Procese de Fitoremediere

Diverse2

Procese de Fitoremediere

Byadmin ianuarie 1, 2024

STUDIUL PROCESELOR DE

FITOREMEDIERE A

APELOR UZATE UTILIZÂND

EICHORNIA CRASSIPES ȘI PISTIA STRATIOTES

CUPRINS

INTRODUCERE

CAPITOLUL I. POLUAREA APELOR 6

1.1. Prevenirea și combaterea poluării apei

1.2. Metode de epurare a apelor reziduale

CAPITOLUL II. TEHNICI NATURALE (ALTERNATIVE) DE DEPOLUARE APELOR

2.1. Epurarea apelor uzate prin sisteme “wetland” la nivel mondial

2.2. Fitoremedierea apelor uzate

2.2.1. Epurarea prin metoda spațiului radicular de tip vertical ("vertical subsurface flow"sau vSSF sau "vertical sub-surface constructed wetlands" sau vSSFCW ).

2.2.2. Epurare prin metoda spațiului radicular de tip orizontal ("horizontal subsurface flow" sau hSSF sau "horizontal subsurface constructed wetlands" sau hSSFCW)

2.3. Epurarea apelor menajere, prin utilizarea plantelor în comuna Bengești-Ciocadia

CAPITOLUL III. PLANTE UTILIZATE ÎN EPURAREA APELOR UZATE

3.1. Zambila de apă

3.1.1. Distribuție și habitat

3.1.2. Descriere

3.1.3. Cultivare și intreținere 1

3.1.4. Utilizare

3.2. Studii făcute cu zambila de apă în Romania și în lume

3.3. Salata de Nil

CAPITOLUL IV. STAȚIA DE EPURARE A ORAȘULUI ORADEA

4.1. Fluxul tehnologic – linia apei

4.1.1. Treapta mecanică

CAPITOLUL V. CERCETĂRI EXPERIMENTALE

5.1. Pregătirea materialului de lucru

5.2. Metode de analiză

5.2.1. Determinarea pH-ului

5.2.2. Consumul chimic de oxigen, zotul total, fosforul total,

5.3. Prelucrarea și interpretarea datelor

5.3.1. Zambila de apă (Eichornia crassipes)

5.3.2. Salata de Nil (Pistia Stratiotes)

5.4. Eficiența procesului de epurare prin intermediul zambilei de apă și a salatei de Nil raportat la parametrul N t, CCOcr, Pt, NO₃⁻

CONCLUZII

BIBLIOGRAFIE

INTRODUCERE

Apa! un cuvânt simplu scris din trei litere, dar cu o rezonanță puternică, este unul dintre cele mai importante elemente, substanțe, medii, forțe din natură. Este o formă de manifestare a materiei, în stare de agregare variată, interschimbabilă, fiind regăsită în formă solidă, lichidă, gazoasă. Deși simbolul chimic este H2O, acesta nu reflectă starea ei naturală și anume capacitatea ei de a îngloba și alte elemente chimice, în concentrații variate, ceea ce-i schimbă și gradul de calitate, utilitatea ei.

Ne fascinează prin cantitatea ei, dar ne preocupă pentru calitatea ei. O evocă poeții, o contemplăm și o iubim și noi, ne bucurăm cu toții de beneficiile oferite de ea, de spectacolul grandios pe care ni-l oferă. Doar să ne gândim la imensitatea oceanelor, mărilor și valurilor înspumate, la ghețarii imaculați ce par eterni, la susurul și sprinteneala izvoarelor montane, la răpăiala unei ploi cu sau fără grindină, la roua diafană, la setea potolită de o apă rece, curată, la dușul relaxant, fântânile arteziene, la spălatul vaselor, rufelor.

Unii doar o folosesc, alții și-au făcut o pasiune din cercetarea ei, alții fac comerț cu ea, unii chiar tânjesc după ea. Dar nu numai oamenii depind de apă, chiar și plantele și animalele, însăși planeta n-ar mai fi aceeași fără APĂ!

Dezvoltarea civilizației umane este strâns legată de evoluția tehnologiilor și mijloacelor de procurare de către om, a hranei și a apei. Pentru a consemna importanța ei, Organizația Națiunilor Unite a declarat deceniul 2005-2015, drept deceniul de acțiune pentru o idee ,,apa-sursa vieții”. Se consideră astăzi că apa are trei valențe majore, egale ca importanță: o valență economică, una socială și una ecologică.

Peste 2/3 din suprafața terestră este ocupată de mari și oceane, care formează Oceanul Planetar. Terra este supranumită și “planeta albastră” datorită acestui fapt. Din suprafața totală a pământului, evaluată la 510,10 mil. km2, apa Oceanului Planetar ocupă 361,07 mil.km2, adică 70,8%. Se estimează ca planeta dispune de 1,37 mild. km3 de apă, dar circa 97,2% este constituită din apa mărilor și oceanelor. O treime din populația lumii trăiește în zone cu stres hidric, adică în regiuni lipsite de accesul continuu la resursele de apă. Specialiștii spun că, până în anul 2025, două treimi din populația planetei va suferi din cauza lipsei de apă. În prezent, aproximativ 6.000 de oameni, mai ales copii din țările “lumii a treia”, mor, zilnic, din cauza lipsei de apă sau a bolilor determinate de apă.(20)

CAPITOLUL I. POLUAREA APELOR

După definiția dată de O.N.U., poluarea apei reprezintă modificarea unor caracteristici fizice, chimice, biologice și bacteriologice, produse direct sau indirect de activitățile umane sau pe căi naturale care au ca efect tulburarea, schimbarea culorii, a gustului sau mirosului caracteristic, creșterea temperaturii, încărcarea cu substanțe toxice cât și cu impurități biologice cum ar fi bacterii, ciuperci, alge și paraziți. Toate acestea fac ca apele să devină improprii pentru folosirea normală, în scopurile în care această folosire era posibilă înainte de a interveni modificarea.

Considerată un fenomen general, poluarea se poate diferenția în mai multe tipuri:

Poluarea biologică – bacteriologică, virusologică, parazitologică, reprezintă tipul de poluare cel mai vechi – legată în mod direct de prezența omului.

Poluarea fizică se referă în special la poluarea cu substanțe radioactive. Există și o poluare termică și o poluare determinată de elemente insolubile plutitoare sau sedimentabile, considerată ca fiind cel mai recent tip de poluare, caracteristică zonelor intens dezvoltate.

Poluarea chimică este reprezentată de pătrunderea în apă a unor substanțe chimice diverse, de la cele organice ușor degradabile, până la cele toxice cu persistență ridicată.

Apele reziduale (cunoscute și sub denumirea de ape uzate) rezultate datorită agenților poluanți amintiți pot fi: ape menajere, ape industriale (industria minieră, industria metalurgică, industria chimică și petrochimică, industria alimentară etc.), ape agrozootehnice, ape meteorice poluate. Aceste ape se caracterizează prin aceeași indicatori fizico-chimici ca și apele de suprafață, cu deosebirea că o serie de indicatori precum: consumul biochimic de oxigen la 5 zile (CBO5), consumul chimic de oxigen (CCO), clorurile (Cl-), substanțele solide totale, suspensiile (sedimentabile, nesedimentabile, volatile), grăsimile etc., constituie indicatori specifici caracterizării acestora; acești indicatori se raportează la numărul locuitorilor (ex. CBO5 – kg/loc. zi). (1)(25)

Protecția calității apei = păstrarea, respectiv îmbunătățirea caracteristicilor fizic-chimice și biologice ale apelor pentru gospodărirea câtmai eficientă a acestora.

Poluarea apei poate fi împărțită după mai multe criterii:

după perioada de timp cât acționează agentul impurificator:

a. permanentă sau sistematică;

b. periodică;

c. accidentală.

2. după concentrația și compoziția apei:

a.impurificare = reducerea capacității de utilizare;

b. murdărire = modificarea compoziției și a aspectului fizic al apei;

c. degradare =poluarea geavă, ceea ce o face improprie folosirii;

d. otrăvire = poluare gravă cu substanțe toxice.

3. după modul de producere a poluării:

a. naturală;

b. artificială (antropică). Poluarea artificială cuprinde: poluarea urbană, industrială, agricolă, radioactivă și termică. (8)

Fenomenele de poluare a apei pot avea loc:- la suprafață (ex. poluare cu produse petroliere);

în volum (apare la agenți poluanți miscibili sau în suspensie).Deoarece poluanții solizi, lichizi sau gazoși ajung în apele naturale direct, dar mai ales prin intermediul apelor uzate, sursele de poluare a apei sunt multiple.(3)

Clasificarea surselor de poluare a apei se face după mai multe criterii:

1) Acțiunea poluanților în timp ;după acest criteriu distingemurmătoarele surse:

a) continue (ex. canalizarea unui oraș, canalizările instalațiilor industriale etc)

b) discontinue, temporare sau temporar mobile: (canalizări aleunor instalații și obiective care funcționează sezonier, nave,locuințe, autovehicule, colonii sezoniere etc.) accidentale

(avarierea instalațiilor, rezervoare lor,conductelor etc.)

