzate (ambalaje din carton, hârtie, sticle, cutii, fibre diverse, etc.). Acestea sunt evacuate ca atare, constituind deșeuri ce se pot transporta la groapa de gunoi.

Deznisipatoarele sunt elemente fără de care o stație de epurare nu ar fi eficientă, nisipul fiind în general introdus în apele uzate din apele de ploaie sau din procesul de transport sau spălare a diferitelor obiecte (de exemplu transportul sfeclei de zahăr în industria alimentară utilizează apă, care se încarcă cu nisipul aderent pe suprafață sfeclei, realizând totodată și spălarea acesteia). Rămânerea nisipului cu granulație mai mare de 0,2 mm în apa de epurat și transferarea unei ape insuficient deznisipate către treptele superioare de epurare poate să conducă la deteriorarea pompelor, îngreunarea funcționării decantoarelor, scăderea capacității de funcționare a stației de epurare prin colmatarea acesteia cu nămol.

Separatoarele de grăsimi urmăresc îndepărtarea uleiurilor, grăsimilor precum și a tuturor substanțelor cu densitate mult mai mică decât densitatea apei, care sedimentează la suprafață în ape liniștite sau cu curgeri line. În general, acestea sunt amplasate după deznisipatoare pentru a fi mai eficiente și a reduce fenomenul de adsorbtie a grăsimilor la suprafață pulberilor solide aflate în suspensie în apele uzate.

Decantoarele au rolul de a permite sedimentarea unui procent ridicat de materii aflate în suspensie în apele uzate supuse epurării, pe principiul sedimentării în funcție de diferența de densitate, sau masă specifică. Pentru eficientizarea procesului de decantare este permisă adăugarea de substanțe care accelerează procesul de decantare sau care au rol de coagulare și / sau floculare. [12,13]

Epurarea chimică presupune utilizarea proprietăților chimice ale substanțelor în scopul modificării densității particulelor aflate în suspensie, a masei, respectiv volumului acestora, sau neutralizarea componentelor cu pH acid sau bazic, urmată de reținerea și îndepărtarea sărurilor rezultate prin scăderea solubilității acestora în apă, utilizând metode fizice.

Epurarea chimică prin coagulare/ floculare are rolul de a reduce conținutul de substanțe organice existente în apele uzate, și urmărește, pe lângă o creștere a purității apei prelucrate, și scăderea conținutului de substanțe organice direct fermentescibile, în masa de nămol activ. Pentru aceasta se utilizează sulfat feros clorurat și apă de var, care realizează și o inhibare a activității microbiene, soldată cu distrugerea celulelor microorganismelor și sedimentarea lor din apă. Flocoanele formate se îndepărtează prin decantare, iar pH-ul final al apei se reglează prin utilizarea acidului sulfuric 98% sau a hidroxidului de sodiu 40%, după caz.[12]

Epurarea biologică presupune procedeul în urma căruia, materiile organice existente în apele uzate provenite atât din activități industriale, cât și din activități casnice sub acțiunea unor culturi simple sau mixte de microorganisme sunt transformate în produși cu nocivitate 0, cum sunt dioxidul de carbon, apa, gaze de genul metanului, dar și biomasă.

Microroganismele utilizate pentru epurarea biologică pot fi dispersate în întreg volumul de apă supus epurării sau sunt aderente la un mediu-suport și acționează în curent de apă. În primul caz, trebuie luată în considerare necesitatea de a îndepărta suspensia de microorganisme, împreună cu nămolul activ și biomasa rezultată din volumul apei de purificat, pe când în cel de-al doilea caz, acest lucru nu mai este necesar, prin retragerea filtrelor din curentul de efluent, microorganismele sunt eliminate din apă.[13]

În general microorganismele utilizate sunt bacteriile, și, în funcție de metabolismul lor acestea pot să fie aerobe, facultativ aerobe, eventual microaerofile, sau anaerobe. Pentru fiecare grup de bacterii există procedee specifice de epurare a apelor uzate.

