Studiul Concentratiei Substantelor Organice DIN Apele Naturale
CUPRINS
Cap. 1. CONSIDERAȚII GENERALE PRIVIND APA……………………………………….1
1.1. Introducere………………………………………………………………………………………..1
1.2. Structura chimică a apei……………………………………………………………………….
1.3. Proprietăți fizice………………………………………………………………………………….
1.4. Proprietăți chimice………………………………………………………………………………
1.4.1. Acțiunea apei asupra metalelor…………………………………………………
1.4.2. Acțiunea apei asupra nemetalelor……………………………………………..
1.4.3. Acțiunea apei asupra oxizilor……………………………………………………
1.4.4. Acțiunea apei asupra sărurilor…………………………………………………..
1.5. Circuitul apei în natură…………………………………………………………………………
1.6. Clasificarea apelor……………………………………………………………………………….
1.7. Directiva Cadru privind apa 2000/60/EC………………………………………………..
Cap.2. POLUAREA APELOR
2.1. Introducere……………………………………………………………………………………………
2.2. Istoricul poluării apelor………………………………………………………………………….
2.3. Cauzele poluării apelor…………………………………………………………………………..
2.4. Clasificarea poluanților………………………………………………………………………….
2.5. Tipuri de poluare…………………………………………………………………………………..
2.5.1. Poluarea naturală……………………………………………………………………..
2.5.2. Poluarea artificială…………………………………………………………………..
2.6. Efectele poluării apelor………………………………………………………………………….
2.7. Consecințele biologice ale poluării………………………………………………………….
Cap. 3. MODALITĂȚI DE PURIFICARE A APELOR
3.1. Autoepurarea apelor………………………………………………………………………………
3.2. Factorii biologici de purificare a apelor degradate……………………………………..
3.2.1. Filtrele biologice……………………………………………………………………….
3.2.2. Aerotancul……………………………………………………………………………….
3.2.3. Iazurile și eleșteele……………………………………………………………………
3.3. Dezinfecția apei cu ajutorul clorului……………………………………………………….
3.4. Desalinizarea apei………………………………………………………………………………..
3.5. Purificarea apei de râu…………………………………………………………………………..
3.6. Utilizarea macrofitelor acvatice in depoluarea apelor……………………………….
Cap. 4. ETAPELE UNEI ANALIZE FIZICO – CHIMICE
4.1. Recoltarea probelor de apă…………………………………………………………………….
4.2. Conservarea probelor recoltate……………………………………………………………….
4.3. Pregătirea probei pentru analiză………………………………………………………………
4.4. Redactarea buletinului de analiză…………………………………………………………….
4.5. Interpretarea rezultatelor analizei…………………………………………………………….
4.6. Condițiile de calitate pe care trebuie să le îndeplinească apele de suprafață…..
Cap. 5. METODE DE DETERMINARE A CONCENTRAȚIEI DE SUBSTANȚE ORGANICE DIN APELE RÂULUI CRIȘUL REPEDE
5.1. Cantitatea de substanțe organice care poate fi evacuată în apele naturale…….
5.2. Consumul biochimic de oxigen………………………………………………………………
5.2.1.Determinarea consumului biochimic de oxigen……………………………..
5.2.1.1. Metoda volumetrică…………………………………………………..
5.2.1.2. Metoda electrometrică………………………………………………..
5.2.1.3. Metoda barometrică……………………………………………………
5.2.1.4. Metoda prin reducerea nitrificării…………………………………
5.3. Consumul chimic de oxigen…………………………………………………………………..
5.3.1. Metoda cu permanganat de potasiu………………………………………………
5.3.2. Metoda cu bicromat de potasiu……………………………………………………
5.3.3. Metoda cu cloramina T………………………………………………………………
5.3.4. Metoda bazată pe oxidarea umedă………………………………………………
5.3.5. Metoda bazată pe combustia la temperaturi ridicate……………………..
5.3.5.1. Sisteme Philips…………………………………………………………
5.3.5.2. Varianta CCO………………………………………………………..
5.4. Metode de determinare a carbonului organic total…………………………………….
5.4.1. Procedee bazate pe oxidarea umedă…………………………………………….
5.4.1.1. Determinarea carbonului organic prin oxidare cu bicromat
de potasiu………………………………………………………………….
5.4.1.2. Dozarea carbonului organic prin oxidare cu persulfat de
potasiu……………………………………………………………………..
5.4.2. Combustia la temperaturi ridicate………………………………………………
5.4.2.1. Sistemul Beckman…………………………………………
5.4.2.2 Sistemul Maihak……………………………………………
5.4.2.3. Sistemul Tocsin Analyser………………………………
5.4.2.4. Alte tipuri de sisteme……………………………………..
5.5. Râul Crișul Repede……………………………………………………………………………….
5.5.1. Caracteristici generale ale apelor curgătoare…………………………………
5.5.2. Bazinul hidrografic……………………………………………………………………
5.5.2.1. Managementul apei la nivel de bazin hidrografic…………..
5.5.2.2. Necesitatea participării comitetelor de bazin la implementarea Directivei cadru privind apa 2000/60/EC……………
5.5.3. Bazinul Crișul Repede……………………………………………………………….
5.5.4. Caracteristicile generale ale râului Crișul Repede………………………….
5.5.5. Proprietățile chimice ale Crișului Repede…………………………………….
5.5.6. Rețeaua de canalizare a orașului Oradea………………………………………
5.5.7. Stația de epurare a orașului Oradea……………………………………………..
5.5.8. Posibilități de valorificare a potențialului apelor Crișului Repede……
Cap. 6. ACTIVITATEA EXPERIMENTALĂ
Cap. 1. CONSIDERAȚII GENERALE PRIVIND APA
1.1. Introducere
Apa este denumirea comună aplicată pentru combinația hidrogen-oxigen H20, numindu-se și oxid de hidrogen. Filozofii antici considerau apa ca un element de bază, reprezentativ pentru toate substanțele lichide. Oamenii de stiință nu au renunțat la această concepție decît în a doua parte a secolului al XVIII-lea. În 1781 chimistul englez Henry Cavendish a obținut apă prin detonarea unui amestec de hidrogen și aer. Rezultatele experienței sale au fost explicate în întregime abia după doi ani, când chimistul francez Antoine Laurent Lavoisier a dovedit că apa nu era un element ci o combinație de oxigen și hidrogen.
Peste 2/3 din supafața terestră este ocupată de mări și oceane, care formează Oceanul Planetar. Terra este supranumită și “planeta albastră” datorită acestui fapt.
Din suprafața totală a pamântului, evaluată la 510,10 mil. Km2, apa Oceanului Planetar ocupa 361,07 mil.km2, adica 70,8%. Se estimează că planeta dispune de 1,37 mild. Km3 de apa, dar circa 97,2% este constituită din apa mărilor și oceanelor.
Omul dispune numai de apele de la suprafața solului – adică de aproximativ 30.000 km3, ceea ce înseamna circa 0,002% din total. Consumul de apa ce revine pe om/zi variază între 3 litri, în zonele aride ale Africii și de 1,045 litri la New York.
Valoarea productivității mărilor și oceanelor se apreciază ca fiind între 0,1 – 0,5 gr/mc/zi.
Oceanul Planetar constituie baza vieții pe Terra și generează negentropie în ecosferă.
Apa este cea mai raspândită substanță compusă. Ca și aerul, ea constituie factorul principal al menținerii vieții pe pământ.
1.2. Structura chimică a apei
Într-o lucrare științifică, prezentată în 1804, chimistul francez Joseph Lovis Gay-Lussac și naturalistul Alexander von Humboldt, au demonstrat că apa constă din două unități de volum de hidrogen și una de oxigen, așa cum reiese și din formula utilizată azi, H2O.
Reacția obținerii apei din cele două elemente componente are loc cu degajare de căldură, conform reacției:
H+O= HO + 68,4 kcal
Aproape tot hidrogenul din apă are masa atomică 1. Chimistul american Harold Clayton Urey a descoperit în 1932 prezența în apă a unei cantități foarte mici ( de 1 la 6000 ) de așa numită apă grea sau oxid de deuteriu (D2O). Deuteriul este un izotop al hidrogenului cu masa atomică 2. În 1951, chimistul american Aristid Grosse a descoperit că apa din natură conține deasemenea oxid de tritiu (T2O), tritiul este izotopul hidrogenului cu masa atomică 3.
Apa are următoarea structură:
Fig. 1. Structura chimică a moleculei de apă
În scopul stabilirii structurii precise a moleculei de apă, s-au făcut numeroase cercetări. Prin măsurarea spectrului de absorbție a moleculelor de apă în infraroșu și prin studiul dipolmomentului, s-a stabilit că molecula apei are o formă angulară, așa cum reiese din figura 2:
Fig. 2. Structura angulară a moleculei de apă
Unghiul format din dreptele care unesc atomii de hidrogen cu atomul de oxigen este de 104º,5. Distanța dintre atomul de oxigen și atomul de hidrogen este de 0,99 Å, atât în stare lichidă cât și în stare solidă. Această formă angulară a moleculei de apă evidențiază inegala repartiție a sarcinilor electrice ale celor trei atomi. Centrul sarcinilor pozitive nu coincide cu centrul sarcinilor negative, deci momentul dipolar este diferit de zero.
Prezența polarității pledează pentru capacitatea mare de unire a moleculei de apă cu diferite grupări ionice sau chiar cu alte molecule de apă. Cu alte cuvinte, molecula de apă are tendința de a se asocia.