2) Proveniența poluanților.Acest criteriu împarte sursele de poluare a apei în:

surse de poluare organizate și surse de poluare neorganizate.

a) sursele de poluare organizate sunt următoarele:

surse de poluare cu ape reziduale menajere;

surse de poluare cu ape reziduale industriale.

b) sursele de poluare neorganizate sunt următoarele:

apele meteorice;

centrele populate amplasate în apropierea cursurilor de apă ce pot deversa:

reziduuri solide de diferite proveniențe;

deșeuri rezultate dintr-o utilizare necorespunzătoare. (27)

Figura 1.1 Cauzele poluării apei

Prevenirea și combaterea poluării apei

Epurarea apelor = proces complex de reținere și neutralizare a substanțelor nocive dizolvate, în stare coloidală sau de suspensii, prezente în apele uzate industriale și orășenești, care nu sunt acceptate în mediul acvatic în care se face deversarea apelor tratate și care permite refacerea proprietăților fizico-chimice ale apei înainte de utilizare.

Problema purificării apelor reziduale are atât un aspect economic , cât și unaspect sanitar, pentru a evita o impurificare apelor primitoare (emisar).

Asigurarea calității apei ce urmează a fi utilizată într-un anumit scop se realizează și se

menține prin:

Reducerea cantității și concentrației poluanților prin folosirea unor tehnologii de

fabricație care să reducă cantitatea de apă implicată, reutilizarea apei în circuit închis după epurări parțiale sau totale, renunțarea la fabricarea unor produse toxice (DDT, Detergenți nebiodegradabili etc.), majorarea suprafețelor irigate cu apă uzată etc.

Mărirea capacității de autoepurare a cursurilor naturale prin: mărirea diluției la

deversarea efluenților în cursurile naturale, mărirea capacității de oxigenare naturală a râurilor prin crearea de praguri, cascade etc., reaerarea artificială a cursurilor naturale cu echipamente mecanice plutitoare, amenajarea complexă a cursurilor naturale cu acumulări, derivări, turbinări etc.

Epurarea apelor uzate, realizată prin procedeee avansate în stații specializate care

folosesc tehnologii și echipamente moderne, fiabile, eficiente.(14)(26)(28)

Metode de epurare a apelor reziduale

Epurarea apelor uzate cuprinde două mari grupe de operații succesive:

-reținerea sau neutralizarea substanțelor nocive sau valorificabile prezente în apele uzate;

-prelucrarea materialului rezultat din prima operație.

Astfel, epurarea are ca rezultate finale:

ape epurate, în diferite grade, vărsate în emisar sau care pot fi valorificate în irigații sau alte scopuri;

nămoluri, care sunt prelucrate, depozitate, descompuse sau valorificate.

Metodele principale de epurare a apelor reziduale diferă în funcție de poluanții prezenți.

Se pot clasifica, în primul rând, în funcție de mecanismul care conduce la reducerea poluantului prin metode “convenționale”:

– fizico-mecanice;

– fizico-chimice;

– biochimice sau biologice.

Combinarea acestor metode permite o purificare avansată, efluenții epurați putând fi reintroduși

în circuitul economic. Adoptarea unui anumit procedeu depinde de:

– cantitatea efluentului;

– conținutul în poluanți;

– condițiile de calitate impuse la evacuarea apei epurate în emisar;

– mijloacele finaciare ale agentului economic respectiv.

Se poate calcula gradul de epurare corespunzător fiecărui echipament mecanic, chimic

sau biologic. Există ape uzate provenite din industrie care conțin poluanți specifici și care nu pot fi înlăturați prin cele trei metode așa zis convenționale. Este cazul apelor uzate care conțin

substanțe minerale solubile și substanțe organice nedegradabile biologic. În aceste situații se recurge la tehnici de epurare avansate. Ca eficiență și cost cele mai bune rezultate s-au obținut în procedeele de epurare cu adsorbție, cu schimbători de ioni și procedeele de oxidare chimică.(13)

Procedeele de epurare cu adsorbție permit eliminarea cantităților mici de substanțe organice rămase după etapa biologică. Uzual, ca material adsorbant se folosește, cărbunele activ obținut prin condiționarea specială a cărbunelui vegetal sau fosil. Procedeele de epurare cu adsorbție se aplică, în special, pentru îndepărtarea avansată a fenolilor, detergenților și a altor substanțe ce pot da un miros sau gust neplăcut apei debăut.

Procedeele de epurare cu schimbători de ioni se utilizează frecvent pentru eliminarea

poluanților minerali care se găsesc în apă sub formă ionică: calciu, magneziu, sodiu, sulfați, nitrați, fosfați, amoniu, metale grele etc. Anumite tipuri de schimbători de ioni, sintetizate, pot epura și compuși organici de tipul fenolilor, detergenților, coloranților etc.

Procedeele de oxidare chimică se aplică eficient la eliminrea substanțelor poluante anorganice (cianuri, sulfuri, anumite metale grele etc.) și organice (fenoli, coloranți, anumite pesticide etc.). Ca reactivi sunt utilizate substanțe chimice cu proprietăți oxidante: ozonul, apa oxigenată, clorul cu produșii săi derivați (hipocloritul, bioxidul de clor). (2)(7)(28)(30)

CAPITOLUL II. TEHNICI NATURALE (ALTERNATIVE) DE DEPOLUARE APELOR

2.1. Epurarea apelor uzate prin sisteme “wetland” la nivel mondial

Wetlandurile sunt tehnologii avansate de depoluare a apelor uzate, generate de activități industriale, agrozootehnice și municipale, a celor care după ploi torențiale, spală străzile și autostrăzile. Prin eficiența lor, wetlandurile s-au impus datorită: costurilor reduse de construire și operare, economicității energetice, monitorizării simple în timp, tehnologiei avansate, remedierii peisagistice a zonei și atractivității pentru fauna sălbatică. Pentru eficiența wetlandului sunt importante părțile subacvatice ale plantelor, pe care se fixează microorgansimele sub forma unui biofilm și au rol important în îndepărtarea poluanților din apele care trec prin wetland.

Wetlandurile artificiale sunt grupate în două categorii:

Free Water Surface (FWS) – imită wetlandurile naturale, au ca elemente de bază solul,

vegetația acvatică, microbiota și apa expusă atmosferei; tipul de sol sau substratul variază de la prundiș până la argilă și turbă, iar vegetația este plantată în bazine puțin adânci sau în canale cu apă puțin adâncă.

Subsurface Flow (SF) – se bazează pe parametrii inginerești: reținerea apei

contaminate, care trebuie tratată la un anume nivel sub suprafața substratului (rocă, prundiș), fără să vină în contact cu atmosfera; acest sistem se mai numește “Root Zone Method (RZM)” sau “Microbial Rock Filter (MRF)”.

De exemplu, în Slovenia există sisteme naturale de tipul ZUC – sistemul de la Sveti Tomaž. Așezarea Sveti Tomaž este situată în N-E Sloveniei, în regiunea Prlekija și a municipalității din Sveti Tomaž. Sistemul constă într-o fosă septică pentru faza de preepurare, urmată de patru paturi succesive (pat de filtrare, două paturi de epurare și pat de decantare). Reprezentarea schematică a zonei umede construite pentru epurarea apelor uzate de la Sveti Tomaž este redată în figura 2.1. (5)

Figura 2.1. Reprezentarea schematică a zonei umede construite

Plantele contribuie la epurare, prin asimilarea nutrienților și a altor elemente în biomasa lor și îndepărtează apa prin transpirație. Aspirația apei creează o mișcare a apei în micropori și interacțiunea între bacterii și apă în apropierea rădăcinilor mici s-a constatat a fi benefică epurării. Schema secțiunii prin zona umedă este redată în fig.2.2.

Figura 2.2. Secțiune prin zona umedă construită

2.2. Fitoremedierea apelor uzate

● fitoremedierea = set de tehnologii, care utilizează plantele pentru epurarea apelor contaminate (phyto = plantă și remediation = corectarea răului), având la baza capacitățile unor plante de a bioacumula poluanții;

● macrofitele din bazinele naturale acumulează metale grele (cupru, mercurul, zincul);

● plantele superioare au capacități mari de bioacumulare: ciuma apei (Elodea canadensis), menta de apă (Mentha aquatica), salata de apă (Pistia stratiotes), zambila de apă (Eichornia crassipes), sârmulița (Vallisneria spiralis), stuful (Phragmites communis, Salvinia, Spirodella, Lemna, Ceratophyllum demersum), papura (Typha sp., T. latifolia, T. Angustifolia), rogozul (pipirig) (Scirpus sp.), mana de apă mare (Glyceria maxima), iarba albă (Phalaris arundinacea).