4.2 Metode biologice de epurare avansata

Dintre aceste metode enumerăm:

Fitoextractia respectiv extragerea substanțelor toxice din sol cu ajutorul plantelor (tutunul absoarbe cantități importante de ioni de cadmiu din sol, ceea ce constituie încă un factor de risc pentru fumători)

Fitodegradarea presupune utilizarea plantelor capabile să trăiască în simbioză cu microorganismele, pentru degradarea substanțelor toxice din mediul de epurat (câteva specii de plop sunt recunoscute pentru capacitatea lor de a descompune cu ajutorul microorganismelor specifice aderente pe rădăcinile lor, tricloretilena în componentele volatile ale acesteia

Rizofiltrarea este procedeul prin care se utilizează rădăcinile plantelor capabile să adsoarbă și/sau să absoarbă substanțele poluante din efluent, în special metalele grele, pe care le stochează în părțile aeriene, de regulă. Un exemplu tipic pentru această categorie îl constituie capacitatea florii-soarelui de a îndepărta uraniul radioactiv din solurile contaminate în procent de 95%.

Fitofiltrarea reprezintă capacitatea platelor de a absorbi apă uzată și de a reține în părțile aeriene substanțele poluante din mediu.

Fitostabilizarea reprezintă capacitatea plantelor de a metaboliza metalele din mediul de cultură și de a le transforma în forme mai puțin toxice, fără să le îndepărteze din mediu

Fitovolatilizarea presupune volatilizarea poluanților din mediu (mercur, seleniu, s.a.) cu ajutorul plantelor capabile să realizeze aceste transformări.

Controlul hidraulic se bazează pe capacitaea unor specii de plante de a absorbi cantități mari de apă uzată, din această cauză sunt utilizate ca "perdele" pentru împiedicarea infiltrării apelor uzate în mediu.[13]

4.3 Bioacumularea metalelor grele din apele uzate

Cercetătorii Universității Nicolaus Copernic din Polonia au elaborat un studiu în ceea ce privește bioacumularea metalelor grele în organele vegetale ale plantelor, iar ca material de studiu au ales diverse specii de Salix, care este cunoscută ca și salcia comună, salcie energetică sau salcie pentru împletituri.

Procesul biochimic care stă la baza bioacumulării metalelor grele în țesutul plantelor este complex, prezentând fluctuații de intensitate, în funcție de anotimp, de condițiile climatice și de concentrația soluției de metale grele administrate plantelor luate în analiză.

Ca o concluzie a studiului efectuat, nu toate organele plantelor sunt la fel de receptive la stocarea metalelor grele, situația fiind direct influențată și de tipul de metal administrat. [14]

Tabelul de mai jos prezintă ierarhizarea capacității de stocare a diferitelor organe ale plantei în funcție de metalul analizat, una dintre cele mai interesante concluzii ale experimentului condus de cercetătorii polonezi, cu implicații directe în epurarea apelor uzate

Tabel 6. Ierarhizarea continutului de metale grele in organelle plantei de Salix viminalis L.[14]

O altă concluzie interesantă a studiului desfășurat este faptul că nu toate speciile de Salix au aceeași dispoziție de a reține metalele grele, și în funcție de conținutul maxim de toxic pe care îl pot asimila, se poate alege varianta optimă, în directă relație cu nevoia de epurare concretă.

Tabel 7. Concentratia metalelor grele in tulpinile tinere a 12 specii de salcie inainte si dupa experiment (in decursul unui an calendaristic) [14]

4.4 Adsorbtia

Există ape uzate ce provin din activități industriale specifice și care conțin substanțe poluante specifice activității acestora, ape necesită metode avansate de depoluare, neputand fi îndepărtate prin alte metode.

În general, din această categorie fac parte substanțele minerale solubile și substanțele organice care nu pot fi degradate biologic. [13]

În acest sens, cele mai eficiente sunt procedeele care utilizează ca principiu de lucru adsorbția, utilizarea schimbătorilor de ioni sau oxidarea chimică.

Epurarea prin adsorbtie este utilizată pentru îndepărtarea ultimelor cantități de materie organică din apele uzate, după faza de epurare biologică sau biochimică și presupune utilizarea carbunelui activ ca material adsorbant.

