IMPACTUL ECOLOGIC AL POLUĂRII CU METALE GRELE A SOLULUI [308487]

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREȘTI

FACULTATEA DE INGINERIA SISTEMELOR BIOTEHNICE

IMPM

LUCRARE DE DISERTAȚIE

IMPACTUL ECOLOGIC AL POLUĂRII CU METALE GRELE A SOLULUI

Coordonator științific:

Conf. Dr. Ing. CARMEN – OTILIA RUSĂNESCU

Masterand: [anonimizat]. [anonimizat] 2019

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREȘTI

FACULTATEA DE INGINERIA SISTEMELOR BIOTEHNICE

IMPM

RAPORT DE CERCETARE ȘTIINȚIFICĂ 2

Coordonator științific:

Conf. Dr. Ing. CARMEN – OTILIA RUSĂNESCU

Masterand: [anonimizat]. [anonimizat] 2019

Capitolul 1

Proiectarea și relizaea bazei tehnice de cercetare a polării remante a solului cu metale grele

OBIECTIVE

Stabilirea punctelor de prlevare a probelor în cadrul bazinului hidrografic Siret.

Se vor stabilii metodele de prelevare și extracție a probelor, pentru analiza metalelor grele.

Stabilirea metodicii de cercetare a poluării solului cu metale grele.

1.1. Stabilirea punctelor de prelevare probe în cadrul bazinului hidrografic Siret

Primul pas în alegerea unui plan de prelevare constă în stabilirea obiectivelor și definirea lor. Obiectivele unei strategii de prelevare pot fi clasificate în scopuri de monitorizare și scopuri de evaluare. [anonimizat][1].

Planul de prelevare trebuie să cuprindă:

locațiile de prelevare;

echipamentul de prelevare;

toate informațiile necesare cum ar fi: tipul, numărul, [anonimizat], etichete, [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat] (pH), [anonimizat].

Pentru atingerea obiectivelor propuse este necesară realizarea unei scheme care să reducă la minim erorile care se pot produce în timpul programului de prelevare a probelor precum și de realizare a diferitelor analize din programul de lucru. În figura 1.1 [anonimizat][1].

[anonimizat], din bazinul hidrografic Siret. [anonimizat], necesită o [anonimizat] a unui corp de apă dat.

[anonimizat], astfel încât să se cunoască bine sursele de poluare cât și caracteristicile hidrologice și geomorfologice ale zonei. [anonimizat][2].

Fig. 1.1. [anonimizat][2]

[anonimizat] 63µm, constând în argilă și mâl. [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat] a locațiilor de prelevare. [anonimizat] suficient de mare pentru a putea furniza multiple probe de sediment[2].

Conform obiectivelor tezei cu privire la remanența metalelor grele, odată cu prelevarea sedimentelor se face și prelevarea de vegetație (stuf și papura), din malurile emisarilor luați în lucru.

Echipamentele pentru prelevare trebuie să permită obținerea unor probe de sediment și de vegetație fără ca starea lor chimică să fie modificată. Recipientele de prelevare nu trebuie să conțină metale și să nu determine pierderi de metale prin adsorbție sau difuzie.

În alegerea siturilor de prelevare este important să alegem zonele care ne vor oferi informațiile cele mai potrivite. Atunci când se evaluează impactul ecologic – cum este și subiectul tezei – este indicat a se alege acele zone care sunt afectate de un anumit tip de poluare (poluarea solului cu metale grele). În figura 1.2 sunt prezentate criteriile de alegere a punctelor de prelevare.

Fig. 1.2. Criterii principale de alegere a punctelor de prelevare[3]

Secțiunile luate în calcul pentru programul de prelevare a probelor de sol și plante sunt prezentate în figura 13 și descrise în tabelul 7. Sedimentele au fost prelevate din 17 locații de-a lungul râurilor Bistrița și Siret, din bazinul hidrografic Siret.