2.2.1. Epurarea prin metoda spațiului radicular de tip vertical ("vertical subsurface flow"sau vSSF sau "vertical sub-surface constructed wetlands" sau vSSFCW ).

Apa uzată brută se distribuie alternativ, uniform pe suprafață, cu ajutorul unei rețele de conducte amplasate aerian; doza de alimentare se determină astfel încât să se obțină în primele momente un luciu de apă pe toată suprafața filtrului, ceea ce va asigura o infiltrare uniformă în toată masa acestuia; corpul filtrant se alcătuiește multistrat: în stratul superior se utilizează nisip grosier, urmat de un strat intermediar din pietriș mic, iar la bază un strat din pietriș mare, în care se înglobează și drenul de colectare, prevăzut la capătul amonte cu un tub de ventilație.

2.2.2. Epurare prin metoda spațiului radicular de tip orizontal ("horizontal subsurface flow" sau hSSF sau "horizontal subsurface constructed wetlands" sau hSSFCW)

Apa uzată decantată se introduce în mod distribuit la un capăt, în zona superioară a stratului filtrant, iar apa epurată se colectează la capătul opus, printr-un dren transversal, așezat la partea inferioară a patului; umplutura este zonificată, la intrare și la ieșire se prevede o umplutură din pietriș mare – bolovăniș mic, iar în zona de epurare activă din nisip grosier – pietriș mic. În ambele metode de epurare cu utilizarea spațiului radicular, se poate folosi o mare varietate de plante macrofite care cresc repede, își dezvoltă rădăcini puternic penetrante și bogat ramificate, suportă bine lungi perioade secetoase și inundarea periodică. Cea mai răspândită este trestia. Dintre metodele de plantare, cel mai des utilizate sunt cele cu folosirea rizomilor cu muguri sau prin transplantarea plantelor mature cu balotul de rădăcini.

Desimea de plantare recomandată este între 4-8 rădăcini (plante)/m². Procesul de epurare are loc în stratul filtrant și constă în descompunerea materiei organice, retenția fosforului, nitrificarea compușilor azotici, rolul plantelor fiind de a degrada, extrage sau imobiliza poluanții din apă.

Aplicațiile fitoremedierii sunt:

Fitoextracția – tehnologie care realizează extragerea poluanților de sistemul radicular al plantelor și translocarea acestora în biomasa plantelor, care poate fi utilizata ulterior ca nutrient esențial.

Rizofiltrația – adsorbția sau precipitarea pe rădăcinile plantelor sau absorbția poluanților din soluția din jurul rădăcinilor; plantele cu un sistem radicular stabil sunt crescute în cadrul unor ape contaminate în vederea aclimatizării lor, iar apoi sunt transferate către zona contaminată, în scopul colectării poluanților (când rădăcinile plantelor sunt saturate are loc recoltarea lor).

Fitostabilizarea – imobilizarea poluanților în sol prin absorbție (acumularea acestora

rădăcinile plantelor), prin adsorbție pe sistemul radicular sau prin precipitare în interiorul zonei radiculare a plantelor; pH-ul poate fi modificat de către exudatele produse de rădăcinile plantelor sau prin producerea de dioxid de carbon.

Fitodegradarea (fitotransformarea) – îndepărtarea poluanților acumulați de plante, prin intermediul proceselor metabolice din cadrul acestora sau îndepărtarea substanțelor poluante, datorită efectelor enzimelor produse de plante.

Rizodegradarea – distrugerea substanțelor poluante de natură organică din sol sau prin

intermediul activităților microbiologice desfășurate în zona radiculară a plantelor; exudatele din rădăcini reprezintă substante produse de plante și eliminate prin intermediul rădăcinilor; includ: glucide, aminoacizi, acizi organici, acizi grași, steroli, enzime.

Fitovolatilizarea – preluarea și eliminarea unei substanțe poluante de către o plantă, cu

eliberarea poluantului.

Controlul hidraulic (fitohidraulică) – utilizarea plantelor în preluarea apei freatice, prin consumarea acesteia, în vederea controlării migrației substanțelor poluante.

Sistemul de acoperire cu vegetație – are loc pe o perioadă lungă, cu capacitate de autoîntreținere a sistemului de creștere al plantelor în materiale, care reprezintă un risc pentru mediu; „un covor de vegetație” ar putea determina reducerea acestui risc la un nivel acceptabil și necesită întreținere minimă.(3)(33)

Schema unui proces de epurare a apelor uzate cu ajutorul plantelor este redată

Figura 2.3. Utilizarea plantelor în depoluarea apelor uzate

2.3. Epurarea apelor menajere, prin utilizarea plantelor în comuna Bengești-Ciocadia

Comuna Bengești-Ciocadia este situată în nord-estul județului Gorj, în drumul spre stațiunea montană Rânca, la 12 km de orașul Novaci și 30 km de Târgu-Jiu. Este o comună mică, formată din aproximativ 4000 de locuitori, care au ca activități principale: agricultura și creșterea animalelor. Procedeul propus ca experiment în satul Ciocadia este schematizat în fig. 2.3.

Figura 2.4. Reprezentarea schematică a fitoepurării apelor uzate menajere din comuna Bengești

Tehnica fitoepurării are la bază următorul principiu:

– la ieșirea din casă, se colectează apele menajere într-o cuvă (bidon) de 150-200 l;

– o pompă trimite aceste ape în două bazine verticale (realizate în structură de lemn, protejată de un material anticontaminant și etanș, printr-o geomembrană, folii de plastic, cauciuc), în alternanță la fiecare 15 zile;

– la periferie, un drenaj protejat de un anticontaminant permite lichidului să se scurgă rapid;

– bazinele cu înălțimea de 0,60 m sunt umplute cu pietre de grosime 20/40, pe o înălțime de 0,40 m și de nisip mare pe încă 0,10 m, pe care se plantează plantele locale

– apele trec repede prin aceste filtre și sunt epurate 80%;

– fundul bazinului trebuie să aibă o pantă lejeră, care să evite stagnarea apei și să asigure o distribuire uniformă a acesteia în bazinul orizontal;

-după trecerea rapidă prin filtrele verticale, apele sunt dirijate în bazinul orizontal cu suprafața de 10m² ( pentru o familie de 4 persoane);

– apa este epurată de plante și stagnează în bazin înainte de a fi evacuată în natură, prin forța apei care vine din bazinul vertical;

– bazinul orizontal este săpat în sol la o adâncime de 0,60 m, marginile fiind protejate cu ajutorul unor panouri care să stabilizeze bazinul;

– în interiorul bazinului orizontal se utilizează același material anticontaminant și geomembrana, peste care se pun straturi de pietre de 6/10, pe o înălțime de 40cm, deasupra cărora se plantează macrofitele;

– intrarea apelor în bazinul orizontal se face aerian și în partea opusă ieșirii, care este la cel puțin 0,10 m de la suprafața pietrelor;

– la ieșire din bazinul orizontal, se construiește un mic bazin de control al apelor, înainte de a le evacua în natură.(30)(31)

CAPITOLUL III. PLANTE UTILIZATE ÎN EPURAREA APELOR UZATE

Zambila de apă

Genul Eichornia conține 8 specii, cea mai cunoscută este Eichornia crassipes. Se confundă ușor cu E. azurea, diferența dintre ele o face baza limbului care, la E. azurea este cuneată, iar la E. crassipes este truncată sau cordată. Eichornia crassipes, pentru prima dată a fost introdusă sub numele de Pontederia de câtre von Martius; în 1883, Solms-Laubach transferă specia sub genul Eichhornia.

În Europa a fost introdusă în secolul al XIX-lea și s-a naturalizat în nordul Portugaliei. În USA a fost introdusă în 1884, la Expozitia Cotton States, în New Orleans, statul Louisiana. iar în Africa a fost introdusă în Delta Nilului în 1870. În India și Australia a fost introdusă în 1890. În China a fost introdusă ca specie ornamentală și de controlare a poluării apei cu metale grele, în 1930. Zambila de apă este o plantă acvatică ce poate ajunge până la înălțimea de 0,5 metri. Aceasta crește pe lacuri, iazuri, râuri și mlaștini.