Acesta se obține prin condiționarea cărbunelui fosil, fiind totuși o procedură destul de costisitoare, este aplicată doar în cazul în care este neapărată nevoie, de regulă pentru rezolvarea problemelor cauzate de fenoli, detergenți sau substanțe odorante care pot imprima apei un gust sau un miros neplăcut, respingător.

Capitolul 5. Descrierea sursei avute in proiect

Pentru țara noastră, tratarea apelor reziduale în scopul atingerii parametrilor, în pofida progresului constant înregistrat în ultimii ani, nu este nici pe departe o problemă rezolvată sau care se apropie de rezolvare. În ceea ce privește aplicarea Directivei 91/271/EEC, în domeniul tratării apelor uzate orășenești a cunoscut următoarele faze :

Până la data de 31 decembrie 2013, 263 de aglomerări citadine având peste 10.000 de locuitori echivalenți, au fost susținute pentru modernizarea sistemului de colectare a apelor uzate (ceea ce reprezintă circa 61,9 % din încărcarea biodegradabilă totală, urmând că în perioada următoare, și până la 31 decembrie 2018 încă 2346 de aglomerări citadine să aibă aceleași facilități pentru refacerea infrastructurii de colectare a apelor uzate

Până la data de 31 decembrie anul acesta, 263 de aglomerări citadine mai mult de 10.000 de locuitori echivalenți, au fost și sunt sutinuți în modernizarea zonelor de epurarea apelor uzate, în special prin fonduri europene nerambursabile, prin intermediul Programului Operațional Sectorial Mediu, axa prioritară 1, urmând ca în perioada următoare, respectiv până la 31 decembrie 2018, 2346 aglomerări urbane, având sub 10.000 de locuitori echivalenți să treacă la modernizarea sistemelor de epurare a apelor uzate.[15]

În anul 2011, se apreciază că, un procent de 75% ape uzate care proveneau din principalele surse de poluare au fost deversate în special în râuri, în condiții neconforme, insuficient epurate sau complet neepurate, ceea ce a afectat dramatic mediul acvatic, dar și fauna și flora malurilor acestor râuri. [15]

Din punct de vedere al furnizorilor de ape uzate, activitățile industriale produc volumele cele mai semnificative, chiar dacă activitatea industrială în România este în scădere, iar dintre activitățile industriale, contribuția cea mai mare o au producătorii de energie electrică și termică (în condițiile în care se iau în calcul inclusiv apele convențional curate), respectiv industria metalurgică și constructoare de mașini.

În prezent, în România există 22 de aglomerări urbane mari care au o populație de peste 150.000 de locuitori echivalenți, pentru care îmbunătățirea infrastructurii în domeniul epurării apelor uzatem finanțată prin fonduri ISPA și POS Mediu a reprezentat un progres extrem de important in reducerea poluării cu materii organice, cu suspensii și nutrienți, cu substanțe extractibile, detergenți s.a.[15]

Pe lângă grijă manifestată de țara noastră față de epurarea apelor în stațiile de epurare orășenești, Sistemul integrat de Monitorizare a Apei a permis, prin intermediul datelor stocate la nivel național, să poată fi definite în Planurile de Management Bazinal măsurile necesare și costurile estimative associate pentru încadrarea în prevederile Directivei Cadru Apă.[15]

În perioada 2007-2013 au fost în derulare 43 de proiecte de investiții în infrastructură, subvenționate prin intermediul POS Mediu, axa Prioritata 1.[16]

Având în vedere eforturile susținute în domeniul depoluării apelor uzate, precum și interesul evident al persoanelor juridice responsabile de asigurarea unei calități normale a mediului înconjurător, căutarea celor mai noi și eficiente metode de epurare a apelor este un domeniu deosebit de plin de provocări.

Capitolul 6. Selectarea instalatiei de depoluare pentru ape uzate industriale cu continut ridicat de Cd2+

Luând în considerare faptul că există multe metode care se pot aplica la depoluarea apelor uzate care conțin în cantitate peste limita admisă ioni divalenti de cadmiu, în cele ce urmează vom prezenta toate posibilitățile de depoluare cu avantajele și dezavantajele lor, în scopul alegerii variantei celei mai potrivite pentru depoluarea apelor reziduale din această categorie.