Tabel 1.1. Amplasarea punctelor de prelevare pe malurile emisarilor[7]

Zona de prelevare se întinde pe o lungime de 67,42 km pentru râul Bistrița, și 41,46 km pentru râul Siret, ca punct de reper fiind municipiul Bacău (fig. 1.3):

Lacul Bistrița Lacul Moldova Lacul Siret

Fig. 1.3. Amplasarea punctelor de prelevare în funcție de distanță[7]

1.2. Metode de analiză a poluării solului cu metale grele

Scopul analizelor de laborator este acela de a obine date corecte și exacte asupra parametrilor realizați. Alegerea metodelor analitice pentru sol, sedimente și plante va depinde în mare măsură de informația pe care trebuie să o producă programul precum și de analiții ce trebuie analizați[4].

În figura 1.4 sunt prezentate etapele pentru analiza unei probe de sediment sau vegetație.

Fig. 1.4. Etapele pentru analiza unei probe de sediment sau vegetație[4]

1.2.1. Metode de prelevare sedimente și vegetație pentru analizametalelor grele

Prelevarea probelor implică cerințe extrem de severe referitoare la puritate pentru analiza metalelor la nivel de urme (μg/kg), orice impuritate fiind evitată. Concentrațiile masice ale elementelor se pot modifica rapid după prelevare datorită efectelor de adsorbție și desorbție. Este necesară această precauție pentru a preveni contaminarea și eventualele interacțiuni ale materialului din care este confecționat recipientul cu componenții din proba

de analizat, ceea ce ar determina obținerea unor rezultate eronate. Recipientul trebuie să fie prevăzut cu închidere etanșă cu dop, confecționat de preferat tot din plastic. Dispozitivul de prelevare poate fi prevăzut cu medii de adsorbție sau filtrare care să permită concentrarea in situ a substanței de analizat. Pentru analiză este necesară prelevarea unei cantități reprezentative de sediment, de regulă între 0,5 – 100 grame. De asemenea, este necesară prelevarea probelor de la diferite nivele, astfel încât analizele efectuate să furnizeze rezultate cât mai exacte [60].

Un factor important pentru alegerea metodei de prelevare este utilitatea dispozitivelor la condițiile tipului de sediment. Aceste dispozitive sunt de mai multe tipuri și forme, adaptate pentru a se potrivi unor condiții specifice. În general, utilizarea lor depinde de mai mulți factori cum ar fi:

adâncimea apei;

volumul probei;

tipul de sediment;

materialul de construcție;

ușurința de manevrare;

tipul probei: probă de suprafață la un profil vertical.

Alegerea dispozitivului de prelevare se realizează și în funcție de tipul de sedimente (tab. 1.2) [8].

Tabelul 1.2. Dispozitive de prelevare funcție de tipul de sediment [8]

Pentru recoltarea stratului superior de sedimente sau de sol se poate utiliza un sistem tip dragă pentru prelevarea unor cantități mari de probă, sau un sistem tip carotier, iar în cazul râurilor mai puțin adânci se poate folosi lopata [8].

Analizele profilurilor de adâncime pot fi utilizate pentru a obține informații suplimentare despre istoricul contaminării și pentru a reconstrui tendința din trecut. Această metodă este cel mai bine aplicată în sedimentele unde viteza de acumulare a sedimentelor este mare, iar viteza de perturbare a emisarului este suficient de mică pentru a nu cauza decât o perturbare neglijabilă contaminaților. Probele de sedimente de profil sunt colectate exclusiv cu sistemul de tip carotier [8].

Prelevatoarele tip carotier, sunt utilizate când informațiile privind profilul vertical al sedimentelor este de interes sau când prelevatoarele tip dragă nu pot fi folosite (de exemplu: datorită tipului de sedimente).