Asocierea a două molecule de apă poartă denumirea de dihidrol: (HO), iar asocierea a trei molecule de apă poartă denumirea de trihidrol: (HO), denumire care vine de la molecula de apă neasociată care se numește hidrol.
Asocierea moleculelor de apă se datorește unor legături de tip special, careserealizează prin intermediul atomilor de hidrogen, numite „legături de hidrogen”.
Legătura de hidrogen este electrostatică, mult mai slabă decât legătura covalentă și nu implică punerea în comun de electroni..
Cap. 5. METODE DE DETERMINARE A CONCENTRAȚIEI DE SUBSTANȚE ORGANICE DIN APELE RÂULUI CRIȘUL REPEDE
5.1. Cantitatea de substanțe organice care poate fi evacuată în apele naturale…….
5.2. Consumul biochimic de oxigen………………………………………………………………
5.2.1.Determinarea consumului biochimic de oxigen……………………………..
5.2.1.1. Metoda volumetrică…………………………………………………..
5.2.1.2. Metoda electrometrică………………………………………………..
5.2.1.3. Metoda barometrică……………………………………………………
5.2.1.4. Metoda prin reducerea nitrificării…………………………………
5.3. Consumul chimic de oxigen…………………………………………………………………..
5.3.1. Metoda cu permanganat de potasiu………………………………………………
5.3.2. Metoda cu bicromat de potasiu……………………………………………………
5.3.3. Metoda cu cloramina T………………………………………………………………
5.3.4. Metoda bazată pe oxidarea umedă………………………………………………
5.3.5. Metoda bazată pe combustia la temperaturi ridicate……………………..
5.3.5.1. Sisteme Philips…………………………………………………………
5.3.5.2. Varianta CCO………………………………………………………..
5.4. Metode de determinare a carbonului organic total…………………………………….
5.4.1. Procedee bazate pe oxidarea umedă…………………………………………….
5.4.1.1. Determinarea carbonului organic prin oxidare cu bicromat
de potasiu………………………………………………………………….
5.4.1.2. Dozarea carbonului organic prin oxidare cu persulfat de
potasiu……………………………………………………………………..
5.4.2. Combustia la temperaturi ridicate………………………………………………
5.4.2.1. Sistemul Beckman…………………………………………
5.4.2.2 Sistemul Maihak……………………………………………
5.4.2.3. Sistemul Tocsin Analyser………………………………
5.4.2.4. Alte tipuri de sisteme……………………………………..
5.5. Râul Crișul Repede……………………………………………………………………………….
5.5.1. Caracteristici generale ale apelor curgătoare…………………………………
5.5.2. Bazinul hidrografic……………………………………………………………………
5.5.2.1. Managementul apei la nivel de bazin hidrografic…………..
5.5.2.2. Necesitatea participării comitetelor de bazin la implementarea Directivei cadru privind apa 2000/60/EC……………
5.5.3. Bazinul Crișul Repede……………………………………………………………….
5.5.4. Caracteristicile generale ale râului Crișul Repede………………………….
5.5.5. Proprietățile chimice ale Crișului Repede…………………………………….
5.5.6. Rețeaua de canalizare a orașului Oradea………………………………………
5.5.7. Stația de epurare a orașului Oradea……………………………………………..
5.5.8. Posibilități de valorificare a potențialului apelor Crișului Repede……
Cap. 6. ACTIVITATEA EXPERIMENTALĂ
Cap. 1. CONSIDERAȚII GENERALE PRIVIND APA
1.1. Introducere
Apa este denumirea comună aplicată pentru combinația hidrogen-oxigen H20, numindu-se și oxid de hidrogen. Filozofii antici considerau apa ca un element de bază, reprezentativ pentru toate substanțele lichide. Oamenii de stiință nu au renunțat la această concepție decît în a doua parte a secolului al XVIII-lea. În 1781 chimistul englez Henry Cavendish a obținut apă prin detonarea unui amestec de hidrogen și aer. Rezultatele experienței sale au fost explicate în întregime abia după doi ani, când chimistul francez Antoine Laurent Lavoisier a dovedit că apa nu era un element ci o combinație de oxigen și hidrogen.
Peste 2/3 din supafața terestră este ocupată de mări și oceane, care formează Oceanul Planetar. Terra este supranumită și “planeta albastră” datorită acestui fapt.
Din suprafața totală a pamântului, evaluată la 510,10 mil. Km2, apa Oceanului Planetar ocupa 361,07 mil.km2, adica 70,8%. Se estimează că planeta dispune de 1,37 mild. Km3 de apa, dar circa 97,2% este constituită din apa mărilor și oceanelor.
Omul dispune numai de apele de la suprafața solului – adică de aproximativ 30.000 km3, ceea ce înseamna circa 0,002% din total. Consumul de apa ce revine pe om/zi variază între 3 litri, în zonele aride ale Africii și de 1,045 litri la New York.
Valoarea productivității mărilor și oceanelor se apreciază ca fiind între 0,1 – 0,5 gr/mc/zi.
Oceanul Planetar constituie baza vieții pe Terra și generează negentropie în ecosferă.
Apa este cea mai raspândită substanță compusă. Ca și aerul, ea constituie factorul principal al menținerii vieții pe pământ.
1.2. Structura chimică a apei
Într-o lucrare științifică, prezentată în 1804, chimistul francez Joseph Lovis Gay-Lussac și naturalistul Alexander von Humboldt, au demonstrat că apa constă din două unități de volum de hidrogen și una de oxigen, așa cum reiese și din formula utilizată azi, H2O.
Reacția obținerii apei din cele două elemente componente are loc cu degajare de căldură, conform reacției:
H+O= HO + 68,4 kcal
Aproape tot hidrogenul din apă are masa atomică 1. Chimistul american Harold Clayton Urey a descoperit în 1932 prezența în apă a unei cantități foarte mici ( de 1 la 6000 ) de așa numită apă grea sau oxid de deuteriu (D2O). Deuteriul este un izotop al hidrogenului cu masa atomică 2. În 1951, chimistul american Aristid Grosse a descoperit că apa din natură conține deasemenea oxid de tritiu (T2O), tritiul este izotopul hidrogenului cu masa atomică 3.
Apa are următoarea structură:
Fig. 1. Structura chimică a moleculei de apă
În scopul stabilirii structurii precise a moleculei de apă, s-au făcut numeroase cercetări. Prin măsurarea spectrului de absorbție a moleculelor de apă în infraroșu și prin studiul dipolmomentului, s-a stabilit că molecula apei are o formă angulară, așa cum reiese din figura 2:
Fig. 2. Structura angulară a moleculei de apă
Unghiul format din dreptele care unesc atomii de hidrogen cu atomul de oxigen este de 104º,5. Distanța dintre atomul de oxigen și atomul de hidrogen este de 0,99 Å, atât în stare lichidă cât și în stare solidă. Această formă angulară a moleculei de apă evidențiază inegala repartiție a sarcinilor electrice ale celor trei atomi. Centrul sarcinilor pozitive nu coincide cu centrul sarcinilor negative, deci momentul dipolar este diferit de zero.
Prezența polarității pledează pentru capacitatea mare de unire a moleculei de apă cu diferite grupări ionice sau chiar cu alte molecule de apă. Cu alte cuvinte, molecula de apă are tendința de a se asocia.
Asocierea a două molecule de apă poartă denumirea de dihidrol: (HO), iar asocierea a trei molecule de apă poartă denumirea de trihidrol: (HO), denumire care vine de la molecula de apă neasociată care se numește hidrol.
Asocierea moleculelor de apă se datorește unor legături de tip special, careserealizează prin intermediul atomilor de hidrogen, numite „legături de hidrogen”.
Legătura de hidrogen este electrostatică, mult mai slabă decât legătura covalentă și nu implică punerea în comun de electroni.
Fig. 3. Legăturile de hidrogen între moleculele de apă
Moleculele de apă au în cristal structură tetraedrică. Această structură rezultă prin hibridizare sp3, molecula de apa dispunând de doi orbitali hibrizi ocupați cu câte o pereche de electroni neparticipanți, și este reprezentată în figura de mai jos:
Fig. 4. Structura tetraedrică a apei
S-a observat că această aranjare tetraedrică a moleculelor de apă legate prin punți de hidrogen este stabilă numai la temperaturi foarte scăzute, de aproximativ minus 200ºC. La temperetură mai ridicată, legăturile de hidrogen se rup, până la atingerea echilibrului între moleculele asociate și neasociate. S-a stabilit că în apropiere de 0ºC, mai există circa 85% din numărul inițial de legături de hidrogen, la 40 ºC circa 50 %, iar la trecerea în vapori (100 ºC) se desfac aproape toate legăturile de hidrogen. Acest lucru explică faptul că apa are o căldură de vaporizare mare în comparație cu alte substanțe.
Sub formă tetraedrică, moleculele de apă nu sunt aranjate compact. Din contră, tocmai moleculele neasociate au o grupare mai compactă. Prin acest fenomen se explică faptul că gheața are o densitate mai mică decât apa și de aceea plutește.
Între 0º și 4 ºC se observă o scădere bruscă a numărului legăturilor de hidrogen și deci o contracție mare de volum, care depășește dilatația normală, iar peste 4 ºC, deși numărul legăturilor scade mai departe, dilatația normală este preponderentă.