Pentru exprimarea eficienței unui proces de epurare se calculează gradul de epurare cu formula: , unde ε reprezintă gradul de epurare, iar Ci și Cf reprezintă concentrația inițială, respectiv finală a ionilor de cadmiu în soluție.

Din punct de vedere al raportului grad de epurare/ cost, cele mai bune metode sunt metodele chimice dintre cele clasice, combinate cu metodele fizice de eliminare a precipitatelor rezultate.

Metodele clasice de decontaminare chimică a apelor reziduale care conțin metale grele, cum ar fi precipitarea chimică a acestora, au câteva dezavantaje principale, și anume, incapacitatea asigurării scăderii continului de metale grele până la limita acceptabilă, influența combinată a prezenței altor substanțe chimice în mediul de decontaminat, condițiile chimice generale cum ar fi pH-ul, solubilitatea, presiunea, temperatura mediului de lucru, prezența substanțelor in suspensie, turbiditatea soluției, s.a.

Din acest motiv este neapărat nevoie să se cunoască în amănunt toate detaliile mediului de lucru, ceea ce, în cazul apelor uzate reziduale, este dificil de realizat.

Cu toate acestea, sistemele pasive de decontaminare implică cheltuieli minime de energie, reactivi sau forță de muncă, precum și cheltuieli scăzute de întreținere mai mici decât sistemele convenționale (oxidarea, tratamentul cu schimbători de ioni și/ sau precipitarea, adsorbția, îndepărtarea electrochimică, etc.).

Pe de altă parte, unele metode de tratare chimică presupun dizolvarea calcarului în iazuri și canale, pentru neutralizarea acestora, în vederea obținerii unui pH optim de reacție și/sau atingerea valorilor de pH la care solubilizarea agregatelor formate în urma recatiei chimice să fie cea mai scăzută, pentru o viteză de depunere ridicată, însă, în mod inevitabil, prezența contaminanților de tipul ionilor de fier sau aluminiu în apele respective produc acoperirea calcarului cu hidroxizi de fier și aluminiu, ceea ce scad eficiența sistemelor de acest fel.

6.1 Metodele pasive de tratare a apelor reziduale

Aceste metode sunt mai des întâlnite pentru tratarea efluenților care au debit scăzut, conțin cantități mici de metale grele dizolvate, având în vedere faptul că nu sunt metode intensive, iar durata necesară reducerii concentrațiilor poluanților este destul de mare în comparație cu metodele moderne de tratament, care au dezavantajul faptului că sunt energofage și au nevoie de reactivi mult mai costisitori, care se consumă în proces, rezultând o cantitate corespunzătoare de substrat din care trebuie recuperate elementele poluante (ionii de metale grele), situație în care procesul se complică mult după încheierea fazei de epurare propriu-zisă.

În contra-partidă, avantajul schemelor pasive de tratare a apelor uzate îl reprezintă faptul că presupun utilizarea unor procese de natură biologică sau similar biologică, geochimică, microbiologică, utilizând elemente naturale pentru absorbția ionilor de metale grele din efluenți, elemente cărora li se pot găsi întrebuințări în viață de zi cu zi.

O astfel de tratare a apelor reziduale este un proces durabil, eficient și eficace, ușor de condus și de administrat.

Procedeele clasice de epurare a apelor uzate contaminate cu ioni de metale grele cuprind procedee de precipitare, adsorbție, sedimentare, tratarea cu schimbători de ioni, electrodializă, procedeee intensive, fizico-chimice, precise, dar care au, ca numitor comun faptul că sunt procedee costisitoare

Începând cu anul 2000, adsorbtia metalelor grele din apele uzate industriale reprezintă unul dintre tratamentele alternative, care utilizează în special substanțe ieftine, minerale, organice sau biologice ce au capacitatea de a lega metalele grele aflate în formă ionică în efluenți non-organici.