Această plantă crește abundent în apele cu un mare conținut de nutrienți și de aceea este utilizată în epurarea apelor uzate. Poate suporta variații mari de nivel al apei, curenți, aciditate și cantitați reduse de nutrienți. Deoarece substanțele nutritive de bază de care au nevoie pentru a supraviețui – azotați, fosfați, potasiu – sunt și principalii poluanți, aceste plante îndeplinesc funcția unui filtru de apă. Ele au proprietatea miraculoasă de a reține de 1200 de ori mai mulți poluanți decât pot stoca apele reziduale.

S-a constatat că un hectar de zambile de apă generează o cantitate de oxigen care asigură necesarul pentru 500 de persoane timp de 24 de ore. În același timp, un hectar de zambile de apă ar putea să acumuleze din apele menajere azotul generat de aproape 595 de persoane și fosforul generat de 180 de persoane, producând astfel 67 de tone de materie uscată anual.(24)

De asemenea, acestor plante li se atribuie și alte caracteristici importante ca: asimilarea

toxinelor, a pesticidelor și a metalelor grele. De aceea cultivarea zambilei este văzută din ce în ce mai mult ca o alternativă a metodelor de epurare a apelor.

Mai mult decât atât, utilizarea zambilei de apă pentru epurarea apelor uzate este considerată o tehnologie simplă care nu necesită mașini și echipamente costisitoare, multă muncă sau procese complexe de întreținere. Este nevoie doar de spațiu și de vreme caldă.
Eichhornia Crassipes (zambila de apă) este considerată de unii cea mai productivă plantă de pe Pământ, având capacitatea de a-și dubla masa în doar două săptămâni.

În condiții normale de creștere, 10 zambile se pot înmulți până la 60 000 de exemplare și pot acoperi un hectar de apă în doar opt luni.
Recoltarea plantelor și valorificarea biomasei constituie alte două etape în procesul de epurare a apelor, care definitivează tehnologia de recuperare a substanțelor din ecosistemele acvatice poluate.(15)

Zambila de apă în condiții climatice și de nutriție optimă poate să producă la hectar pe zi, o tonă de substanță uscată adică circa 300 tone substanță uscată la un hectar pe an. Aceasta reprezintă echivalentul energetic a 120 tone de petrol.
În zonele tropicale zambila de apă poate fi o calamitate. Proliferându-se rapid blochează stațiile de pompare, canalele de irigație, împiedică navigația și favorizează propagarea unor maladii caracteristice.

În zonele temperate aceste inconveniente sunt reduse simțitor. Această plantă are o capacitate remarcabilă pentru epurarea apelor industriale poluate cu metale periculoase (plumb, cadmiu, nichel sau mercur). (6)(18)(19)

Figura 3.1. Zambila de apă

3.1.1. Distribuție și habitat

Zambila de apă este originară din râul Amazon, America de Sud. Crassipes Eichhornia a fost descoperită accidental de către un om de știință pe nume Carl Friedrich Philipp von Martius, un botanist german în 1824 în timp ce într-o expediție în fluviul Amazon din Brazilia. Zambila de apă crește în iazuri de mică adâncime, zone umede și mlaștini, lent fluxuri, lacuri, rezervoare de apă și râuri milioane de hectare de rîuri și lacuri.

Aceasta plantă atractivă a fost adusă de turiști în peste 80 de țări din lume în secolul trecut. În prezent, este întalnită în statele din sudul SUA, New York, Virginia, Kentucky, Missouri, Alabama, Texas, Arizona și California, populănd aproape două milioane de hectare de râuri și lacuri.(22)

3.1.2. Descriere

Specie stoloniferă perenă, flotantă, acvatică. Rădăcini plumase, dense. Stoloni 10 cm lungime care se termină cu un mugure de da o nouă planta. Frunze erecte, în rozeta; limb oval până la suborbicular sau romboidal, 3-25 x 3-15 cm, vârf obtuz-rotund, baza truncat-cordata, nervațiune arcuată, glabre, verde închis sau verde lămâi, margini ondulate; petiol de 4-35 cm lungime, spongios. Stipele membranoase, 2-15 cm lungime. Tulpina florală erectă, 30 cm lungime, cu 1-2 frunze apicale, cu limb suborbicular, 2 x 2 cm petiol 0,2-0,5 cm lungime. Inflorescenta tip spic, pedunculata, 4-15 cm lungime, cu 8-12 flori.

Floare infundibuliforma, periant iregular lobat; 6 tepale eliptice, 2-3 cm lungime, varf obtuz, alb, lila sau albastru deschis, lobul superior cu nervuri mov inchis si cu o pata galbena; tubul periantului este de 1,5 cm lungime, pubescent. 6 stamine inegale, 3 mari si 3 mici. Fruct capsulă, 1-1,5 cm lungime. Semințe numeroase (300), ovoide, aripate, 0,5-1 mm.(21)

3.1.3 . Cultivare și intreținere

Are nevoie de situri însorite, adăpostite de vânt. Iarna, plantele se pâstrează în sera pe pâmănt mix cu nisip la temperaturi de 20 °C; solul se pastrează umed; în expoziție însorită; când trece pericolul de înghet pot fi scoase afară în iaz. Apa din iaz se pastrează la o temperatură de 25-28 °C. Se fertilizeaza săptâmănal. Rădăcinile bătrâne se tund periodic pentru a nu lăsa să se descompună în bazin. Se înmulțesc prin semințe care, rămân viabile în sedimentele acvatice timp de 15-20 de ani. Prin detașarea noilor plante formate pe stoloni.(21)(22)

3.1.4. Utilizare

Ajuta la controlarea poluării și purificarea apei, reduce cantitățile de azot, fosfați și metale toxice. Se folosește și ca specie ornamentală pentru iazuri, helesteuri și lacuri.

Parteneri de gradină – Juncus effusus ‘Spiralis’, Hydrocharis morsus ranae, Iris pseudocorus, Typha laxmannii.

În locurile unde aceasta plantă este invazivă, reduce biomasa de pești. Pentru a controla înmulțirea Eichornia crassipes se folosesc atât metode chimice cât și biologice.

Parthenium hysterophorus L. – specie invazivă originară din Mexic este alelopatică cu alte specii acvatice invazive precum E. crassipes. Reziduri uscate de frunze și flori aplicate în apă la 0,5 % va distruge E. crassipes în mai putin de o lună.

Insectele folosite în combaterea E. crassipes în USA, Neochetina eichhorniae a fost introdusă in Florida din America de Sud în 1972 și a dat cele mai bune rezultate în controlarea E. crassipes. Larvele de N. Eichorniae crează tunele în petiolul spongios de E. crassipes, distrugand planta.

Ciuperca Cercospora piaropi produce leziuni maronii frunzelor. Infestarea cu E. crassipes poate avea și cauze economice deoarece aceste plante împiedica traficul vapoarelor în locurile mai înguste ale canalelor sau râurilor navigabile.

În condițiile în care majoritatea țărilor posedă suprafețe acvatice, colonizarea unor suprafețe cu plante acvatice energetice, care nu manifestă cerințe nutritive și nu concurează suprafața ocupată de plantele alimentare sau tehnice apare ca o sursă foarte valoroasă de biomasă.Valoarea culturilor de plante acvatice este cu atât mai mare cu cât acestea sunt susceptibile de a valorifica mediile poluate de efluenții urbani sau agro-industriali.

Depoluarea este realizată cu succes de către alge în lacurile sau de către speciile precum zambila de apă în bazinele de apă caldă și poluată ale unor industrii sau centrale electrogene. Biomasa sintetizată în aceste ape uzate reprezintă o sursă însemnată de materie primă pentru obținerea de biogaz (metan) prin procesul de fermentație metanogenă. Se poate spune astfel că acvacultura bioenergetică este asociată cu succes cu procesul depoluării mediului înconjurător.(15)(16)

3.2. Studii făcute cu zambila de apă în Romania și în lume

Problema curățârii apelor poluate cu ajutorul zambilei de apă (Eichhornia Crassipes) a făcut obiectul unei lucrări de cercetare realizate între anii 1980 și 2004. Cercetările pe aceste plante au fost făcute în incinta Stației de epurare din județul Arges, supranumită “Piramida de la Pitești”, de câtre prof. univ. dr. Mărioara Godeanu, cercetator științific în domeniul biologiei, președintele Secției de Biologie a Academiei Oamenilor de Știinta din Romania. Este vorba despre lucrarea “Obținerea și valorificarea speciei Eichhornia Crassipes pe lucii de apă”. Biologul a fost sprijinit în toți acești ani în care s-au derulat studiile de Universitatea Ovidius din Constanța și de multe alte instituții de cercetare din întreaga țară.
Aceste plante joacă un rol important pe Terra. Un hectar de zambile de apă ar putea să acumuleze din apele menajere azotul generat de aproape 595 de persoane și fosforul generat de 180 de persoane, producănd 67 de tone de materie uscată anual. De aceea, multe eforturi au fost îndreptate în aceasta direcție de utilizare.
Ca un filtru de poluare, zambilele sunt indicate, deoarece nutrienții de bază de care au nevoie pentru a supraviețui – azotați, fosfați, potasiu – sunt și principalii poluanti. Cercetatorii au descoperit și alte caracteristici importante ale acestor plante: asmilarea toxinelor, a pesticidelor și a metalelor grele. De aceea, cultura zambilei este vazuta din ce in ce mai mult ca o alternativă a metodelor de epurare a apelor.