Tuburile sondei sunt confecționate de obicei din PVC sau Perspex, ultimul material făcând posibilă vizualizarea imediată a probei colectate. Se poate utiliza un înveliș interior din polietilenă pentru a proteja probele de contaminare de peretele sondei. Sondele acționate manual pot fi avantajoase pentru colectarea sedimentelor de suprafață: sonda poate fi un tub/țeavă cu un diametru de 8-10 cm care este introdus manual în sedimentele neperturbate de aproape 30 cm. Dacă este necesar, aerul de deasupra este înlocuit cu apă de la punctul de prelevare, se introduce un dop de cauciuc și se scoate proba. Se pune imediat un capac la capătul inferior. Apoi se evacuează apa și se colectează stratul superior de 5 cm de sedimente; folosirea unui piston poate fi utilă pentru scoaterea sedimentelor. Se mai poate utiliza o sondă acționată manual cu un prelungitor de țeavă sau tijă, la adâncimi mai mari. Sondele manuale au o utilizare limitată pentru colectarea profilurilor [8].

Sedimentele și solul sunt componente foarte neomogene din punct de vedere al structurii pe orizontală (spațial) și verticală (granulația, variații ale texturii, a compoziției chimice, biologice, a conținutului de apă, a distribuției diferiților poluanți etc.). De aceea, pentru a caracteriza o suprafașă relativ mică, pentru fiecare secțiune de prelevare este necesară recoltarea de probe multiple, pentru a estima parametrii care contribuie la variația globală a datelor analitice. Este recomandat ca în fiecare punct de prelevare să fie recoltate un număr de 3-5 probe (replicate independente) [8].

Probele pot fi analizate individual (ceea ce este de preferat) sau pot fi amestecate înainte de analiză, rezultând astfel probele compuse. Atunci când sunt analizate probe dintr-un amestec, pentru o mai bună omogenizare se recomandă transformarea acestuia într-o pudră fină înainte de divizarea probei [8].

Prelevarea de vegetație (papură și stuf), se realizează cu un dispozitiv tip lopată sau hârleț, cu care se sapă în jurul fiecărei rădăcini și se extrage planta manual, având grijă ca rădăcina să fie scoasă în condiții cât mai bune [8].

Eșantioanele de sediment sau vegetație, sunt păstrate în pungi din plastic sau în containere rigide, în funcție de analizele prevăzute, astfel încât să se evite modificarea proprietăților fizico-chimice ale acestora.

1.2.2. Metode de sitare a probelor de sedimente, pentru analiza metalelor grele

Sitarea probelor de sedimente se poate face prin dispozitive simple folosind o pâlnie umplută cu apă și acționând sita manual. Pentru cernerea unui număr mai mare de probe, sitele pot fi așezate în tăvi sau pe dispozitive vibratoare (fig. 1.5).

Fig. 1.5. Dispozitiv de sitare sedimente [5].

Toate probele trebuie cernute cu site de 63 μm sau mai mari, cât mai curând după prelevare pentru a îndepărta fragmentele de origine animală sau vegetală precum și organismele bentonice. În urma prelucrării ulterioare a probei cum ar fi înghețarea, stocarea sau tratarea cu ultrasunete materialul biotic poate degrada proba de sediment devenind parte a acestuia. Pentru a diminua riscul dezechilibrului apă/sediment, cernerea se efectuează cel mai bine cu apa de la punctul de prelevare. Pentru analizele de metale în urme sunt recomandate sitele din material polimeric [5].

Probele se vor transfera în flacoane din polietilenă cu gât larg sau în pungi, spălate în prealabil. Recipientele de prelevare trebuie umplute până la partea superioară pentru a opri formarea de hidrogen sulfurat și a reduce oxidarea în timpul transportului. Este necesar ca probele recoltate să fie conservate la o temperatură de 2-4șC și transportarea lor cât mai repede la laborator [8].

1.2.3. Metode de uscare a probelor de sedimente și plante, pentru analiza metalelor grele

Uscarea probelor este una din etapele premergătoare pentru analiza propriu-zisă a probelor. Este foarte important ca determinarea analitică să se facă pe o probă uscată și la o greutate constantă, deoarece apa poate juca un rol important în determinarea eșantionului. În cazul substanțelor solide apa este o cantitate variabilă care depinde de factori cum ar fi temperatura, umiditatea și starea de compartimentare a probei. În tabelul 1.3 sunt prezentate trei moduri de uscare a sedimentelor și a plantelor, precum și avantajele și dezavantajele metodelor de uscare [8].