Atomul de oxigen conține 8 electroni, având 2 electroni pe stratul K și 6 electroni pe stratul L repartizați astfel: 1s22s22p4. Cei doi atomi de hidrogen au fiecare câte un electron.
Se formează două legături covalente polare O – H. Molecula de apă este covalentă polară; este un dipol.
Fig. 5. Legătura covalentă din molecula de apă
1.3. Proprietăți fizice
Apa este una din cele mai răspândite substanțe în natură, găsindu-se în toate cele trei stări de agregare. În stare solidă se găsește sub formă de gheață, zăpadă, grindină, chiciură. Se găsește în special în regiunile polare și în regiunile muntoase înalte, pe mările polare și subpolare unde se întâlnesc munți plutitori de gheață. În stare lichidă se găsește sub formă de apă de ploaie, ape subterane, oceane, mări, fluvii, râuri, lacuri, bălți etc. În stare gazoasă, apa rezultă în special din evaporația de la suprafața mărilor și oceanelor dar și din respirația plantelor. În nici una din formele naturale, apa nu este pură. Impuritatea sa se datorește faptului că apa dizolvă o mare parte dintre substanțele cu care vine în contact.
Apa nu are gust și nici miros, fiind un lichid incolor. Culoarea albăstruie apare numai în straturile de o grosime considerabilă. Masa moleculară este 18,02.
Punctul de topire este de 0°C, iar punctul de fierbere este de 100°C.
La 100°C, se poate încălzi apa fără a-imodifica temperatura. Acest lucru se datorează ruperii legăturilor care unesc moleculele de apă, dar fără a modifica energia cinetică. Pentru a evapora un gram de apă, este nevoie de o cantitate de căldură de șapte ori mai mare decât căldura necesară pentru a topi aceeași cantitate de apă. Acest lucru este reprezentat de liniile orizontale de pe graficul din figura 6, iar pantele reprezintă numărul de grade cu care se schimbă temperatura pentru fiecare calorie adăugată la un gram de apă.
Ca majoritatea lichidelor, apa poate exista într-o stare suprarăcită, adică poate rămâne în stare lichidă sub punctul său de ingheț. Apa poate fi ușor răcită la circa –25o C fără a îngheța, în condiții de laborator sau chiar în atmosferă. Apa suprarăcită va îngheța dacă este agitată, dacă se coboară temperatura mai mult, sau dacă se adaugă un cristal de gheață sau o altă particulă. Proprietățile fizice ale apei sunt folosite ca standard pentru a defini caloria, căldura specifică și latentă, precum și pentru definirea originală a unității de masă, gramul.
Fig. 6. Variația temperaturii apei în funcție de căldura adăugată
Apa prezintă o serie de propietăți care sunt diferite de proprietățile hidrurilor vecine. Ceste propietăți se numesc “anomaliile apei”
Apa este lichidă într-un interval mare de temperatură (00C și 1000C). Această anomalie este atribuită asocierii moleculelor de apă prin legături de hidrogen.
Legăturile de hidrogen se realizează între moleculele care conțin hidrogen legat covalent de un element puternic electronegativ care are volum mic și electroni neparticipanți.
Densitatea apei variază în funcție de temperatură astfel:
După cum reiese din tabelul și din graficul de mai jos, apa atinge densitatea maximă la 4°C. La înghețare se formează o a doua legătură de hidrogen la atomul de oxigen, motiv pentru care gheața are o structură afânată care determină creșterea volumului și scăderea densității. Prin înghețare apa își mărește volumul cu 9%. Așa se explica de ce se sparg conductele, cazanele, sticlele când îngheață apa în ele și de ce se crapă pietrele de ger. Majoritatea lichidelor își măresc volumul de solidificare. Se știe că la +40C apa are max= 1 g/cm3 ceea ce se datorează faptului că apa este formată din (H2O)2; aceasta presupune existența a doua legături de hidrogen.
Fig. 7. Variația densității apei cu temperatura
Apa în stare de vapori este formată din molecule libere (n= 1).
Gheața cristalină are o structură afinată, cu simetrie hexagonală, analoagă cu a β-tridimitului, în care orice moleculă de apă este legată de alte patru molecule de apă, respectiv fiecare atom de oxigen este înconjurat tetraedric de alți patru atomi de oxigen întocmai ca atomii de carbon în diamant.
Totodată, fiecare atom de oxigen al unei molecule de apă este legat covalent de doi atomi de hidrogen ai moleculei proprii și de alți atomi de hidrogen proveniți din două molecule diferite, prin legături de hidrogen.
Fig.8. Structura cristalină cu simetrie hexagonală a gheții (a) și
coordinarea tetraedrică a atomilor de oxigen în gheață (b)
1.4. Proprietăți chimice
Experimental s-a demonstrat că apa este o combinație chimică foarte stabilă. Ea poate fi descompusă la peste 10000C sau cu ajutorul curentului electric:
2H2O 2H2+ O2
Apa este foarte reactivă din punct de vedere chimic. Ea reacționează în anumite condiții cu metalele, nemetalele, oxizii bazici, oxizii acizi, cu unele săruri.
1.4.1. Acțiunea apei asupra metalelor
Metalele acționeaza in mod diferit asupra apei, dupa poziția lor în seria activității chimice.
Potasiul, calciul, sodiul reacționează violent cu apa, la rece, cu formare de hidroxid și degajare de hidrogen.
Na + H2O NaOH + ½H2
Magneziul reacționează cu apa la cald sau în stare de vapori:
Mg + 2H2O Mg(OH)2 + H2
Aluminiul este atacat de apă numai dacă este curățat de stratul protector de oxid:
2Al + 6H2O 2Al(OH)3 + 3H2
Fierul înroșit reacționează cu apa în stare de vapori și formează oxid feroferic (oxid al Fe II și Fe III):
3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2
Plumbul, cuprul, mercurul, aurul, argintul nu sunt atacate de apă sau de vaporii acesteia.
Unele metale se corodează în prezența apei. Atacul este mai puternic în prezența oxigenului și a dioxidului de carbon.
1.4.2. Acțiunea apei asupra nemetalelor
Clorul în reacție cu apa formează apa de clor:
Cl2 + H2O HCl + HclO
HClO HCl + [O]
Trecând un curent de vapori de apă peste cocs(carbon) la temperatura de cel puțin 10000C se formează un amestec de monoxid de carbon și hidrogen, denumit gaz de apă. Reacția are importanță industrială:
C + H2O CO + H2
Cu sulful, apa reacționeaza la fierbere dând hidrogen sulfurat si dioxid de sulf:
3S + 2H2O 2H2S + SO2
Fosforul descompune apa la 2500C cu formare de hidrogen fosforat si acid fosforos:
2P + 3H2O PH3 + H3PO3
1.4.3. Acțiunea apei asupra oxizilor
Apa reacționează cu oxizii metalici solubili cu formare de hidroxizi.
Una dintre reacțiile cu importanță practică o constituie stingerea varului, reacție puternic exotermă.
CaO + H2O Ca(OH)2 + Q
Hidroxidul de calciu obținut este relativ puțin solubil în apă și de aceea la stingerea varului se obține așa-zisul lapte de var, care reprezintă o suspensie fină de Ca(OH)2 într-o soluție saturată de hidroxid de calciu.
La dizolvarea dioxidului de sulf în apă are loc și o reacție chimică din care rezultă o soluție acidă, acid sulfuros.
SO2 + H2O H2SO3
Reacția cu carbidul sau carbura de calciu – CaC2 duce la formarea acetilenei, substanță organică utilizată la sudarea și tăierea metalelor în suflătorul oxiacetilenic:
CaC2 + 2H2O HCCH + Ca(OH)2 + Q
1.4.4. Acțiunea apei asupra sărurilor
În unele săruri, apa poate deplasa un acid sau o bază mai slabă, decât ea.Apa poate avea rol catalitic în numeroase reacții.
1.5. Circuitul apei în natură
Rezerva totală de apă existentă în natură este de 1 370 milioane km. Aceasta se repartizează astfel:
rezerva de apă dulce este de 500 000 – 1 milion km, aceasta găsindu-se în fluvii, lacuri, ape subterane; iar 25 milioane km de apă dulce se află în calotele glaciare.
rezerva de apă în atmosferă este de 50 000 km, aceasta găsindu-se în vapori și nori.
apa provenită din precipitații este de 120 000 km de apă anual.
anual se evaporă 500 000 km de apă.
Circuitul apei în natură este un proces complex, în urmărirea căruia trebuie să se țină cont de trei factori mai importanți, și anume:
localizarea diferitelor forme de apă
trecerea apei între diversele stadii de cazare
sectoarele consumatoare de apă.
O serie de calcule efectuate au arătat că pe timp de un an, 1m de suprafață terestră primește aproximativ 1 milion de kilocalorii din eneregia solară, căldură capabilă să vaporizeze un strat de apă cu grusimea de 1 – 1,30 metri. Vântul este acela care după evaporare asigură circulația și repartiția vaporilor de apă în atmosferă.
În funcție de temperatură și de gradul de saturație al aerului, apa poate condensa în particule foarte fine – ceața, sau în particule mai grosiere, lichide sau solide – norii. În condiții prielnice, norii dau naștere la precipitații care cad pe suprafața pământului sub formă de ploaie, grindină sau zăpadă.
O parte din apa de precipitație cade în fluvii, mări și oceane, de unde reîncepe ciclul de evaporare, însă altă parte din apa condesată ajunsă pe uscat, urmează căi diferite.