Utilizarea zambilei de apă pentru epurarea apelor uzate este considerată o tehnologie simplă care nu necesită mașini și echipamente costisitoare, multa muncă sau procese complexe de intreținere. Este nevoie doar de spațiu și de vreme caldă. Înainte de a fi plantate pe apele poluate, zambilele de apă cresc în spații special amenajate / acvarii. În Romania, zambila de apă este utilizată pentru depoluarea apelor cu încărcătură organică.

Lăstarii obținuți iarna în sistemele climatizate sunt folosiți pentru a popula suprafețe de apă, atunci când temperatura aerului atinge 10-15 grade Celsius, iar în apă sunt cel puțin 10 grade Celsius. Operațiunea de curățare a ecosistemului vizat pentru depoluare începe primăvara, prin scăderea pe cât posibil a nivelului apelor și îndepârtarea reziduurilor grosiere: pungi de plastic, sticle de plastic, borcane, scănduri, crengi, resturi vegetale. Dupa curățare se aduc plantele din instalația biotehnologică tip piramida de epurare și obținere de material pentru populare și se plasează în zona de amonte. Plantele sunt așezate în apă în așa fel încât să plutească, iar rădâcina să fie strict în apă, și nu răsturnate, pentru a nu se forma alge pe ele.
Eichhornia Crassipes este considerată de unii autori cea mai productivă planta de pe Pământ, având capacitatea de a-și dubla masa în doar două săptămâni.
În condiții normale de creștere, 10 zambile se pot înmulți până la 60.000 și pot acoperi un hectar de apa in doar opt luni. Recoltarea plantelor și valorificarea biomasei constituie alte două etape în procesul de epurare a apelor, care definitivează tehnologia de recuperare a substanțelor din ecosistemele acvatice poluate.

Potrivit studiului realizat de prof. univ. dr. Mărioara Godeanu, după dezvoltare, plantele se recoltează de pe suprafața lacului chiar în timpul verii, pentru valorificarea lor diversa. Recoltarea este obligatorie până în luna noiembrie. Acest lucru este necesar deoarece plantele lăsate pe lac dupa scăderea temperaturii la 5 grade Celsius mor. Mai mult, în sezonul rece, acestea pot determina colmatarea lacului și totodata repunerea în circuit a nutrienților acumulați de plante. În studiile efectuate în Romania nu s-au observat dâunători ai plantelor în regim liber. În schimb, introducerea de plante duce la atragerea păsărilor sălbatice, cum sunt rațele, lisitele, lebedele, care se hrănesc cu mici cantități de plante, cu organismele care se dezvoltă pe rădăcinile plantelor, cu pești etc. În general, este mult mai rentabilă apariția acestor păsări, în special rațe și lisite, care constituie un mod de valorificare și pentru populație.

În incinta Delfinariului din Constanța, plantele au reușit să-și creeze microhabitatul
În urma cu mai bine de 20 de ani, utilizarea plantei a dat rezultate în depoluarea apelor reziduale orășenești. În anii ’80 s-au obținut rezultate excelente referitor la utilizarea Zambilei de apă și a Salatei de Nil (Pistia Stratiotes) în depoluarea apelor reziduale orășenești. În anumite condiții s-a obținut ape la un grad foarte avansat de epurare, cu toți parametrii mult sub limitele cele mai severe reglementate pentru evacuare. Dintr-o cantitate nesemnificativă, propriu-zis de câteva kilograme, aplicate corespunzător, pe un luciu de apă de câteva hectare, în decurs de câteva luni, din luna aprilie până în iulie, s-a obținut o cantitate de sute de tone de biomasă.
Plantele au avut efect benefic atât asupra depoluării apelor reziduale pe care s-au aplicat cât și asupra îmbunătățirii calității aerului din zona aplicată prin cantitatea enorma de oxigen produsă.
Recoltarea biomasei se face mecanizat, aceasta putând fi valorificată în multe feluri. Biomasa este utilizată ca adjuvant în hrana animalelor. Porcii sunt mari iubitori de astfel de plante. Dupa recoltare, dacă sunt tocate, din aceste plante acvatice se obține biogazul. De asemenea, din astfel de recolte se poate obține un compost foarte bun pentru ameliorarea solurilor, dar și hărtie de cea mai buna calitate. Prin extracția de Pigmenții clorofilieni extrași din zambilele de apă sunt utilizați în industria farmaceutică și în cosmetică. După 89, aplicarea plantelor nu s-a mai efectuat, iar până atunci s-a aplicat doar experimental, deoarece nu a fost prevazută în tehnologiile de epurare existente.

Deși am fost printre primii în Europa cu rezultate în acest domeniu, alte țări de pe continent ne-au luat-o înainte și utilizează cu succes cele două tipuri de plante în epurare. În SUA se aplică demult, am și fost apreciați de colaboratorii noștri din SUA referitor la rezultatele obținute.(17)

3.3 Salata de Nil

Pistia stratiotes numită salata de Nil/lăptuca de apă/varza de apă.

Are o structura pentru adaptarea frunzelor la plutire.

Încrengătura SPERMATOPHYTA

Clasa MONOCOTILEDONATAE

Subclasa ARECIDAE

Ordinul ARALES

Familia ARACEAE

Subfamilia PISTIOIDEAE

Rădacina este groasă (circa 2 mm), fasciculară, prezentând numeroase ramuri laterale subțiri (0,2 mm) numite radicele. Rădăcinile se găsesc grupate sub locul de fixare al frunzelor de tulpină.

Tulpina este formată dintr-un ax scurt al rozetei și din numeroși stoloni. Axul este scurt (4-5 cm) și este gros (1-2 cm). De la nivelul axului pornesc în jos rădăcinile.

Frunza este întreagă, simplă, ovală, cu vârful rotunjit și ușor emarginat. Jumătatea inferioară a frunzei este mai groasă, servind ca modalitate de plutire. Lamina frunzei de Pistia stratiotes are culoare verde intens, cu coaste înalte și peri lungi pe fața externă și cu coaste joase și peri scurți pe fața inferioară.

Inflorescența este un spadix ce prezintă spată. Inflorescențele se grupează în rozetă la subțioara unor frunze pe ax; ele sunt scurte.

Localizare în habitatul natural: Se găsește în aproape toate regiunile.

Mărimea adultului: 5-20 cm înalțime, 10-15 cm circumferința

Îngrijire: Se mai întalnește și sub denumirea de Water Cabbage sau Water Lettuce. Necesită un iluminat puternic-foarte puternic. Prezinta un ritm de creștere rapid. Este o plantă invazivă care trebuie rărita periodic.Reduce schimburile de apă cu exteriorul lipsindu-i pe pești de oxigen. Hrană: Nu necesita nutrienți în substrat întrucat nu se dezvolta în substrat.

Înmulțire: Se propagă fie prin divizarea plantei mame, plantele pui separandu-se de la sine fără ca omul sa intevină sau prin semințele produse de flori. Florile fiind ascunse de frunze, metoda înmulțirii prin seminte nu este eficientă.

Temperatură: 20-28°C, pH: 6.5-7.0 , Duritate: 4-12 dGH .

Studii făcute cu Salata de Nil

Utilizarea în epurarea apelor reziduale a macrofitelor emerse ( zambila de apă, salata de Nil ) – Florida, de Wolwerton. – o instalație de epurare a apelor uzate cu Eichhornia crassipes, originară din America Centrală și de Sud, specie considerată invazivă și dăunătoare în apele din Florida.

S-a constatat că această plantă, ce prezintă o masă radiculară bogată, are capacitatea de a epura apele uzate (în special pe acelea la care conținutul de substanțe organice este mare).

România – Sistemul de epurare utilizând macrofitele emerse Eichhornia crassipes și Pistia stratiotes prof. dr. Mărioara Godeanu, Inst. Ecologie Aplicată București. Experimente pe apele uzate orășenești, ape uzate de la fermele zootehnice, de la micile gospodarii, etc.