Adsorbția reprezintă un proces de transfer de masă în care substanța este transferată din mediul lichid către suprafața unui solid, de care se leagă prin legături fizice sau chimice, este practic o microsedimentare la suprafața unui solid, a ionilor din soluția apoasă.

Adsorbanții pot să fie naturali sau artificiali, evident, adsorbanții naturali reprezentând soluția cea mai puțin costisitoare.[17]

Adsorbanții naturali cei mai ieftini provin, în marea lor majoritate din deșeurile rezultate din producția agricolă, însă, se folosesc și substanțe naturale prelucrate industrial (cărbunele activ) .

O categorie mai eficientă, cu specificitate ceva mai mare de adsorbanți, o reprezintă adsorbanții artificiali, de tipul substanțelor polimerice.

Operația presupune trei faze și anume:

Difuzia ionilor catre suprafața adsorbantului,

Adsorbția la suprafața adsorbantului

Difuzia poluantului printre particulele adsorbantului

Aplicabilitatea tehnică a acestui procedeu, dar și costul scăzut față de celelalte metode intensive de separare, sunt avantajele acestui proces. Pe de altă parte, alegerea adsorbantului specific este o problemă destul de spinoasă.

Dintre adsorbanții naturali putem aminti zeoliții, substanțe naturale (însă pot fi fabricate și industrial), din categoria aluminosilicatilor naturali hidratați de calciu, stronțiu, sodiu, potasiu, bariu, magneziu etc., substanțe care, datorită structurii lor (fig. 1) sunt deosebit de eficiente, pentru adsorbția ionilor de metale grele prin proprietațile lor de schimbători de ioni.[17]

ionică a zeoliților atât cei naturali cât și cei sintetici, situația fiind concurențială între totalitatea

ionilor dizolvați în soluția apoasă.

Utilizarea deșeurilor provenite din agricultură pentru îndepărtarea ionilor de metale grele din apele uzate industriale sau menajere, nu este o direcție nouă în depoluarea apei, procedeul purtând denumirea de bio-sorbție și utilizează biomasă microbiană pentru a lega și concentra metalele grele din curentul de efluent, prin metode fizico-chimice (chelație și adsorbție).[17]

Materiale vegetale cum ar fi cojile de alune de pământ, paleele de orez, cojile de nuci pecan, cocenii de porumb sau tărâța obținută de la măcinarea acestuia, cojile provenite de la curățarea cartofilor, pot fi prelucrate termic și transformate în cărbune activ, un produs deosebit de eficient în îndepărtarea ionilor de metale grele din apele uzate cu un pH de 6.0. Tabel 8. Capacitatea de adsorbtie a ionilor de metale grele din apele uzate, pe diferite deseuri agricole [17]

O altă versiune de separare a ionilor metalelor grele din apele reziduale o reprezintă

filtrarea prin membrane semipermeabile, metodă căreia, se pare că, în țări cu veche tradiție în epurarea apelor reziduale începe să i se acorde din ce în ce mai multă atenție. Filtrarea prin membrane semipermeabile presupune separarea mediului în două zone, zona de alimentare și cea de evacuare, separate printr-o membrană semipermeabilă, filtrantă cu porozitate diferită în funcție de categoria de dimensiune a elementului care trebuie separat (substanță chimică, impuritate fizică, sau microorganisme).

Prin aplicarea, în zona de alimentare, a unei presiuni mai mari decât presiunea osmotică, solventul anorganic (în acest caz apa) ale cărei molecule au dimensiuni mai mici decât ionul de cadmiu, pot să treacă prin porii membranei, în timp ce aceștia din urmă rămân și se concentrează în zona de alimentare. În funcție de tipul și de dimensiunea orificiilor materialului din care este confecționată membrana, distingem mai multe categorii de separări prin membrană semipermeabilă, și anume : ultrafiltrare (UF), nanofiltrare (NF) sau osmoză inversă.[17]

Procedeul este eficient, însă prezintă două avantaje foarte mari, și anume, materialul semipermeabil este costisitor, iar apa reziduală, în momentul în care ajunge în zona de filtrare prin membrană semipermeabilă, nu trebuie să mai conțină elemente cu dimensiuni comparabile cu dimensiunile porilor membranei (pentru că se produce fenomenul de colmatare a membranei) și nici particule în suspensie care s-ar depune pe suprafață membranei, blocând transferul și distrugând sistemul.