Astfel, aproximativ o pătrime formează șuvoaie sau torenți, se scurge prin pâraie, râuri, fluvii și ajunge în mări și oceane. Aproximativ jumătate din apa de precipitații, după atingerea uscatului încălzit, se evaporă imediat, în special în locurile în care această apă nu poate fi transportată în mări și oceane, cum este cazul deșerturilor. La această apă evaporată se adaugă și cea provenită din transpirația plantelor și animalelor.
O altă parte din apa căzută pe uscat, aproximativ 25%, se înfiltrează în sol, ridicând nivelul apelor freatice sau mărind debitul izvoarelor subterane. De asemenea, în afară de faptul că apa poate fi cazată în sol prin capilaritate sau evaporare în cavități, ea poate forma mici râuri subterane.
Trebuie amintit și faptul că o foarte mică fracțiune din apele de precipitații cade pe sol sub formă de zăpadă, care se topește sau care formează ghețarii.
În afară de infiltrație, apele subterane pot să mai fie ape fosile, conservate în strate geologice etanșate și ape juvenile, sintetizate în profunzimea scoarței terestre.
Sub acțiunea energiei solare care evaporă un volum enorm de apă și a mișcărilor atmosferice care antrenează norii, apa circulă intre diferitele compartimente (oceane, sol, atmosferă). Cea mai mare parte a precipitațiilor cade pe mări și oceane, iar o parte mult mai mică, pe suprafața pămantului.
Apa care circulă este tot timpul aceeași, dar sub stadii fizice schimbatoare: apă lichidă, vapori, apă solidă (zăpadă, gheață), cu o compoziție chimică variabilă, in funcție de rezervoarele de acumulare, si chiar de la un punct la altul in cazul rezervorului continental. In ciuda părerilor diferite si a proprietăților schimbătoare ale apei la nivel global, rezerva totală de apă pe Pămant este constantă. Perenitatea resurselor continentale, este tributară rezervei oceanelor si fenomenelor climatice care mobilizează această rezervă si o repartizează inegal pe continente. Aceasta este noțiunea de ciclu al apei.
Figura de mai jos ilustrează faptul că excedentul evaporat de pe suprafața oceanelor este egal cu excedentul scurs pe continente. Prin urmare, această situație ilustrează caracterul re-înnoitor al apei care cade pe continente si care alimentează resursele de apă de suprafață si subterană.
Fig. 9. Circuitul apei în natură
În figura 8, au fost făcute următoarele abrevieri:
P = precipițatii căzute pe pămant, respectiv in oceane
I = apă evaporată din pămant,
Q = 30 mii km3 excedent de apă către ocean.
E = apă evaporată de pe suprafața oceanelor
D = 30 mii km3 excedent de apă către continent
1.6. Utilizările apei
Apa are un rol esențial în întreținerea vieții. În organism apa intră în compoziția organelor, țesuturilor și lichidelor biologice. Ea dizolvă și transportă substanțele asimilate și dezasimilate; menține constantă concentrația sărurilor în organism și, evaporându-se pe suprafața corpului, ia parte la reglarea temperaturii.
Apa contribuie la fenomenele osmotice din plante și are o deosebită importanță în procesul de fotosinteză.
Apa are o multitudine de utilizări. Ea se întrebuințează la:
– prepararea soluțiilor, fiind cel mai cunoscut solvent;
– obținerea oxigenului și hidrogenului prin electroliză;
– prepararea celor mai importanți acizi anorganici;
– producerea energiei electrice;
– spălat, albit, colorat.
1.6. Clasificarea apelor
Există mai multe tipuri de ape:
a) Apa potabilă:
Apa potabilă, provenită în general din surse de apă de suprafață sau subterane (foarte rar din alte surse), a devenit un element de confort al omului atât de uzual încât nu se mai acorda atenția cuvenita beneficiilor aduse de aceasta. În afara facilităților casnice pe care le are apa, prin folosirea ei la domiciliu (pentru igienă, pentru evacuarea deșeurilor casnice, spălarea și curățarea obiectelor, etc), apa potabilă de calitate corespunzătoare poate duce la eliminarea unor maladii.
Calitatea apei potabile, în România, este reglementata de Legea nr. 458/2002, care transpune Directiva 98/83/CEE privind apa potabilă.
În această lege sunt preluate toate prevederile Directivei, inclusiv anexele:
este definită apa destinată consumului uman – apa potabilă;
este introdusă cerința de apă curată si sanogenă;
sunt stabiliți parametrii de calitate, valorile acestora și metodele de analiză și criteriile de validare a metodelor;
sunt stabilite autoritățile competente pentru monitorizare;
sunt stabilite autoritățile si responsabilitătile lor privind informarea populației;
sunt stabilite responsabilitățile si cerințele de elaborare a raportului periodic.
O apă, pentru a fi bună de băut trebuie să îndeplinească următoarele condiții: sa fie limpede, fără culoare, fără miros, să conțină aer dizolvat și cantități mici de săruri, până la o concentrație de 0,5% mai ales NaCl si NaHCO, circa 600 mg/l;să aibă o temperatură între 8 si 12 grade C, și să nu conțină bacterii patogene. Apa potabilă se obține la sate, din izvoare si fântâni, iar la oraș din apa râurilor, care trebuie purificată. Purificarea se face în trei feluri: mecanic,chimic și fizic.
Totodată, trebuie cunoscut faptul că monitorizarea calității apei potabile se face de către Ministerul Sănătății și Familiei, prin Direcțiile de Sănătate Publică (DSP) conform Legii nr.100/1998 privind asigurarea sănătății publice. Monitorizarea calității apei potabile se realizează, in prezent, conform Ordinului ministrului sănătății nr.1193/1996. DSP efectuează monitorizarea calitătii apei potabile distribuită populației de catre toate sistemele publice (inclusiv cele ce nu aparțin administrațiilor publice locale) și din fântânile publice.
Programul de monitorizare se face, in prezent, după urmatoarea schemă:
Se monitorizează conform schemei numai următorii parametri:
Microbiologici: coliformi totali, coliformi fecali, streptococi fecali,
Clorul rezidual,
Gust, culoare, miros, turbiditate,
Duritate totală, oxidabilitate, amoniac, nitriți, nitrați, (fier, hidrogen sulfurat – doar acolo unde aceste substante se gasesc în sursă), aluminiu (acolo unde se foloseste în procesul de tratare);
Se monitorizeaza limitat ca teritoriu si frecvență:
Plumb,
Pesticide,
Trihalometani.
Probele se prelevează la ieșirea din stația de tratare, în rețeaua de distribuție si de la robinetul consumatorului.
b) Apa industrială: se folosește la alimentarea cazanelor cu abur, la răcirea masinilor, precum și în diverse procese de fabricație. Ea trebuie să îndeplinească anumite condiții de puritate cerute de specificul industriei în care este folosită.
c) Apa dură: conține un procent ridicat de săruri de calciu și de magneziu. Apa dură nu este bună de băut, având un gust neplăcut, nu face spumă cu săpunul și nu fierbe bine legumele. Ea depune prin fierbere, pe pereții vaselor, o crustă aderentă, care micșoreaza transmisia căldurii, determinând astfel o creștere a consumului de combustibil.
d) Apa pură: Se știe că în natură nu există apă pură deoarece conține substanțe dizolvate, microorganisme, etc. Apa pură se obține prin distilare. În acest scop, se folosește un aparat de distilare în care, apa distilată se transformă în vapori prin fierbere, iar vaporii rezultați se condensează prin răcire. Apa distilata nu este bună de băut deoarece nu conține săruri minerale și de aceea nu are nici gust. Apa distilată se intrebuințează în laboratoarele de chimie la prepararea soluțiilor apoase și în farmacie.
e) Apa distilată : se obține în aparate speciale, fiind utilizată în industria farmaceutică.
f) Apa bidistilată: este complet lipsită de impurități. Se obține prin distilarea apei distilate în vase de sticlă în care se adaugă KOH. Acest reactiv distruge microorganismele si urmele de substanțe organice aflate în apă. Este întrebuințată la analize chimice speciale, în cercetări științifice și în industria medicamentelor.
g) Apa de barită: este denumirea folosită pentru o soluție saturată de hidroxid de bariu. Se întrebuințează ca reactiv în laborator la identificarea dioxidului de carbon.
h) Apa de brom: este denumirea folosită pentru o soluție obținută din dizolvarea bromului în apă. Se întrebuințează ca oxidant în laborator.
i) Apa de clor: este obținută prin dizolvarea clorului în apă. Apa de clor conține și clor elementar, dizolvat chimic. Din această cauză, apa de clor proaspăt preparată are culoarea galbenă. În timp sau mai repede, sub acțiunea luminii solare, acidul hipocloros se descompune, cu punere în libertate de oxigen. Echilibrul este astfel deplasat spre dreapta și întreaga cantitate de clor poate intra în reacție. Din această cauză, apa de clor trebuie păstrată la întuneric. Apa de clor este un oxidant puternic. Atacă toate metalele la rece.
j) Apa de cristalizare: este apa care intră în compoziția cristalohidraților. Poate fi legată în mod diferit și poate îndeplini funcții diverse.
k) Apa de hidrogen sulfurat: denumire folosită pentru o substanță apoasă saturată de hidrogen sulfurat.
l) Apa de plumb: denumire folosită pentru soluția de acetat de plumb. Este întrebuințată în medicină.
m) Apa regală: denumire folosită pentru amestecul de acid clorhidric concentrat si acid azotic concentrat, în raport de 3:1. Atacă aurul și platina, rezistente față de alți acizi.
n) Apa amoniacala: este o fracțiune lichidă rezultată la distilarea uscată a cărbunilor de pământ.
o) Apa pirolignoasă: este o fracțiune lichidă rezultată la distilarea uscată a lemnului.
p) Apa tare: denumire științifică a soluției de HNO3, de concentrație 69 % . În practică, denumirea este atribuită și soluției de HCl, folosită de exemplu la obținerea „apei de lipit” prin dizolvarea zincului.
r) Apa grea: este sinonim cu oxidul de deuteriu – DO , apă în compoziția căreia intră izotopul greu al hidrogenului, deuteriul.