Tabel 1.3. Metode de uscare sedimente și plante [8].

În figura 1.6 sunt prezentate metodele de uscare a sedimentelor prin cele trei tehnici prezentate mai sus [6].

Fig. 1.6. Modul de uscare al sedimentelor prin diferite tehnici [6].

În figura 1.7. sunt prezentate probe de sediment, uscate în etuvă la 105 °C până la aducerea lor la greutate constantă.

Fig. 1.7. Etapa de uscare a probelor în etuvă [6].

Dacă determinarea se efectuează pe o probă uscată, este de preferat congelarea uscată a probei. Unele substanțe sunt foarte sensibile (oxidează ușor) la condițiile atmosferice și nu pot fi uscate la temperatura camerei sau în etuvă, însă ele pot fi liofilizate. Liofilizarea este un proces în care substanțele sunt supuse unui proces de vid înalt după ce au fost în prealabil înghețate. În acest mod substanțele supuse liofilizării vor rămâne complet uscate [6].

Sedimentele uscate sunt higroscopice și vor absorbi umiditate dacă nu se introduc într-un exicator (fig. 20), până la ăcirea lor completă, apoi probele se pot măcina într-un mojar (fig. 1.8.) [6].

Fig. 1.8. Păstrarea probelor uscate în exicator/Etapa de măcinare a sedimentului în mojar [6].

După ce s-a obținut o pulbere foarte fină, întreaga masă de sediment se introduce în vase din sticlă cu gât larg prevăzute cu dop, și păstrate într-un exicator sau liofilizator pentru a limita degradarea microbiană.

1.2.4. Metode de extracție a metalelor grele din probe de sedimente sau materii solide

Pentru ca o probă de sediment sau de vegetație să ajungă la stadiul de a putea fi analizată, este necesară o pretratare a probei cu aducerea probelor din stare solidă în stare de soluție prin folosirea acizilor tari, care duc la dizolvarea completă a probelor.

Cel mai des folosit oxidant este apa regală (HNO₃: HCl 1:3) în care acidul azotic este un bun agent oxidant, iar acidul clorhidric are proprietăți de complexare și furnizează aciditate puternică.

Reactivii folosiți în mineralizarea și digestia probelor sunt [7]:

Apă, calitate 1, conform ISO 3696/1987 (≤ 0,01 mS/m);

Acid azotic, ultrapur, p(HNO₃) = 1,4 kg/L (65%) – are un potențial ridicat oxidant la 100șC, este cel mai des utilizat în digestia celor mai multe probe organice;

Acid clorhidric, ultrapur, p(HCl) = 1,16 kg/L (37%) – crește aciditatea din vasul de reacție în vederea mineralizării complete;

Acid sulfuric, ultrapur, p(H₂SO₄) = 1,84 kg/L (95-97%) – distruge moleculele organice, și se utilizează în dezagregări cu microunde, în cantități reduse;

Apă oxigenată, p(H₂O₂) = 1,11kg/L (30%-40%) – se adaugă la acid azotic sau la alți acizi. Reduce vaporii nitroți și accelerează reacția.

Pentru un mod de acțiune mai rapid asupra probelor, se pot folosi

amestecurile de acizi, care în combinații bine determinate pot da rezultate foarte bune:

Acid azotic/apă oxigenată;

Acid azotic/acid clorhidric;

Acid azotic/acid sulfuric.

În tabelul 1.4. sunt prezentate cele mai cunoscute metode de extracție a metalelor grele din sol, sedimente și vegetație [8]:

Tabel 1.4. Metode de extracție a metalelor grele prin digestie acidă [8].

Digestia cu microunde în sistem închis s-a dovedit a fi una din cele mai rapide tehnici pentru mineralizarea sedimentelor și a plantelor. O distincție aparte o are ușurință de dizolvare a probelor, datorită sistemului automatizatcare nu se întâlnește și în mineralizarea tradițională. Multe laboratoare folosesc această tehnică pentru a-și spori productivitatea datorită faptului că metoda este relativ simplă, digestia probei este completă, contaminările sunt minime existând și posibilitatea de control a temperaturii și a presiunii. Probele și amestecurile de digestie sunt introduse în tuburi speciale confecționate din sticlă, cuarț sau PTFE (politetrafluoretilenă), care se introduc într-un cuptor cu microunde (fig. 1.9), unde sub acțiunea temperaturii și a microundelor, proba este dezagregată.