Prin metoda ultrafiltrării se pot elimina din apele uzate industriale cantități însemnate de ioni de metale grele, pintr-un proces integrat de adsorbție a ionilor pe un substrat de legare, urmată de o filtrare normală care are scopul de a îndepărta din apa reziduală macromoleculele formate prin adsorbție, urmată de microfiltrare și de recuperarea adsorbantului din mediul concentrat.[17]

Procesul decurge eficient în îndepărtarea ionilor metalelor grele, utilizând zeoliți sintetici ca și materiale de adsorbție, și este reprezentat schematizat în fig.2

Fig.2 Schema de epurarea a apei uzate industriale, prin microfiltrare[17]

Electrodializa este o altă metodă modernă de tratare a apelor în vederea îndepărtării ionilor de metale grele din apele reziduale. Principiul de funcționare constă în aplicarea unui curent electric între cei doi electrozi introduși în soluția apoasă, situație în care ionii dizolvați în soluție se orientează în funcție de polaritate către unul sau altul dintre electrozi, reprezentând schematic procesul, se poate observă, în imaginea de mai jos, tendința de acumulare a ionilor divalenți de cadmiu la polul negativ al celulei de electroliză.

Reprezentat schematic, procesul electrolizei este cel din figura 3.

Fig.3 Electroliza ionilor de cadmiu prezenti in apele uzate [17]

Pe lângă aceste metode considerate clasice de epurare a apelor reziduale, procesele biologice sunt mult mai puțin costisitoare, nu produc deșeuri care să perpetueze problema substanțelor toxice și să o transfere către alte materiale, astfel încât, chiar dacă au o perioadă mai îndelungată de soluționare, acolo unde este posibil se ia în considerare folosirea acestui tip de metodă.

Prin utilizarea bioacumulării în epurarea apelor uzate, se câștigă o dată prin redarea în folosință a cantităților de apă, altfel toxice, și în al doilea rând, prin producerea de material biologic, ce poate fi utilizat în activitățile umane, fără toxicitate pentru om, sau mediul înconjurător dar care poate, în timp, să readucă în discuție problema inițială prin depozitarea sau prelucrarea deșeurilor rezultate ca urmare a uzării complete a obiectelor confecționate din astfel de material biologic.

Salix viminalis, denumită și salcia rapid cresatoare, este o specie forestieră care se regenerează pe cale vegetativă.

Salix viminalis provine din Suedia, ea este o plantă lemnoasă sub formă de tufă având o creștere rapidă de până la 3-3,5 cm/zi și o durată de viață cuprinsă între 25-30 de ani.

În 2-3 ani, aceasta poate ajunge la o înălțime a lăstarilor de 6-7 metri și un diametru la bază cuprins între 6-10 cm.

Producția de salcie în medie este de 40-60 tone masă lemnoasă/ ha, în 2-3 ani de la plantare, putând fi folosită ca sursă energetică sub formă de peleți, brichete sau tocătură, sau putând fi folosită ca materie primă pentru fabricarea împletiturilor de lemn.

Ca și caracteristici biologice, salcia rapid crescătoare se poate cultiva pe terenuri cu zone mlăștinoase sau pe lângă apă.

Salcia energetică are capacitatea de a prelua anual 20-30 t/ha de nămol provenit din epurarea apelor poluate.

Din punctul de vedere al caracteristicilor botanice, sălciile sunt specii lemnoase, cu înflorire înainte de înfrunzire. Acestea au o putere calorică mare, si rezistă împotriva degradării în timpul depozitării sub formă de tocătură (materie primă pentru peleți, brichete).

Ca domenii de utilizare se poate menționa epurarea naturală a apelor uzate, producerea de peleți, producția directă de energie termică și electrică, industria lemnului și produselor din lemn, industria celulozei și a hârtiei, etc.