Deuteriul a fost descoperit de chimistul american Harold Urey în 1932, fiind primul izotop separat în formulă pură dintr-un element . S-au dezvoltat mai multe metode pentru separarea izotopului din hidrogenul natural. Cele mai des utilizate două metode sunt distilarea fracțională, și un proces de schimb catalitic între hidrogen și apă. În ultima metodă, în care apa și hidrogenul sunt unite în prezența unui catalizator corespunzător, în apă se formează de trei ori mai mult deuteriu decât în hidrogen.
Deuteriul, este un izotop stabil, neradioactiv al hidrogenului, cu masă atomică 2,01363 și simbolul D sau 2H. În mod obișnuit se numește hidrogen greu, deoarece masa sa atomică este dublă față de hidrogen, dar are proprietăți chimice identice. Deuteriul are masă dublă deoarece atomul lui conține un proton și un neutron, în loc de numai un proton.Hidrogenul din natură conține aproximativ 0,02 % deuteriu. Punctul de fierbere al deuteriului este mai înalt decât al hidrogenului obișnuit.
Apa grea (D2O) fierbe la 101,420 C, față de 1000 C a apei obișnuite. Ea îngheață la 3,810 C față de 0o C pentru apa obișnuită. Densitatea apei grele la temperatura camerei este cu 10,79% mai mare decât a apei obișnuite. Masa moleculară este 20,01 g. Se găsește în proporții foarte mici în apa obișnuită. Astfel, în 200 l apă obisnuită, se poate găsi abia 1 ml apă grea. Din punct de vedere chimic, apa grea reacționează mai încet decât apa ușoară și reacțiile ce se petrec în apa ușoară sunt mai rapide decât în apa grea. De fapt, deuteriul reacționează mai încet decât hidrogenul ușor. Solubilitatea este mai mică în apa grea decât în apa ușoară. Indicele de refracție este mai mic, dar vâscozitatea este mai mare. Efectele fiziologice ale apei grele sunt și ele deosebite de cele ale apei ușoare. Apa grea este puțin favorabilă vieții: nu favorizează germinarea și nici creșterea plantelor, micșorează funcționarea normală a protoplasmei. Se obține prin electroliza înaintată a apei tratate cu NaOH. O concentrație mai mare de apă grea în apa de băut produce omului sete intensa, deshidratarea organismului și în final moartea. Viermii, peștii și alte viețuitoare acvatice mor în apa grea pură, dar suportă o concentrație mai mică de 32 %. Principalele utilizări ale apei grele sunt: agent termic și moderator de neutroni în reactoarele atomice; sursa principală de obținere a deuteriului prin electroliză; obținerea bombelor; obținerea temperaturilor înalte(mii de grade) a plasmei, determinarea unor procese biochimice.
s)Apa supergrea : este sinonim cu oxidul de titriu –T2O, apă în compoziția căreia intră izotopul supergreu al hidrogenului, tritiul. Tritiul este un izotop radioactiv al hidrogenului cu masa moleculară 3 și simbolul 1H3 sau T. Nucleul tritiului conține un proton și doi neutoni și are masa atomică de 3,016049. Emite radiații beta și se transformă într-un nucleu de heliu cu masa 3. Are perioada de înjumătățire de 12,26 ani.Tritiul se produce prin mai multe metode incluzând bombardarea deuteriului cu particule de înaltă energie și absorbție de neutroni de către izotopul de litiu.
1.7. Directiva Cadru privind apa 2000/60/EC
Directiva Cadru privind Apa (2000/60/EC) reprezintă o abordare ambițioasă și inovativă a Uniunii Europene în domeniul managementului apelor, elementele legislative cheie ale directivei referindu-se la:
protejarea tuturor apelor, indiferent de tipul acestora – râuri, lacuri, ape maritime costiere sau ape subterane,
identificarea și realizarea de obiective care să contribuie la îndeplinirea calificativului de „ape bune” pentru toate apele, până în 2015,
cerințele pentru cooperarea transfrontieră între țări și între toate părțile implicate,
asigurarea participării active în desfașurarea managementului resurselor de apă a tuturor factorilor responsabili, inclusiv a organizațiilor neguvernamentale și a comunităților locale,
crearea de politici de valorificare financiară a apelor, și asigurarea aplicării efective a principiului „poluatorul plătește”.
Directiva Cadru privind Apa cere ca toți partenerii dintr-un bazin hidrografic să administreze împreună apele din bazin, în strânsă cooperare. Astfel, țările trebuie să-și realizeze Planuri Comune de Management la nivel de Bazin Hidrografic, cu măsuri care să asigure că obiectivele Directivei Cadru vor fi îndeplinite în termenele impuse. Planurile vor fi elaborate și implementate la nivel de bazin hidrografic, care, în interpretarea prezentei directive, este reprezentat de unitatea geologică și hidrologică ce aduce la un loc interesele celor din amonte și ale celor din aval, atât la nivelul autoritatilor locale, regionale și naționale, precum și a sectorului de afaceri, a comunităților locale și a organizațiilor neguvernamentale.
În esență, Directiva Cadru privind Apa urmărește să creeze o solidaritate în ceea ce privește managementul apelor la nivel de bazin hidrografic.
Directiva încurajează implicarea cetățenilor în protejarea și managementul apelor; reprezentând o combinație între grupurile de cetățeni și administrațiile ce participă la realizarea legislației.
Urmează elaborarea unui Plan de Management la nivel de Bazin Hidrografic, care va include o analiză a caracteristicilor bazinului, o trecere în revistă a impactului activităților umane asupra apei, precum și o analiză economică a folosințelor de apă. Apoi vor fi adoptate si implementate măsurile rezultate, lucrând împreună cu administratorii folosințelor și cu utilizatorii.
Această cooperare între autorități, administrații publice, comunități locale și organizații neguvernamentale etc, de-a lungul tuturor fazelor implementării directivei – este crucială, pentru a se asigura că întregul proces se desfașoară în mod eficient și transparent. Această implicare trebuie să continue astfel încât să existe o balanță a intereselor între calitatea mediul înconjurator și cei ce depind de acesta.
Modul în care Directiva Cadru privind Apa va fi implementată este unic. Implementarea se bazează pe participarea tuturor celor interesați. De asemenea, oferă Uniunii Europene, Statelor Membre, Statelor Candidate și tuturor celor implicați – o șansă fără precedent pentru crearea unui nou parteneriat care să coordoneze procesul și să asigure o implementare coerentă și efectivă.
Prevederile directivei sunt complexe și de durată, și a fost general recunoscut faptul că implementarea va fi sprijinită în mod deosebit de elaborarea Ghidurilor tehnice acoperind o arie largă de aspecte tehnice. Această provocare a fost luată în considerare în cadrul Strategiei de Implementare Comună a Directivei Cadru privind Apa, elaborată în comun de Statele Membre și Comisia Europeană, și aprobată în luna mai 2001.
Cap.2. POLUAREA APELOR
2.1. Introducere
Una din legile predominante ale naturii în modelarea Universului este legea echilibrului, care poate fi observată de la o reacție chimică de laborator și până la marea lege a atracției universale. Deosebit de evidentă apare această lege dacă se studiază evoluția viețuitoarelor.
Ființele vii s-au dezvoltat, au trăit și s-au perfecționat într-un mediu fizico-chimic dat, unele în raport cu altele, adică s-au supus legii echilibrului biologic. Specia umană nu poate trăi în afara acestor condiții de echilibru, dar datorită capacității ei de a raționa, a căutat să-și apropie și să perfecționeze factorii favorabili vitalității și să lupte împotriva factorilor nefavorabili.
Pe o anumită treaptă de dezvoltare, omul și-a dat seama că însăși deșeurile vieții fiziologice sunt toxice pentru organism și că acestea contribuie la înmulțirea dușmanilor omului, așa cum sunt microbii. Civilizația a adus odată cu ea o nouă concepție asupra conviețuirii în comun și prin măsurile igienice individuale sau de grup a eliminat în bună parte pericolul deșeurilor din mediul ambiant.
În secolul XX, reziduurile subzistenței grupurilor omenești încetează să mai fie numai cele fiziologice, și din păcate, acestora li se adaugă în progresie geometrică reziduurile provenite din activitatea industrială a omului contemporan. Produsele industriale, fie accidental, fie cel mai adesea din cauza destinării lor, tind să altereze fizic și chimic mediul natural pe care l-au modelat erele geologice. Este ușor de înțeles că specia umană, cu toată superioritatea ei intelectuală, riscă să se găsească plasată în condiții contrare acelora care-i asigură o comportare normală, echilibrele biologice pot să se rupă, procesele fiziologice intime pot să fie blocate datorită intervenției unor factori pur artificiali.