Fig. 1.9. Sistem de digestie cu microunde Ethos 1[10].

Sistemul de digestie cu microunde are aplicabilitate în mineralizarea probelor de apă, sedimente, nămol, sol sau plante, în vederea analizării acestora.

În tabelul 1.5. sunt prezentate caracteristicile tehnice ale sistemului de mineralizare Ethos 1.

Tabelul 1.5. Caracteristici tehnice ale sistemului de mineralizare Ethos 1[10].

Sistemul ETHOS 1 cuprinde următoarele părți componente :

Cuptorul;

Senzorul de temperatură;

Rotorul;

Suportul de lucru;

Cheia dinamometrică;

Vase din teflon și scuturi de protecție.

La elaborarea unei metode de digestie se începe cu o cantitate mică de probă (pentru a evita exploziile care pot avea loc datorită naturii lor organice), și se aplică energia de microunde la diferite nivele, pentru a ajunge în final la o probă dizolvată complet. Presiunea generată în vasul de digestie este observată de un senzor de presiune care este comparată cu cea setată de utilizator. Proba este considerată digestată atunci când nu mai rămân în vasul

de reacție particule solide vizibile, iar în urma diluției proba rămâne clară.

Probele anorganice care includ metalele, sedimentele și cele mai multe soluri, sunt ușor de digestat în acizi fără a genera cantități mari de produse secundare gazoase. Pe de altă parte probele care conțin un procent mai ridicat de materie organică produc în urma reacțiilor, cantități mari de produți secundari gazoși.

După etapa de pregătire a probei și aducerea acesteia în fază lichidă prin tehnica digestiei, se trece la analiza propriu-zisă, cu aparate specifice de analiză pentru determinarea conținutului de metale grele.

1.2.5. Determinarea conținutului de metale grele din probele de sedimente și plante

1.2.5.1. Determinarea conținutului de metale grele prin tehnica de absorbție atomică

Tehnica de bază pentru determinarea metalelor grele o reprezintă spectroscopia atomică. Aceasta include toate metodele analitice care folosesc emisia sau absorbția radiațiilor electromagnetice de către atomii individuali ai fiecărui analit. Două din cele mai cunoscute metode sunt: spectrometria de absorbție atomică (AAS) și spectrometria de fluorescență atomică (AFS)[10].

Pentru analiza conținutului de metale grele din probele de sol, sedimente și plante, o largă utilizare o are spectrometrul de absorbție atomică , care poate determina metale grele ( As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, și Zn) până la nivel de urme.

Instrumentele de bază (fig. 1.10), pentru un spectrometru de absorbție atomică sunt:

sursa de atomizare – cuptorul de grafit sau flacăra cu rol în producerea

atomilor liberi din probă;

monocromator – pentru izolarea lungimii de undă specifică fiecărui

elemen în parte;

detector – măsoară cantitatea de lumină absorbită de atomi;

sursa primară de radiație – poate fi o lampă cu catod cavitar[9].

Fig. 1.10. Schema de funcționare a unui spectrometru de absorbție

Atomică[10].

1.2.5.2. Determinarea conținutului de metale grele prin tehnica de fluorescență atomică

O tehnică din ce în ce mai des folosită în determinarea mercurului este spectrometria de fluorescență atomică, limita de detecție este mult mai mică în acest caz, de 0,0002 μg/L față de 0,2 μg/L cum este în cazul absorbției atomice [14].

În figura 1.11. este prezentat un sistem de detectare al mercurului pentru probe de sedimente și vegetație, folosind ca tehnică de lucru fluorescența atomică [14].

Fig. 1.11. Spectrometru de fluorescență atomică [14].