Avantajele cultivarii salciei rapid crescătoare :

Nu poluează si nu dauneaza sanatatii;

Ușor de utilizat și depozitat (1m³=0,65 tone);

Reziduuri reduse daca se utilizeaza ca si combustibil (cenușă);

Mai economic decat gazele și petrolul;

Prin ardere elimină cantități foarte mici de noxe;

Efecte pozitive asupra faunei;

Recoltarea se face toamna tarziu;

Putere calorică mare (4.900 kcal/kg);

Are capacitate de evapo-transpiratie de 15-20 l/zi

Durata de exploatare mare a plantatiei (25-30 de ani)

Capitolul 7 . Scopul si obiectivele specifice ale instalatiei de epurare a apelor uzate industrial cu continut ridicat de Cd2+

Stațiile de tratare și epurare a apelor uzate provenite din activitățile industriale au rolul de a redă circuitului natural, cantități însemnate de apă cu încărcături chimice și fizice dintre cele mai complexe, specifice activității desfășurate.

Inclusiv apele naturale în zonele industriale sunt contaminate cu pulberi și cu substanțe chimice ca urmare a proceselor tehnologice desfășurate în zonă, combinată cu acțiunea de dizolvare a apelor meteorice.

În aceste condiții, tratarea apelor reziduale industriale reprezintă o prioritate menită să scadă nivelul de poluare a zonelor industruiale și a arealelor limitrofe acestora.

Apele uzate utilizate pentru alimentarea cu apă a plantațiilor de salcie, pe lângă aspectul ecologic pe care îl au, reduc simțitor cantitățile de nămol de filtru, reziduu rezultat în urma sedimentării și decantării substanțelor solide din apele uzate industriale.

Mai mult decât atât, cantitatea de lemn produsă poate fi ușor valorificată ca și materie primă pentru asigurarea confortului termic al zonei urbane lângă care sunt așezate. Rând pe rând, multe țări din Uniunea Europeană și nu numai, au ales varianta iazurilor plantate cu sălcii, sau a bazinelor de tratare a apei care au în mijlocul lor, adevărate insule suspendate pe care cresc sălcii capabile să proceseze intens o cantitate uriașă de apă zilnic, eliberând prin evaporație, între 15 -20 de l de apă pură pe zi, fiecare plantă. Deși pare un proces destul de lent în conparație cu procedeele clasice, o cascadă de bazine care să fluidizeze alimentarea cu apă și să transforme procedeul discontinuu într-unul continuizat este o soluție la îndemână oricui dispune de suprafețe mari de teren, preferabil în pantă lină, pe care să se poată amplasa bazinele.

Tratarea ecologică a apelor impurificate cu ioni de cadmiu este și va rămâne o problemă majoră atâta vreme cât, implementarea soluțiilor și experienței statelor cu tehnologii mai avansate trenează, chiar dacă statul oferă suficiente motive și chiar sprijină inițiativele din acest domeniu.

Toxicitatea mare a acestor ioni de metale grele, obligă la luarea măsurilor de rigoare pentru a preîntâmpina intoxicări în masă, ca urmare a ingestiei acestor tipuri de substanțe.

Capitolul 8. Concluzii

Apele uzate industriale reprezinta un pericol permanent pentru biosfera, avand in vederemodul in care difuzeaza in mediu, si pot ajunge sa polueze arii intregi in jurul punctului de devrsare, din acest motiv, metodele de purificare a apelor reziduale, atat cele menajere, cat mai ales, apele uzate industriale, care reprezinta o parte importanta din volumul acestora, este vitala.

Uniunea Europeaza acorda o deosebita importanta proiectarii, dotarii si functionarii statiilor de epurare industriale sau orasenesti, iar tara noastra, incadrandu-se in normativele europene de conservarea mediului, si-a adaptat legislatia specifica, noilor cerinte de mediu.

Dintre metodele de epurare a apelor uzate industriale, filtrele biologice cu plante capabile sa filtreze, sa stocheze si sa acumuleze elemente cu toxicitate ridicata in organele lor vegetale sunt metode eficiente, necostisitoare si usor de gestionat.