Poluarea nu este un fenomen de neînlăturat, omul având în condițiile științei și tehnicii actuale, posibilitatea de a o limita. Pentru aceasta, e nevoie de :
norme adecvate de testare și caracterizare a apelor
personal calificat pentru controlul periodic al apelor
organizarea bazinelor hidrografice
legislație corespunzătoare
propagandă în sprijinul ocrotirii apelor.
Toate aceste deziderate sunt astăzi îndeplinite în țara noastră. Sunt reglementate și stabilite prin lege categoriile de apă care intră în uzul economiei. Se alocă fonduri importante pentru pregătirea personalului destinat controlului periodic al apelor, pentru organizarea sistemelor de epurare. Dispunerea instalațiilor industriale și organizarea bazinelor hidrografice în mod corespunzător, potrivit cerințelor economice și sociale, se face respectându – se legislația privind protecția mediului înconjurător, care are în vedere conservarea și utilizarea rațională a resurselor naturale, prevenirea și combaterea poluării. De asemenea, trebuie să se asigure formarea unei opinii de masă în scopul cunoașterii de către toți cetățenii a necesității protejării mediului înconjurător împotriva agenților poluanți, informarea largă a publicului asupra fenomenelor de poluare a mediului înconjurător și a măsurilor ce trebuie luate pentru înlăturarea lor.
2.2. Istoricul poluării apelor
Poluarea afecteză în egală măsură apa, aerul și solul, cu consecințe nefaste asupra întregului regn vegetal și animal.
Poluarea apelor afectează calitatea vieții la scara planetară. Poluarea apei nu înseamnă afectarea “apei pure”, care, în cadrul natural nu există de fapt, ci introducerea sau prezența în apă a oricărei substanțe capabile să-i altereze calitatea, atât în ceea ce privește folosințele alimentare, menajere sau economice, cât si în privința florei si faunei. Modificările sunt de ordin fizic, chimic, biologic sau chiar bacteriologic.
Dezvoltarea civilizatiei moderne a antrenat o poluare crescânda a apei, fenomen care poate atinge chiar si pânza freatică datorită celor mai diverse substanțe provenind din efluenți industriali și urbani, din substanțe folosite pentru chimizarea agriculturii din zootehnie, etc. Consumarea apei impurificate antrenează tulburări digestive, hepatice sau de altă natură, poate avea efecte cancerigene, etc.
În cele mai multe țări industrializate, 80-90% din problemele poluării apei au apărut în anii 50. Într-o primă etapă, a a predominat impurificarea datorată apelor uzate evacuate de centrele populate, mai ales prin nocivitatea substanțelor organice. În prezent, în țările dezvoltate, ea este provocată în primul rând de apele industriale cu o nocivitate complexă, cu un conținut de substanțe organice sau anorganice greu degradabile pe cale biologica. De asemenea, impurificarea cu uleiuri minerale și reziduri petroliere a luat o mare amploare, datorită atât evacuarii de ape uzate cu aceste nocivități specifice, cât și pierderilor accidentale ce se produc cu ocazia transportului și depozitării hidrocarburilor. Poluarea cu hidrocarburi este predominantă, îndeosebi în apa marină, dar este din ce în ce mai frecventă în cazul apelor dulci, continentale. Profesorul Zimmerman de la Universitatea Saarbrucken a calculat, de exemplu, că un singur litru de țiței poate face inutilizabili un milion de litri de apă, adică consumul unei familii de patru persoane în decurs de 20 de ani.
Apele continentale sunt supuse unui proces de degradare care îl depașește cu mult pe cel caracteristic mărilor. Aproape nu mai există țară în care râurile și lacurile să nu fie poluate. Acesta este un fenomen deosebit de grav, pentru că, prin complexicitatea utilizării lor, resursele de apă ale uscatului sunt realmente, vitale pentru societatea omenească. Secole de-a rândul, apa de băut era obținută direct din râuri. În antichitate, împăratul Iulian spunea despre Sena că “este foarte curată și de aceea, eu și soldații mei bem apa cu plăcere”. La sfârșitul secolului al XVIII-lea, parizienii mai obțineau încă apă potabilă din Sena, fără a fi supusă vreunui tratament special, iar cursul inferior al aceluiași râu era renumit pentru abundența de pește. În prezent însă, apele acestui râu sunt foarte poluate, asemeni altor râuri și fluvii.
În scopul combaterii poluării, este necesar ca apele reziduale rezultate din procesele tehnologice să fie neutralizate înainte de deversare. De asemenea, în cazul în care a avut loc o scurgere accidentală de produse petroliere cum ar fi motorină, păcură, trebuie realizată absorbția petrolului ce plutește pe suprafața apei fie cu ajutorul unor pompe speciale, fie cu ajutorul unor substanțe hidrofile, după care se recurge la împrăștierea pe suprafața apei a unor amestecuri pe bază de aluminiu, ce provoacă și mențin arderea petrolului, chiar în apă.
2.3. Cauzele poluării apelor
Poluarea apelor poate fi cauzată de mai mulți factori :
– scurgeri accidentale de reziduuri de la diverse fabrici, dar și deversări deliberate a unor poluanți
– scurgeri de la rezervoare de depozitare și conducte de transport subterane, mai ales produse petroliere
– pesticidele și ierbicidele administrate în lucrările agricole care se deplasează prin sol fiind transportate de apa de ploaie sau de irigații până la pânza freatică
– îngrășămintele chimice și scurgerile provenite de la combinatele zootehnice
– deșeurile și reziduurile menajere
– sarea presărată în timpul iernii pe șosele, care este purtată prin sol de apa de ploaie și zăpada topită
– depunerile de poluanți din atmosferă, ploile acide.
2.4. Clasificarea poluanților
Există mai multe tipuri de poluanți :
a) poluanți de natură fizică :
depunerile radioactive
ape folosite în uzine atomice
deșeuri radioactive
ape termale
lichide calde provenite de la răcirea instalațiilor industriale sau a centrelor termoelectrice și atomoelectrice.
b) poluanți de natură chimică :
mercurul care poate proveni din : deșeurile industriale, inhalarea vaporilor ca urmare a unor scăpari accidentale determinate de deteriorarea unor termometre sau tuburi fluorescente, ingerarea accidentală de compuși anorganici, deversările unor uzine producătoare de fungicide organomercurice.
azotații proveniți din: îngrășăminte chimice, detergenți, pesticide organofosforice.
cadminiul provenit din : ape în care s-au deversat reziduuri de cadminiu sau provenit din aerosoli.
plumbul provenit din : evacuările uzinelor industriale, gazele de eșapament ale autovehiculelor, manipularea greșită a tetraetilplumbului folosit ca activ antidetonant la benzină.
zincul provenit din : apă sau băuturi cu conținut de zinc, ingerarea accidentală a unor săruri sau oxizi ai acestuia (vopsele), dizolvarea de către soluții acide a zincului din vase, din deșeuri sau scăpări industriale.
hidrocarburile provenite din: gazele de eșapament ale autovehiculelor, scurgerile de țiței, arderea incompletă a combustibililor fosili (cărbuni, petrol și gaze naturale), arderea incompletă a biomasei (lemnul, tutunul), fumul de țigară.
pesticidele, insecticidele, fungicidele provenite din : apele reziduale de la fabricile de produse antiparazitare, pulverizările aeriene, spălarea unor substanțe de către apa de ploaie de pe terenurile agricole tratate, detergenți.
c) poluanți de natură biologică :
microorganismele patogene
substanțele organice fermentescibile.
2.5. Poluanți organici persistenți
Poluanții organici persistenți sunt substanțe chimice care:
au calități otrăvitoare, extrem de periculoase;
au grad înalt de rezistență la degradare și de acumulare în organismele vii și mediul înconjurător;
pot fi ușor transportate în atmosferă la distanțe mari și se depun departe de locul de emisie;
pot dăuna sănatății umane și mediului înconjurător, fie aproape sau departe de sursele lor.
Se cunosc 12 poluanți organici persistenți cu proprietăți toxice, care influențează negativ
asupra organismelor vii. Ei sunt grupati astfel:
pesticide: aldrina, dildrina, diclor-difenil-tetracloretanul (DDT), heptaclorul, mirexul, clordanul, taxofena, endrina;
substanțe chimice industriale: hexaclorbenzolul (HCB) – se utilizează și în calitate de pesticid, policlorbifenilul (PCB);
produse secundare de la ardere: dioxinele, furanii.
Concentrații de pesticide și alte substanțe organice persistente sunt depistate în majoritatea bazinelor acvatice, în râuri, mări și oceane. Acești compuși sunt depistați și în apa de ploaie, precum și în cea provenită de la topirea ghețarilor de munte. În concentrații mici, poluanții organici persistenți nu influențează în mod direct calitatea apelor și aspectul lor. În cazul unor cantități mai mari ale acestora, apa capătă un miros specific, caracteristic tipului dat de pesticide. Ca rezultat al proceselor de migrare, pesticidele împreună cu apele de ploaie se infiltrează în apele freatice și chiar în cele arteziene. Depunerile de pe fundul lacurilor conțin, de regulă, cantități mai mari de pesticide decât apa din bazin.
Principalele surse de poluare a mediului cu poluanți organici persistenți sunt:
intreprinderile industriei chimice;
depozitele de pesticide rămase făra stăpân și distruse;
stocurile de chimicale sub cerul liber, aruncate în rape sau înhumate;
instalațiile energetice de putere și condensatoarele cu conținut de uleiuri contaminate;
locurile de depozitare autorizate a deșeurilor;
fabricile de ardere a deșeurilor, în cazul când acestea nu respectă cerințele tehnologice;
fabricile pentru pregătirea asfaltului, fără instalații de captare a substanțelor nocive;
intreprinderile neautorizate de producere a materialelor de construcție;
transportul.