Sunt două cerințe majore pentru ca acest tip de epurare biologică să poată da rezultate favorabile :

1) să conțină substanțe organice

2) să nu conțină prea multe substanțe toxice (precum: metale grele, detergenți, pesticide, etc.) sau uleiuri (precum: țiței, produse petroliere)

Aceste plante au capacitatea de a extrage substanțele organice din apa uzată, utilizându-le pentru sporirea biomasei lor, biomasă ce crește continuu de-a lungul anului. Ele prezintă o perioadă de vegetație cvasipermanentă (mai lentă în lunile ianuarie, februarie și martie). Astfel de sisteme de epurare biologică a apelor uzate utilizând plantele acvatice emerse sunt eficiente, economice, ușor de construit și de întreținut, fiind aplicabile tot timpul anului .

S-a constatat că introducerea macrofitelor Pistia stratiotes și Eichhornia crassipes ca treapta de epurare a apelor reziduale provenite de la rafinăria Petrobrazi Ploiești a dus la schimbarea caracteristicilor fizico-chimice ale acestor ape.

Producere de metan din biomasa acvatică prin bioconversia fitomasei de Pistia stratiotes, cu o producție de 11300 kg extract proteic/ha/an, se obtin 1000 m³N biogaz/ha/an, cu o concentrație de 60 – 62 % metan, Carbonilarea metanului permite obținerea de acid acetic.

Figura 3.2. Salata de Nil

CAPITOLUL IV. STAȚIA DE EPURARE A ORAȘULUI ORADEA

Stația de epurare este amplasată pe malul drept al râului Crișul Repede și are rolul de a prelua apa uzată menajeră și industrială din Municipiul Oradea și unele zone limitrofe. Apele uzate de pe raza municipiului sunt pompate în cele două colectoare principale: ovoid 70/105 cm și clopot de 165/260 cm.

Stația de epurare este de tip mecano-biologic, iar efluentul stației este deversat în râul Crișul Repede. Capacitatea de epurare mecano-biologică a Stației de Epurare este de 2.200 l/s.(34)

Figura 4.1. Schema fluxului de epurare a apelor uzate

4.1. Fluxul tehnologic – linia apei

Treapta mecanică

camera de intrare

grătare rare și dese

deznisipator

separator de grăsimi

decantoare primare

stație pompare nămol primar

stație pompare apă decantată

Treapta biologică

bazine de aerare

decantoare secundare

stație de pompare nămol activ

bazine de stocare a nămolului în exces

canal biologic evacuare stație

Treapta chimică:

reducere Ptot < 1mg/L

4.1.1. Treapta mecanică

Treapta mecanică – are rolul de a epura mecanic apa uzată intrată în stație.

Se compune din:

Camera de intrare

Grătare rare.

Grătar dese

Deznisipator

Separator de grăsimi

f. Decantoare primare

g. Stație pompare nămol primar

h. Stație pompare apă epurată mecanic

Camera de intrare

Camera de intrare stație are rolul de a dirija apa uzată în stația de epurare și de a regla debitul de intrare în stație pe anumite perioade scurte de timp.

Figura 4.2 Camera de intrare

Grătare rare

Grătarele rare sunt amplasate la intrarea apei uzate în stația de epurare și au rolul de a reține corpurile mari antrenate de apele uzate (crengi, bucăți de lemn, bucăți de materiale plastice, alimente etc.) pentru a proteja utilajele din stația de epurare și pentru a reduce pericolul de colmatare a canalelor și conductelor de legătură dintre obiectele tehnologice.

Grătarele sunt montate în canale de beton de deschidere egală cu cea a grătarului. La amonte și aval de grătar sunt prevăzute stăvilare de închidere. Corpurile mari se depun pe grătar și sunt îndepărtate de greblă. În timpul mișcării de ridicare a greblei (mișcare de translație pe barele grătarului) reținerile sunt evacuate de pe grătar.(34)(11)

Figura 4. 3. Grătare rare

Grătare dese

Grătarele dese sunt amplasate la intrarea apei uzate în stația de epurare și au rolul de a reține corpurile antrenate de apele uzate, corpuri de dimensiuni mai mici decât cele reținute de grătarele mari (crengi, bucăți de lemn, bucăți de materiale plastice, alimente etc.) pentru a proteja utilajele din stația de epurare și pentru a reduce pericolul de colmatare a canalelor și conductelor de legătură dintre obiectele tehnologice.

Depunerile descărcate de pe greblă sunt depuse pe banda transportoare (cădere liberă), care deservește ambele grătare. Banda transportoare asigură descărcarea reținerilor în container. Reținerile descărcate în container se transportă la depozitul municipal de deșeuri.

În cazul unei avarii totale a ansamblului de grătare dese se va funcționa pe canalul de ocolire prevăzut cu grătare verticale cu curățire manuală, pentru aceasta se închid stăvilarele amonte grătare dese, apa circulând pe canalele laterale adiacente grătarelor dese nr.1 și nr. 4.(34)

d. Deznisipator

Desnisipatorul este amplasat după grupul de grătare și înaintea decantoarelor primare dintr-o stație de epurare. S-a amplasat împreună cu separatorul de grăsimi. Deznisipatorul realizează separarea din apa uzată a particulelor solide minerale, ce sedimentează independent unele de altele cu o viteză constantă ce depinde de forma, mărimea și greutatea particulei, considerându-se un regim laminar de culegere.

Diametrul particulelor reținute este mai mare de 0,25 mm. Viteza orizontală de trecere a apei prin deznisipator este de 0,2 – 0,3 m/s, astfel încât să sedimenteze în proporție cât mai mare particulele minerale.

Figura 4.4. Deznisipator

Stația este dotată cu un deznisipator care are următoarele caracteristici:

6 compartimente de secțiune parabolică ( un comp L = 30 m , l = 2 m);

Qo max. = 2.560 l/s;

viteza orizontală de trecere a apei este de 0,2 – 0,3 m/s.

Cele 6 compartimente sunt prevăzute cu stăvilare la capetele amonte-aval. Forma parabolică în secțiunea verticală favorizează depunerea nisipului.(34)

e. Separator de grăsimi

Separatoarele de grăsimi se prevăd în tehnologie atunci când treapta de epurare mecanică este urmată de treapta de epurare biologică, deoarece peliculele de grăsimi ajunse în bazine de aerare influențează negativ procesele de transfer masic al oxigenului din aer în apă pentru menținerea mediului aerob.

Colectarea grăsimilor are loc într-un jgheab comun aflat la capătul aval al compartimentelor care transportă grăsimile în concentratorul de grăsimi. Colectarea grăsimilor are loc prin ridicarea nivelului apei uzate în compartimentele separatorului prin închiderea stăvilarelor din aval. Nivelul apei crescând deversează în jgheab (prima dată pelicula plutitoare) și ajunge în concentratorul de grăsimi, apa se reintroduce în circuit cu ajutorul unei pompe submersibile aflate pe radierul concentratorului. După separare se deschid stăvilarele din aval.

Grăsimile colectate datorită impurificărilor cu produse petroliere sunt considerate deșeu periculos, acestea fiind eliminate prin firme autorizate de colectare și distrugere.

Decantoare primare

Decantoarele orizontale radiale (numite și decantoare Dorr) prezintă particularitatea că viteza de circulație a apei, în direcție radială, variază de la valoarea maximă în centrul decantorului până la o valoare minimă în dreptul jgheabului periferic colector. Distribuția apei în decantor se realizează pe toată înălțimea utilă precum și pe tot perimetrul camerei de distribuție. Evacuarea apei decantate se face printr-o rigolă periferică prevăzută cu un deversor metalic având muchia superioară în formă de dinți de fierăstrău. Eficiența decantării primare asupra reducerii materiilor organice, exprimată în CBO5 este de cca. 20-25 %.

Stația de epurare are următoarele tipuri de decantoare:

Decantor primar radial nr. 1: 1 buc.: V = 5.024 m3, Q = 665 l/s, ts = 2 ore.

Decantor primar radial nr. 2 și nr. 3: 2 buc: V = 3.975 m3, Q = 665 l/s, ts = 1,7 ore.

Decantor primar radial nr. 4: V = 2.160 m3, Q = 300 l/s, ts = 2 ore. (11)(34)

Figura 4.5. Decantor primar

CAPITOLUL V. CERCETĂRI EXPERIMENTALE

În scopul realizării cercetării acestei lucrări, experiențele au fost efectuate în laboratorul de analize chimice din din cadrul Facultății de Protecția Mediului.

Analizele de apă au vizat în principal efluentul treptei mecanice, deoarece prin metodele luate în studiu se dorește înlocuirea treptei biologice aerobe, cu bazine cu nămol activat, energointensivă, cu plante care să poată avea aceleași efecte în reducere nutrienților.

5.1. Pregătirea materialului de lucru

Pentru a exemplifica procesul de fitoremediere a apelor reziduale a fost prelevat efluentul mecanic al stației de epurare a orașului Oradea, iar studiul s-a axat pe utilizarea zambilei de apă și a salatei de Nil, ca mijloc de epurare.