Domeniul de măsurare se extinde peste intervalele ppt (ng/L)-ppb (μg/L). Ca sursă de lumină excitatoare prezintă o lampă de mercur de joasă presiune care produce radiații ultraviolete, și emite îndeosebi pe lungimea de undă de 253,7 nm [14].

1.2.5.3. Determinarea conținutului de metale grele prin tehnica de spectrometrie de masă cu plasmă cuplată inductiv (ICP-MS)

Este una din cele mai avansate metode de determinare a metalelor. Se pot determina 62 de elemente din sistemul periodic al elementelor cum ar fi: Ag, Al, As, Au, B, Ba, Be, Bi, Ca, Cd, Ce, Co, Cr, Cs, Cu, Dy, Er, Eu, Ga, Gd, Ge, Hf, Ho, In, Ir, K, La, Li, Lu, Mg, Mn, Mo, Na, Nd, Ni, P, Pb, Pd, Pr, Pt, Rb, Re, Rh, Ru, Sb, Sc, Se, Sm, Sn, Sr, Tb, Te, Th, Tl, Tm, U, V, W, Y, Yb, Zn, Zr [11].

Metoda se bazează pe o torță pe bază de plasmă de argon care se formează la o temperatură de 6000 șK, și permite practic excitarea oricărui element. O condiție de bază este dezagregarea inițială a probei prin aducerea acesteia în stare de soluție, și pulverizarea acesteia printr-un nebulizator direct în argonul care va intra în zona caldă a plasmei. În figura 1.12 este prezentată schema de funcționare a spectrometrului de masă cu plasmă cuplată inductiv [11].

Fig. 1.12. Etapele de analiză a unei probe prin tehnica ICP-MS [11].

Spectrometrul de masă cu plasmă cuplată inductiv (fig. 1.13) poate măsura urme de elemente de până la părți pe trilion (ppt) sau poate măsura mai mult de 70 de elemente pentru a determina compoziția unei probe necunoscute [11].

Fig. 1.13.. Spectrometru de masă cu plasmă cuplată inductiv [11].

Analiza metalelor grele prin tehnica de lucru ICP-MS, este o metodă de înaltă precizie, folosită în foarte multe domenii de utilizare, analizele pot fi cantitative și semicantitative, limitele de detecție fiind mai mici decât alte tehnici însă un dezavantaj ar fi costurile de analiză mai mari decât alte tehnici binecunoscute [11].

1.2.6. Metode de cântărire al probelor utilizate în analiza metalelor grele

Cântărirea este procedura cea mai comună și mai fundamentală în analiza substanțelor chimice din laborator.

Balanțele sunt instrumente de măsurare a masei și sunt de mai multe tipuri [13]:

balanțe tehnice (cu precizie de ordinul gramelor, folosite pentru cântăriri de substanțe a căror masă nu depășește 1 kg);

balanțe farmaceutice (cu precizie de la 1 la 10 mg, folosite pentru

cântăriri de substanțe a căror masă depășește 100 g);

balanțe analitice (cu precizie de 0,1 mg, folosite pentru cântăriri de substanțe a căror masă este sub 100 g), balanțe electronice (permit înregistrarea variațiilor de masă în timp).

Cântărirea probelor uscate trebuie efectuată în flacoane de sticlă cu dop, pentru a preveni absorbția de umiditate din atmosferă. Inițial se cântărește flaconul cu dop și se face tarra, apoi se cântărește proba. Cântărirea probelor de sedimente sau plante se poate face cu balanța analitică sau cu balanța tehnică. Balanțele (fig. 1.14.) sunt electronice și de mare precizie și au funcții de calibrare și ajustare complet automate funcție de timp și de temperatură [13].

Fig. 1.14. Balanța analitică și balanța tehnică de laborator [13].

1.2.7. Sistemul GPS Magelan Triton 200

Sistemul GPS (Global Positioning System, fig. 1.15.) este utilizat pentru poziționarea geografică a punctelor de prelevare din teren prin intermediul sateliților [12].

Fig. 1.15. Sistemul GPS Magelan Triton 200 [12].