2.6. Tipuri de poluare
Există două tipuri de poluare : poluare naturală, cauzată de factori de natură chimică și biologică, condiționați de factorii fizici, fără intervenția omului iar al doilea tip de poluare este poluarea artificială care apare ca și o consecință a activității umane.
2.6.1. Poluarea naturală
Anumite procese naturale pot cauza modificări de natură fizică, chimică și biologică în ape, iar în cazul în care au o durată și o intensitate ce depășesc anumite limite, pot determina procesul de poluare cu produși specifici în exces. Astfel, precipitațiile în exces și îndelungate antrenează de pe sol în apele de suprafață resturi organice care, după sedimentare, se descompun prin fermentație bacteriană, dând compuși toxici cum sunt : metanul, hidrogenul sulfurat, amoniacul, acidul azotos. Deși astfel de substanțe se pot oxida și neutraliza, pentru un anumit timp ele provoacă neajunsuri organismelor din apă și modifică însușirile apei.
Factorii care agită apele lacurilor pot avea în unele cazuri intensități atât de mari încât apa poate fi amestecată pe toată adâncimea, iar substanțele toxice rezultate în procesele anaerobe de descompunere a materiilor organice de la fund ajung în păturile superficiale, provocând modificarea mediului. Astfel de ape, dacă ajung în râuri, produc poluarea acestora. În lacuri este frecvent fenomenul de „înflorire“ a apei, adică de dezvoltare intensă a unor organisme cum sunt : fitoflagelatele, algele albastre, bacteriile. Acestea, întâlnind în mediu condiții optime de dezvoltare, se înmulțesc rapid, iar în urma activității lor metabolice sau după moarte, eliberează produși organici care sunt descompuși cu eliberare de toxine. Anumite organisme eliberează în ape substanțe „ectocrine” cum ar fi clorelina și scenedesmina. Asemenea substanțe inhibă dezvoltarea altor organisme, acționând asemănător cu antibioticele. Asemenea substanțe sunt eliberate în special de fitoplancton. În zonele de „înflorire” a apelor, mediul suferă schimbări atât în ceea ce privește compoziția chimică cît și în privința calităților sale organoleptice. Apele astfel degradate nu pot fi utilizate în scopuri economice, fiind toxice.
Râurile sunt poluate adesea și de apele provenite din turbării. Aceste ape au un pronunțat pH acid și sunt încărcate cu acizi humici și alți produși toxici.
Poluarea naturală a apelor are un caracter temporar și se manifestă pe suprafețe restrânse. Efectele sale sunt contracarate de sistemele tampon ale apelor și de intervenția unor factori de natură fizică și biologică prezenți în mediu. Poluarea naturală nu prezintă în ansamblul său un pericol potențial imediat pentru umanitate.
2.6.2. Poluarea artificială
Poluarea artificială se deosebește de cea naturală atât din punct de vedere cantitativ cât și din punct de vedere calitativ. Cantitățile de substanțe care ajung în ape sub forma deșeurilor sunt imense. Substanțele care ajung în apă pot aparține categoriei de substanțe organice, cum sunt resturile provenite din prelucrarea materiei organice și din industria de sinteză. O altă categorie de substanțe care pot ajunge în apă sunt cele anorganice, cum sunt acizii, bazele, sărurile metalelor feroase și neferoase. Nu toate acestea sunt toxice, dar acizii și bazele modifică pH-ul apelor, iar sărurile metalelor grele sunt toxice.
Poluarea artificială nu se datoreză numai substanțelor amintite mai sus. Sunt de asemenea poluante și substanțele suspensoide provenite de la flotații și rumegușul provenit de la fabricile de cherestea. Deversarea în apă a unor substanțe care conțin germeni patogeni duce la poluarea biologică artificială. Sunetul este de asemenea poluant. Acesta poate să distrugă organismele planctonice fragile de la suprafața apei, periclitând echilibrul biologic al acestora. De asemenea, apele instalațiilor de răcire, având temperaturi diferite față de cele din mediu, sunt un factor de poluare termică artificială.
Poluarea industrială este domeniul economic care utilizează cele mai mari cantități de apă și totodată, este și sursa cea mai importantă de poluare.
Industria extractivă evacuează în ape suspensii rezultate în procesele de flotare, cât și produși secundari rezultați din arderea combustibililor primari. Suspensiile se depun în albia râurilor, înăbușind fauna și flora bentonică.
Siderurgia utilizează mari cantități de apă. Apa reziduală eliminată din această industrie este încărcată cu produși dăunători.
Industria chimică, extrem de diversificată, utilizează o mare cantitate de apă. Atât uzinele de acizi, cât și cele producătoare de produse clorosodice și de medicamente, contribuie mult la poluare. Fabricile de îngrășăminte și insecticide elimină de asemenea mari cantități de substanțe în mediu, substanțe care adesea sunt toxice.
Industria petrochimică poluează apele cu fenoli, un produs deosebit de periculos. Apele poluate cu doze mici de fenol nu pot fi utilizate pentru alimentări cu apă potabilă. Pe lângă fenol, mai sunt eliminați și alți produși sintetici și radicali organici.
Industria alimentară este sursa principală de poluare a apelor cu substanțe organice. Această industrie utilizează mari cantităși de apă pentru spălarea produșilor și a agregatelor industriale. Această apă se încarcă cu substanțe organice, care prin putrefacție dau produși toxici periculoși.
Transporturile contribuie de asemenea la degradarea mediului hidric. Gazele de eșapament ajung cu timpul în apă. Produșii de ardere ai motoarelor din atmosferă pătrund în apă în urma ploilor.
Industria și transporturile constituie principala sursă de poluare a mediului. Cerințele obiactive ale societății moderne impun dezvoltarea lor. Omenirea încearcă să găsească cele mai eficiente metode de limitare a poluării industriale.
Poluarea urbană intervine și ea în poluarea apelor. Marile aglomerări urbane reprezintă o sursă continuă și masivă de poluare. Apele menajere care se scurg prin sistemul de canalizare au o încărcătură considerebilă în materii organice și anorganice, germeni patogeni și uneori și substanțe farmaceutice și chimice eliminate din laboratoare. În orașe există și instalații care utilizează izotopi radioactivi, acestea contribuind la poluarea radioactivă a apei. Gunoiul menajer care se adună în cantități mari constituie o problemă deosebită pentru orașe. Adesea, chiar dacă nu direct, produșii de dezagragare ai acestuia ajung cu timpul în apă și de aici în circuitul general al acesteia. Orașele poluează apa și termic deoarece apa de canalizare are temperatură diferită de cea a râurilor în care ajunge.
Poluarea agricolă are efecte și asupra apelor. Agricultura utilizează o mare cantitate de îngrășăminte, insecticide, fungicide care ajung pe sol, iar de aici ajung în pânza freatică prin intermediul torenților sau al ploilor. Instalațiile zootehnice sunt surse directe de poluare. Scurgerile de la crescătoriile de animale poluează râurile pe distanțe mari de la locul de plasare.
Așadar, nu există vreun domeniu de activitate al omului care să nu aibă un anumit rol în poluarea apei. Poluarea reprezintă un mare pericol în menținerea echilibrului ecologic și pentru omenire.
2.7. Efectele poluării apelor
Poluarea are următoarele efecte:
periclitarea alimentării cu apă potabilă
scumpirea instalațiilor de filtrare și tratare a apei
împiedicarea folosirii directe a apei în irigații
afecterea stării de sănătate a omului și a animalelor
degradarea albiei apelor curgătoare
distrugerea echilibrului biologic natural al apelor și chiar întreaga viață din ele.
2.8. Consecințele biologice ale poluării
Substanțele poluante din ape au în majoritatea lor, efecte toxice, directe sau indirecte pentru organismele acvatice. Fenolii, sărurile metalelor grele, compușii cianhidrici, hidrogenul sulfurat, produsele clorosodice, detergenții, îngrășămintele, acționează direct asupra organismelor din apă. Alte substanțe, printre care și cele organice, dau naștere la produși toxici secundari, rezultați în procesele de descompunere anaerobă.
Toxinele acționează asupra organismelor vii, începând cu nivelul individual și terminând cu biocenoza. Efectul este în funcție de doză. Substanțele toxice afectează în ultimă instanță metabolismul, dar până aici intervin o serie de reacții ale organismului în diracția apărării față de poluant.
Indivizii se comportă specific la acțiunea poluanților. Astfel, unele secretă mucus la suprafața tegumentului, altele concentrează și elimină substanțele toxice prin organe specializate, iar altele părăsesc zona infestată. Nu toți indivizii răspund în același mod la o anumită cantitate de toxină. Astfel se poate ajunge la diminuarea numărului indivizilor unei specii și dezvoltarea exagerată a unor indivizi aparținând unei alte specii, capabile să reziste la acțiunea toxicului, sau chiar să fie indiferente față de acesta. Apele murdare au asociații tipice de organisme, numite saprobionte, care trăiesc în mediul poluat. Saprobiontele joacă un rol important în purificarea apelor de substanțele organice ajunse aici.