Figura 5.1. Apa prelevată de la Stația de epurare

Figura 5.2.1. Salata de apă și Zambila de apă în natură

Figura 5.2.2. Zambila de apă și Salata de apă în laborator

Figura 5.3. Zambila de apă în faza inițială a experimentului

Figura 5.4. Zambila de apă în faza finală a experimentului

Figura 5.5. Salata de Nil în faza inițială a experimentului

Figura 5.6. Salata de Nil în faza finală a experimentului

5.2. Metode de analiză

În vederea evidențierii calității apei uzate prelevate de la stația de epuare a orașului Oradea, mai exact, efluentul treptei mecanice, au fost efectuate următoarele determinări cu ajutorul următoarelor aparate și metode de lucru.

5.2.1. Determinarea pH-ului

Acest parametru s-a determinat electrochimic, utilizând un pH-metru WTW.

Figura 5.7. pH-metru

5.2.2. Consumul chimic de oxigen, azotul total, fosforul total,

Acești parametrii au fost determinați cu ajutorul fotocolorimetrului Hanna HI 83224

Figura 5.8. Fotocolorimetrul Hanna HI 83224

Consumul chimic de oxigen

Determinarea consumului chimic de oxigen s-a realizat cu fotocolorimetrul Hanna HI83224, astfel: în fiolele cu reactiv specific s-a adăugat 2,0 ml probă, respectiv 2,0 ml apă deionizată, în proba martor. Fiolele au fost supuse digestiei la temperatura de 150˚C timp de 2 ore, și analizate în fotocolorimetrul HANNA.

Figura 5.9. Determinarea CCOCr în laborator

Azot total

S-au folosit eprubete cu apa deionizată și eprubete cu efluentul stației de epurare, în care s-a pus zambila de apă și separat salata de apă, fotocolorimetrul, diferite reactivi, digestor, suport pentru eprubete, pipete.Această metodă a necesitat o corecție martor.

S-a îndepărtat capacul de pe eprubetele supuse digestiei și la fiecare eprubetă s-a adăugat conținutul unui pachet de persulfat de potasiu pentru analiza azot total. S-a adăugat exact 0,5 ml de probă la fiolă cu reactiv și 0,5 ml de apă deionizată în cealaltă fiolă, păstrând în același timp flacoanele la un unghi de 45 grade. S-au introdus fiolele în reactor și s-au încălzit timp de 30 de minute la 105 °C. S-a adăugat conținutul unui pachet de HI 93767-0 reactiv de azot total în fiecare eprubetă. S-au adăugat exact 2 ml de proba supusă digestiei la eprubetele cu reactivi și 2 ml de martor la eprubeta cu reactiv și s-a citit valoarea azotului total la fotocolorimetru.

Fosfor total

În cele două fiole s-au introdus 5,0 ml de probă, respectiv 5,0 ml de apă deionizată în proba martor. S-a adăugat conținutul unui pachet de sulfat de potasiu pentru analiza fosforului, în fiecare fiolă și s-au supus procesului de digestie,la temperatura de 150˚C timp de 30 minute. S-au adăugat 2,0 ml soluție hidroxid de sodiu, 1.20 N.S-a citit valoarea corespunzătoare fosforului total la fotocolorimetrul Hanna. (9)(10)

5.3. Prelucrarea și interpretarea datelor

Zambila de apă (Eichornia crassipes)

Pe perioada monitorizării s-au efectuat analize ale apei în cele două situații pentru următorii parametrii: Nt, Pt, CCOcr obținându-se valorile prelucrate în graficele următoare:

Figura 5.10. Evoluția azotului total în apa epurată cu ajutorul Zambilei de apă

Așa cum se observă în graficul de mai sus pe perioada monitorizării prin utilizarea zambilei de apă, concentrația parametrului Nt, a scăzut de la valoarea 158 mg/l, la 10 mg/l, ceea ce înscrie apa epurată în caracteristicile apei posibil a fi evacuate în emisar conform NTPA 001/2005(10 mg/l).

Figura 5.11. Evoluția azotului amoniacal în apa epurată cu ajutorul Zambilei de apă

Azotul amoniacal determinat pe perioada monitorizării prin utilizarea zambilei de apă pentru fitoremediere, a scăzut valoarea acestuia în situația deversării în emisar încadrându-se în limita impusă de NTPA 001/2005.

Figura 5.12. Evoluția nitratului în apa epurată cu ajutorul Zambilei de apă

Concentrația nitratului în apa epurată a avut o creștere exponențială, ceea ce denotă o evoluție satisfăcătoare a proceselor de nitrificare până la forma finală de nitrat.

Figura 5.13. Evoluția CCOCr în apa epurată cu ajutorul Zambilei de apă

Unul din cei mai importanți parametrii monitorizați în epurarea apelor reziduale îl constituie consumul chimic de oxigen. Așa cum se constată, valoarea acestuia a scăzut în cele 16 zile de monitorizare de la valoarea de 196 mg/l la 18 mg/, mult sub valoarea maxim admisă de NTPA 001/2005.

Figura 5.14. Evoluția fosforului total în apa epurată cu ajutorul Zambilei de apă

Alături de azot, fosforul produce poluarea emisarilor, prin favorizarea fenomenului de eutrofizare, de aceea îndepărtarea lui constituie un deziderat demn de luat în seama. Prin intermediul zambilei de apă, concentrația acestui parametru a scăzut la 1, 8 mg/l, insuficient însă pentru deversarea apei uzate epurate astfel, în emisar.

Figura 5.15. Evoluția fosfatului total în apa epurată cu ajutorul Zambilei de apă

Fosfatul nu este un parametru inclus în monitorizarea frecventă, însă ne dă indicii despre modul de desfășurare a proceselor de epurare. Astfel, zamila de apă a asigurat o reducere a acestui indicator până la 3,7 mg/l.

5.3.2 Salata de Nil (Pistia Stratiotes)

Figura 5.16. Evoluția azotului total în apa epurată cu ajutorul Salatei de Nil

Așa cum se observă în graficul de mai sus pe perioada monitorizării prin utilizarea salatei de Nil, concentrația parametrului Nt, a scăzut de la valoarea 158 mg/l, la 12 mg/l, ceea ce înscrie apa epurată în caracteristicile apei posibil a fi evacuate în emisar conform NTPA 001/2005(10mg/l). Figura 5.17. Evoluția azotului amoniacal în apa epurată cu ajutorul Salatei de Nil

Azotul amoniacal determinat pe perioada monitorizării prin utilizarea salati de Nil pentru fitoremediere, a scăzut valoarea acestuia în situația deversării în emisar încadrându-se în limita impusă de NTPA 001/2005.

Figura 5.17. Evoluția nitratului în apa epurată cu ajutorul Salatei de Nil

O situație similară a evoluției crescătoare a nitratului în apa uzată epurată a fost întâlnită și la zambila de apă, lucru explicabil prin însăși derularea proceselor biologice.

Figura 5.18. Evoluția CCOCr în apa epurată cu ajutorul Salatei de Nil

În cazul utilizării salatei de Nil, s-a constatat o reducere a concentrației de la valoarea de 196 mg/l la 37 mg/, mult sub valoarea maxim admisă de NTPA 001/2005(125 mg/l).

Figura 5.19. Evoluția fosforului total în apa epurată cu ajutorul Salatei de Nil

Alături de azotul total, fosforul reprezintă un element responsabil de apariția fenomenului de eutrofizare a emisarilor, de aceea tehnolofiile de epurare sunt orientate înspre îndepărtarea acestuia, valoarea maxim admisă a efluentului stațiilor de epurare find de 1 mg/l. Așa cum se constată în figura 5.19. salata de Nil a permis reducerea acestui parametru până la o concentrație de 2 mg/l, dublul limitei admise. Soluția în acest caz, ar fi ca în etapa de epurare mecanică să se folosească și o precipitare chimică a fosforului pentru a facilita într-o mai mare.

Figura 5.20. Evoluția fosfatului în apa epurată cu ajutorul Salatei de Nil

Astfel, salata de Nil a asigurat o reducere a acestui indicator până la 6,3 mg/l, însă o cu o eficiență mai mică decât în cazul zambilei de apă (3,7 mg/l)

5.4 Eficiența procesului de epurare prin intermediul zambilei de apă și a salatei de Nil raportat la parametrul N t, CCOcr, Pt, NO₃⁻

Tabel 5.1. Eficiența procesului de epurare prin intermediul zambilei de apă și a salatei de Nil

Fig.5.21. Eficiența reducerii N t

Salata de Nil și zambila de apă permit reducerea conținutului de nutrienți din apele reziduale menajere, însă eficiența mai mare s-a constatat în cazul zambilei de apă (93%), comparativ cu salata de Nil (74%).