Sistemul Magelan este un dispozitiv GPS portabil, creat pentru utilizarea în natură. Prezintă următoarele caracteristici [65]:

stochează puncte de interes care pot include și imagini;

înregistrează drumul de la început până la sfârșitul călătoriei și îl salvează ca o rută care va putea fi refolosită oricând se va dori;

setează o rută rapidă și foarte ușoară de la poziția curentă la un punct de interes sau orice alt punct de pe hartă;

încarcă hărțile detaliate Magellan însoțite de informațiile topografice cu cât mai multe detalii posibile;

creează o rută începând din poziția actuală către alte puncte de interes diferite sau către alte locuri de pe hartă.

CAPITOLUL 5

Stabilirea metodicii de cercetare a poluării remanente a solului cu metae grele

5.1. Stabilirea condițiilor de lucru

Eficiența activității de cercetare experimentală depinde de mai mulți factori, respectiv:

modul cum au fost identificate zonele poluate cu metale grele, respectiv sursele de poluare;

alegerea celor mai potrivite mijloace de investigație și a tehnicilor de măsurare corespunzătoare;

organizarea corespunzătoare a experiențelor;

modul de prelucrare și de interpretare a datelor; conceperea unui model matematic, care să prezinte legăturile (corelațiile) dintre sursele de poluare și poluarea remanentă a solurilor cu metale grele.

5.2. Stabilirea mărimilor variabile referitoare la tipul de sol supus analizei

Studierea procesului de poluare remanentă a solurilor cu metale grele este foarte complicat datorită faptului că solul are proprietăți variabile în timp și spațiu.

Pentru determinarea gradului de poluare remanentă a solurilor de către ape s-au conceput o serie de determinări care au ca scop următoarele:

determinarea concentrației de metale grele din sol (respectiv în malurile emisarilor);

determinarea concentrației de metale grele din plante de pe malurile emisarilor (având în vedere arealul de creștere a speciei de plantă).

Pentru grupa experimentală s-a ținut cont de anumite caracteristici specifice, și anume, specia de plantă.

Conform celor prezentate anterior, în continuare sunt prezentați parametrii care vor fi luați în considerare în cadrul determinărilor experimentale pentru fiecare grupă de studiu:

probele de sol au fost prelevate pe trei nivele (factorul B), conform figurii 2.1:

nivel minim: 0 cm la interfață apă-sol (fig. 2.2);

nivel mediu: 50 cm pe mal față de interfața apă-sol (fig. 2.3);

nivel maxim: 100 cm pe mal față de interfața apă-sol (fig. 2.4).

Fig. 2.1. Punct de prelevare sedimente[10].

Fig. 2.2. Cota minimă a secțiunii (0 cm la interfață apă-sol)[10]

Fig. 2.3. Cota medie a secțiunii (50 cm la interfață apă-sol)[10]

Fig. 2.4. Cota maximă a secțiunii (100 cm la interfață apă-sol)[10]

determinările experimentale au fost realizate pentru două specii de plante (identificate pentru fiecare punct de analiză), și anume ( factorul P):

specia de plantă Phragmites Australis (stuf, fig . 2.5.);

specia de plantă Typha Latifolia (papură, fig. 2.6).

Phragmites Australis, este o plantă erbacee perenă din familia gramineelor (Poaceae), tulpină rigidă de 1-4 m, frunze lanceolate verzi albăstrui și flori dispuse în panicule terminale și este o bună acumulatoare de hidrocarburi și metale grele [10].

Fig. 2.5. Phragmites Australis [10].

Typha Latifolia este o specie de plantă acumulatoare de metale grele, analiza ei ducând la rezultate reprezentative .

Fig. 2.6. Typha Latifolia [14].

În urma analizei mărimilor variabile s-au conceput următoarea formă de graduare:

unde:

– concentrația de metale grele din plantă;

– nivelele punctelor de prelevare (minim – 0 cm la interfață apă – sol, medium – 50 cm de la interfață apă – sol, maxim – 100 cm de la interfață apă – sol);

– speciile de plantă (Phragmites Australis- stuf, Typha Latifolia – Papură).