In cazul ionilor de cadmiu, toxicitatea la ingerarea acestora se manifesta prin afectiun cardiace, pulmonare sau ale diferitelor organe ale tractului digestiv (ficat), mentinandu-se inclusiv in carnea sau laptele animalelor adapate cu astfel de ape.

Masa verde rezultata din acest proces, nu constituie nicidecum o problema, fiind utilizata asa cum este cazul salciei energetice in producerea de energie termica, electrica sau in confectionarea de obiecte utile si mai ales, eliminand pericolul ingestiei accidentale a plouantilor, si indepartand totodata riscul infiltrarii poluantilor in panza freatica.

Legislatia romaneasca prevede normele de calitate pe care trebuie sa le contina apele reziduale inainte de a se permite deversarea acesteia in mediu, si stipuleaza inclusiv consecintele pe care trebuie sa le suporte agentul economic care nu verifica incadrarea in aceste norme, consecinte care ajung pana la oprirea activitatii agentului economic.

Apa este resursa cea mai pretioasa a omenirii si conservarea ei reprezinta garantia vietii pe pamant.

Capitolul 9. Bibliografie

1.Letitia Oprean, "Apa,resursa fundamentala a dezvoltarii durabile,vol I"

2.Letitia Oprean, "Apa,resursa fundamentala a dezvoltarii durabile,vol II"

3.Ovidiu Ianculescu-“Epurarea apelor uzate”

4.Robeseu.D,"Tehnologii,instalatii si echipamente pentru epurarea apei,Ed.Tehnica,Bucuresti,2000"

5."Protectia,tratarea si epurarea apelor vol II",Bucuresti 1976,Consiliul National al apelor

6. Constantin Munteanu, Mioara Dumitrescu,"Ecologia si protectia calitatii mediului",Editura Balueara 2011

7. Andrei Popescu -Armonizarea legislatiei nationale cu reglementarile comunitare-http://www.mdlpl.ro/_documente/info_integrare/romania_si_viit_europei/armonizarea.htm

8. Legea 458/2002 Privind calitatea apei potabile

9. Anca Maria Moldoveanu-“Patologia infectioasa transmisa prin apa”, MatrixRom Bucuresti,2013

10. Ion Macinic- Facultatea de medicina veterinara Timisoara, “Prezenta Cadmiului in ecosisteme”, Medicamentul veterinar / Veterinary drug, Year 1, No. 2. December 2007

11. Constantin Ciobanu- [anonimizat] de medicina si farmacie „Grigore T. Popa” Iași, Teza de doctorat cu titlul „Corelatii intre aportul alimentar de metale toxice (Cadmiu si Plumb) si nivelul acestora in lichidele biologice”, coord. Prof. dr. Rodica Cuciureanu, 2013

12. IONESCU, Gh. C., „Sisteme de epurare a apelor uzate”, Editura MatrixRom – București, 2010.

13. IONESCU G.L., IONESCU G.C., SÂMBETEANU AURA – „Tehnologii moderne pentru epurarea apelor uzate”, Editura MatrixRom, 2013, București.

14. Olejniczak A., Cyganiuk A., Kucińska A., Łukaszewicz j.- Energetic Willow (Salix viminalis) –Unconventional Applications, Faculty of Chemistry, Nicholas Copernicus University Poland- http://cdn.intechopen.com/pdfs/24431.pdf

15. Rezultatele analizei documentare- Sectorul MEDIU ȘI SCHIMBĂRI CLIMATICE, martie 2013

16. Situația proiectelor din cadrul Axei Prioritare 1A -Axa prioritară 1A: “Sprijin pentru dezvoltarea proiectelor de infrastructură din sectorul apă/ apă uzată aferente următoarei perioade de programare financiară” http://www.posmediu.ro/axaprioritara1

17. M.A. Barakat-„New trends in removing heavy metals from industrial wastewater”Department of Environmental Sciences, Faculty of Meteorology and Environment, King Abdulaziz University, Arabian Journal of Chemistry Volume 4, Issue 4, October 2011, Pages 361–377, http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1878535210001334

Bibliografie