Fig.5.22. Eficiența reducerii P t

O situație similar celei specific azotului total, întâlnim și pentru fosforul total, care a fost redus într-o proporție mai mare, dar nu cu diferențe majore, în cazul experimentului care utiliza zambila de apă(67%), comparativ cu salata de Nil(64%).

Fig.5.23. Eficiența reducerii CCOcr

Consumul chimic de oxigen fiind un parametru a cărei valoare ne dă informații despre calitatea unei ape, în acest caz, ape uzate, este importantă monitorizarea lui. Eficiența reducerii acestui indicator a fost mai mare în cazul salatei de apă(81%), comparativ cu zambila de apă(79%).

Fig.5.24. Eficiența reducerii NO₃⁻

Reducerea nutrienților reprezintă un deziderat al strategiei oricărei comunuități în ceea ce privește epurarea apelor reziduale, astfel că se costată că atât azotul, indiferent de formele sale, cât și fosforul au fost reduși într-o proporție mai mare de zambila de apă comparativ cu salata de apă, însa o dezvoltare mai rapidă a acestora s- a constatat în cazul salatei de apă.

CONCLUZII

Dezvoltarea civilizației umane este strâns legată de evoluția tehnologiilor și mijloacelor de procurare de către om, a hranei și a apei. Pentru a consemna importanța ei, Organizația Națiunilor Unite a declarat deceniul 2005-2015, drept deceniul de acțiune pentru o idee ,,apa-sursa vieții”. Se consideră astăzi că apa are trei valențe majore, egale ca importanță: o valență economică, una socială și una ecologică.

În acest sens a crescut și interesul în găsirea unor soluții viabile, cât mai eficiente și cât mai ecologice, prin utilizarea plantelor de apă, care pot îndepărta din poluanții prezenți în apă.

Mai mult decât atât, utilizarea zambilei de apă și a salatei de Nil, pentru epurarea apelor uzate, este considerată o tehnologie simplă care nu necesită mașini și echipamente costisitoare, multă muncă sau procese complexe de întreținere. Este nevoie doar de spațiu și de vreme caldă, deoarce aceste plante, au și capacitatea de multiplica masa, constituindu-se ca o sursă de energie verde.

Monitorizarea calității apei reziduale provenite de la stația de epurare a orașului Oradea, mai exact a efluentului treptei mecanice a dus la obținerea următoarelor concluzii:

Azotul amoniacal determinat pe perioada monitorizării prin utilizarea zambilei de apă pentru fitoremediere, a scăzut valoarea acestuia în situația deversării în emisar încadrându-se în limita impusă de NTPA 001/2005.

Concentrația nitratului în apa epurată a avut o creștere exponențială, ceea ce denotă o evoluție satisfăcătoare a proceselor de nitrificare până la forma finală de nitrat.

Valoarea consumului chimic de oxigen., a scăzut în cele 16 zile de monitorizare de la valoarea de 196 mg/l la 18 mg/ pentru zambila de apă și de la 196 mg/l la 37 mg/pentru salata de apă, mult sub valoarea maxim admisă de NTPA 001/2005(125 mg/l).

Alături de azotul total, fosforul reprezintă un element responsabil de apariția fenomenului de eutrofizare a emisarilor, de aceea tehnologiile de epurare sunt orientate înspre îndepărtarea acestuia, valoarea maxim admisă a efluentului stațiilor de epurare find de 1 mg/l. salata de Nil a permis reducerea acestui parametru până la o concentrație de 2 mg/l, iar în cazul zambilei de apă, la o concentrație de 1,2 mg/l.Soluția în acest caz, ar fi ca în etapa de epurare mecanică să se folosească și o precipitare chimică a fosforului pentru a facilita într-o mai mare.

Salata de Nil și zambila de apă permit reducerea conținutului de nutrienți din apele reziduale menajere, însă eficiența mai mare s-a constatat în cazul zambilei de apă (93%), comparativ cu salata de Nil (74%).

fosforul total, care a fost redus într-o proporție mai mare, dar nu cu diferențe majore, în cazul experimentului care utiliza zambila de apă(67%), comparativ cu salata de Nil(64%).

Consumul chimic de oxigen fiind un parametru a cărei valoare ne dă informații despre calitatea unei ape, în acest caz, ape uzate, este importantă monitorizarea lui. Eficiența reducerii acestui indicator a fost mai mare în cazul salatei de apă (81%), comparativ cu zambila de apă(79%).

Reducerea nutrienților reprezintă un deziderat al strategiei oricărei comunuități în ceea ce privește epurarea apelor reziduale, astfel că se costată că atât azotul, indiferent de formele sale, cât și fosforul au fost reduși într-o proporție mai mare de zambila de apă comparativ cu salata de apă, însa o dezvoltare mai rapidă a acestora s- a constatat în cazul salatei de apă.

BIBLIOGRAFIE

Bercea M. – Ecologie generală și protecția mediului, Ed.Ceres, București, 2000

Diana Robescu, Felix Stroe, Aurel Presura, DanRobescu – Tehnici de epurare a apelor uzate, Editura Tehnica, Bucuresti, 2011.

Dima M., Meglei V., Dima B., Badea C.(2002) – Bazele epurării biologice ale apelor uzate, ETP Tehnopress, Iași.

Domuța Cornel, Brejea Radu, Monitoringul mediului, Editura Universității din Oradea, 2010.

LESZCZYNSKA, D., DZURIK, A., 1994 – Constructed wetlands: A new perspectivefor tertiary wastewater treatment. A case study. In: Proc. Of the second Intern. Symp.On Environ. Contamin. In Central and Eastern Europe, Budapest,

Mirel, I., Ionescu, G., Nacu, A., Mitrașcă, M. (1999) – Consideration regarding the wastewater biological treatment, Conferința Internațională Debrețin.

Pantea Emilia V. – Tehnologii de epurarea a apelor reziduale, Universitatea din Oradea, 2011

Radu Brejea, Știința solului – îndrumător de lucrări practice, Editura Universității din Oradea, 2010.

Romocea Tamara, Chimia și poluarea mediului acvatic, Editura Universității din Oradea, 2009.

Romocea Tamara, Practicum pentru determinarea calității apei, Editura Universității din Oradea, 2011.

Ronald L. Droste, Theory and Practice of Water and Wastewater Treatment, Wiley, 1997.

Sabău Nicu Cornel, Poluarea mediului pedosferic, Editura Universității Oradea, 2008.

Spencer, C.Watson, L.,Optimize wastewater operations, HydrocarbonProcessing, June, 1997.

CNA. ICPGA. "Protecția, tratarea și epurarea apelor ", Vol.II, București, 1976.

http://adevarul.ro/news/societate/zambila-acvatica-vraciul-apelor-poluate-1_50ad095b7c42d5a6638dd0e2/index.html

http://apamiracolsiviata.wikispaces.com/Zambila+de+ap%C4%83

http://biblioteca.regielive.ro/proiecte/ecologie/zambila-de-apa-utilizata-ca-absorbant-pentru-eliminarea-fosforului-si-azotului-din-apele-uzate-porcine-biologie-225016.html

http://blog.botanicatalog.com/ro/post/eichhornia-crassipes/

http://ecosapiens.ro/

http://referat.clopotel.ro/Apa-15075.html

http://www.ecomagazin.ro/zambila-acvatica-%E2%80%9Evraciul%E2%80%9C-apelor-poluate/

http://www.forumacvarist.ro/index.php?/topic/26-eichhornia-crassipes-zambila-de-apa/

http://www.incdpm.ro/ro/prima-pagina/54-directia-stiintifica/manifestari-stiintifice/sesiuni-periodice-de-comunicari-stiintifice/181-sesiune-de-comunicari-stiintifice-19-aprilie-2012

http://www.interferente.ro/salata-de-nil-si-zambila-de-apa-doua-plante-care-cresc-vazand-cu-ochii.html

http://www.referatele.com/referate/biologie/online16/Proiect-apa-referatele-com.php

http://www.scribd.com/doc/184661502/Apa-Poluare-Depoluare

http://www.scribd.com/doc/71005237/Tehnici-Ale-Biotehnologiei-in-Depoluarea-Solurilor-Si-Apelor

http://www.sibiu100.ro/103-olimpici/6935-adina-si-alexandra-au-gasit-solutia-depoluarii-apei-din-cisnadie-zambila-de-apa

Monitorul Oficial al României, Partea I, nr. 327/25.XI.1997

United Nations Human Settlement Programme , Constructed Wetland Manual, 2008

Documentație specifică Stația de epurare a orașului Oradea