CONCUZII

1. Metalele se pot găsi în sol sub diferite forme asociate cu constituenți minerali și organici ai fazei solide.

2. Metalele grele în concentrație de peste 0,1 % în sol devin toxice pentru plante, ducând la schimbarea structurii comunității de plante într-un habitat poluat .

3. Există specii de plante care se pot adapta la concentrații mai ridicate de metale (metalofite), existând un prag critic pentru fiecare plantă.

4. Metalele grele reprezintă o categorie importantă de poluanți toxici stabili. Spre deosebire de poluanții organici, metalele nu sunt biodegradabile, au caracter puțin mobil în general, și din aceste cauze persistă în compartimentele de stocare (sol, sedimente) pentru o perioadă lungă de timp.

5. La nivelul solului metalele sunt distribuite, potrivit stării chimice în care se află, prin intermediul fluxurilor de suprafață, a fluxurilor hidrologice de infiltrație către stratul acvifer și a fluxurilor către organismele care preiau pe cale trofică substanțe din sol.

6. Prezența în sol și sedimente a substanțelor cu remanență mare duce la instalarea fenomenului de poluare remanentă, poluare care poate fi poluare remanentă fizică sau poluare remanentă chimică.

7. Transportul metalelor grele în sol are loc sub formă lichidă sau în suspensie fie prin intermediul rădăcinilor plantelor fie în asociație cu microorganismele prezente în sol.

8. Solurile grosiere, cele nisipoase și cele acide au capacitate redusă de

a reține metalele grele, astfel că acestea sunt absorbite cu ușurință de către

plante.

9. Pentru studiul impactului ecologic al poluării remanente cu metale grele a solului s-a determinat concentrația de metale grele din sol și plante, stabilindu-se relațiile matematice și factorii care influențează acest proces.

10. În funcție de zonele în care sunt localizate principalele surse de poluare, s-au definit și particularizat următoarele:

punctele de prelevare;

aria luată în lucru ca obiectiv de analiză;

concentrația de metale grele din sol;

concentrația de metale grele din specia de plantă Typha Latifolia;

concentrația de metale grele din specia de plană Phragmites Australis;

capacitatea de absorție a metalelor grele din sol în specia de plantă Typha Latifolia;

capacitatea de absorție a metalelor grele din sol în specia de plantă Phragmites Australis;

11. Analiza teoretică și experimentală realizată oferă posibilitatea determinării:

capacitatea de absorție a metalelor grele din sol în specia de plantă Typha Latifolia;

capacitatea de absorție a metalelor grele din sol în specia de plantă Phragmites Australis;

ecuației capacității de absorție a metalelor grele din sol în specia de plantă Typha Latifolia;

ecuației capacității de absorție a metalelor grele din sol în specia de plantă Phragmites Australis.

12. Pentru studierea impactului ecologic al poluării remanente cu metale grele a solului s-au identificat:

punctele de prelevare:

sedimentele au fost prelevate din 17 locații;

aria luată în lucru ca obiectiv de analiză:

bazinul hidrografic Siret respectiv, râurile Bistrița și Siret;

13. Particularitățile fiecărei metode de experimentare abordate fac să existe diferențe considerabile obținute în calculul concentrației de metale grele din sol și speciile de plantă Typha Latifolia, Phragmites Australis, diferențe care se datorează influenței diferiților factori:

tipul de sol analizat: argilă și mâl;

stratul de sediment a fost în cantitate mare și de granulație mai mică de 63 µm;

specia de plantă identificată (Typha Latifolia, Phragmites Australis) în arealul analizat;

nivelele la care sau prelevat probele de sol:

nivel minim: 0 cm la interfața apă-sol;

nivel mediu: 50 cm pe mal față de interfața apă-sol;

nivel maxim: 100 cm pe mal față de interfața apă-sol;

sursele de poluare din arealul analizat.

14. În conformitate cu programul de experimentare și cu metoda de lucru stabilite, s-a urmărit, impactul ecologic al poluării remanente cu metale grele a solului.