Toxicitatea este influențată de o serie de factori, cum ar fi: interacțiunea dintre toxice, temperatura, conținutul în oxigen, pH – ul, sărurile minerale, lumina, viteza curentului apei, tirbiditatea. De asemenea, toxicitatea unei anumite substanțe variază de la un grup la altul de organisme, de la o specie la alta și chiar de la un individ la altul. Intoxicarea se poate produce acut, adică rapid, sau din contră, acțiunea toxicului se acumulează treptat, producându – se intoxicarea cronică. Metodele actuale de determinare a consumului de oxigen și prin aceasta a metabolismului, sunt de o mare importanță în studiile de toxicologie acvatică.
Încărcarea apelor cu substanțe poluante și acțiunea diferențiată a substanțelor toxice au ca și consecință apariția și dezvoltarea în apele poluate a unor anumite grupări de organisme care valorifică resursele respective de substanțe. Asemenea organisme reflectă condițiile mediului în care se dezvoltă. Pe baza acestor organisme s-a întocmit așa numitul sistem al saprobiilor și al claselor de puritate a apelor. Sistemul saprobiilor a fost elaborat de către R. Kolkwitz și M. Marsson. Sistemul se bazează pe faptul că în aval de locul de evacuare a produșilor de poluare se disting mai multe zone cu grade diferite de purificare, din ce în ce mai crescute, cu condiții de mediu specifice pentru fiecare zonă în parte În apele poluate există astfel următoarele zone saprobe:
zona polisaprobiilor. Aceasta se instalează în porțiunile cele mai intens poluate cu substanțe organice. Oxigenarea apei fiind redusă la minimum, este favorizată dezvoltarea exagerată a bacteriilor anaerobe. Procesele de reducere sunt intense, rezultând compuși organici mai simpli: metan, hidrogen sulfurat, amoniac. Bacteriile formează colonii caracteristice, acoperind ca și o pâslă, toate obiectele din apă.
zona mezosaprobă. Această zonă conține substanțe organice în cantități mai mici și produși secundari rezultați din activitatea organismelor polisaprobe. Atunci când gradul de poluare nu este prea intens, zona mezosaprobă se pote instala în porțiunea de apă din imediata apropiere a locului de evacuare a apei reziduale. Zona este subîmpărțită la rândul ei în două subzone:
subzona – mezosaprobiilor este caracterizată prin dominanța proceselor de reducere
subzona – mezosaprobiilor conține ape mai curate și mai bine oxigenate, dominând procesele de oxidare.
În zona mezosaprobă , o mare parte din compușii organici sunt oxidați. Alături de bacterii, în această zonă trăiesc multe cianoficee, unele hirudinee și larve de insecte. De asemenea are loc o creștere a concentrației de fosfor și odată cu acesta se dezvoltă diatomeele și cloroficeele.
zona oligosaprobă. Această zonă se găsește în continuarea celei mezosaprobe. Organismele de aici se aseamănă în ceea ce privește cerințele față de mediu cu organismele din apa nepoluată a râului respectiv. În această zonă se întâlnesc briofite, diatomee, cloroficee și alte plante, precum și o serie de animale care trăiesc în apele curate.
Sistemul saprobiilor stă la baza procesului complex de autopurificare și purificare biologică artificială a apelor uzate prin intermediul biofiltrelor. Asemenea organisme se introduc în instalațiile artificiale de epurare.
Cap. 3. MODALITĂȚI DE PURIFICARE A APELOR
3.1. Autoepurarea apelor
Circulația apei în natură ca : evaporarea, precipitațiile, infiltrarea în sol, constituie și un sistem natural de purificare, proces care nu este însă suficient în cazul poluării industriale. Principalele procese naturale care asigură autoepurarea apelor sunt :
1) Filtrarea. Solul constituie un filtru natural pentru suspensiile cele mai fine din apă. De asemenea, particulele constituente ale solului adsorb la suprafața lor multe bacterii și compuși nocivi. În egală măsură, substanțele antibiotice din sol au o activitate distructivă față de bacterii. Așa se explică faptul că la anumite adâncimi se pot întâlni ape subterane foarte pure, adecvate pentru consum, fără să necesite alte tratamente.
2) Diluarea. Pe parcursul său, un râu sau un fluviu primește o serie de afluenți care diluează apa poluată și fac astfel ca acțiunea noxelor să scadă.
3) Sedimentarea. Suspensiile solide din apă adsorb la suprafața lor unii germeni și după un anumit timp îi depun pe fundul apelor.
4) Oxigenarea. În primul rând, concentrația oxigenului în apă poate să crească pe seama contactului cu aerul atmosferic. În al doilea rând, radiațiile ultraviolete ale luminii solare, pe lângă rolul lor bactericid, permit reacția de fotosinteză a plantelor acvatice, care are ca rezultat formarea de glucoză și oxigen :
6CO+ 6 HO = CH O+6O
Așa se explică faptul că în timpul zilei, cantitatea de oxigen din apă poate să se dubleze față de cantitatea de oxigen din timpul nopții. Oxigenul molecular dizolvat favorizează distrugerea bacteriilor anaerobe și în același timp contribuie la oxidarea materiei organice. În plus, oxigenul molecular ajută bacteriile aerobe în lupta lor împotriva bacteriilor anaerobe.
3.2. Factorii biologici de purificare a apelor degradate
Epurarea apelor naturale este un proces complex, cu desfășurare fazică.
Prima fază este faza mecanică. În această fază, apa fărâmițează și depune substanțele grosiere în sedimente pe mal sau în albia râului.
A doua fază este faza chimică și constă în oxidarea substanțelor prin contact cu alte substanțe dizolvate în apă. În unele cazuri, aciditatea sau alcalinitatea pot fi neutralizate prin combinații care duc la produși netoxici. Rezerva alcalină a apelor naturale joacă un rol important în acest sens. Cu toate acestea, faza chimică de autoepurare nu este în măsură să redea toate calitățile organoleptice inițiale, specifice apei curate.
Cea de-a treia fază este faza biologică și constituie faza finală de purificare a apelor, deoarece în urma acțiunii factorilor biologici, apa recapătă toate proprietățile inițiale, de apă curată. Organismele vii, acționând asupra substanțelor din apă, le încorporează și le transformă, astfel încât eliberate în apă sub formă de compuși minerali, organici, aceștia nu modifică în nici un fel calitățile apei. Pentru desfășurarea procesului biologic de epurare, trebuie să existe organisme vii care să participe la proces și condiții optime pentru desfășurarea proceselor metabolice.
Adaosul de substanțe organice pe cale artificială creează condiții optime pentru dezvoltarea faunei și florei bacteriene saprofite. Bacteriile se înmulțesc atât de rapid încât în condiții de temperatură optimă ajung la ordinul a milioane de indivizi la litrul de apă. Acestea, producând mineralizarea substanței organice, creează condiții bune pentru dezvoltarea organismelor fotosintetizante, care vor furniza materie organică pentru lanțurile trofice următoare. În acest mod, se stabilesc raporturi corelate între ceea ce intră și ceea ce iese din apă, după parcurgerea celor trei faze principale de epurare.
Organismele vii, fiind „sisteme deschise”, transformă materia lipsită de viață în compuși organici necesari vieții sau în produși de excreție cu toxicitate mai redusă decât compușii inițiali. Pentru ca această activitate de epurare să se poată efectua cu randament maxim, trebuie îndeplinite o serie de condiții :
temperatură optimă ( 18 – 22 ºC)
substanța organică să nu fie în cantități exagerate
să existe oxigenul necesar proceselor aerobe.
Punctul inițial al procesului biologic de purificare îl constituie acțiunea bacteriană, care se manifestă pe două căi fermentative : anaerob și aerob. Cele două procese se desfășoară concomitent. În cadrul procesului anaerob rezultă substanțe care vor fi supuse ulterior transformărilor aerobe. Sistemul aerob este mai eficient decât cel anaerob, în sensul că primul duce la mineralizarea materiei până la produși finali netoxici. Instalarea unuia sau altuia, dominanța organismelor de tip aerob sau anaerob, este dependentă de gradul de poluare și de conținutul în oxigen al apei. Lipsa de oxigen și abundența în substanțe organice determină o înmulțire mai accentuată a bacteriilor anaerobe. Procesele anaerobe sunt în general procese de reducere, de activare a hidrogenului și de legare a lui în substrat, iar procesele aerobe sunt însoțite de activarea oxigenului.
Bacteriile anaerobe transformă ureea în produși amoniacali, proteinele în amoniac, hidrogen sulfurat și o serie de radicali care conțin carbon. Grăsimile neutre sunt descompuse în alcooli și acizi grași, iar aceștia sunt descompuși în continuare până la hidrocarburi. Celuloza și alte polizaharide sunt descompuse în substanțe mai simple. O dată cu eliberarea acestor compuși, bacteriile sintetizează substanță organică necesară vieții, scoțând din apă produșii de poluare.
Faza aerobă de purificare este mai complexă, atât în ceea ce privește grupele de organisme care participă la proces, cât și în ceea ce privește rezultatul final. Cu această fază, procesul de epurare se încheie, apa poluată redobândind proprietățile inițiale. La realizarea fazei aerobe participă bacterii aerobe care oxideză substratul până la eliberarea de compuși minerali, dioxid de carbon și apă. În acest proces se utilizează cantități mari de oxigen. Scăderea conținutului de oxigen și imposibilitatea reînnoirii rezervelor pot duce la inhibarea procesului.
Plantele superioare și algele din apă contribuie la oxigenarea mediului. Animalele participă la proces prin ingerarea de substanțe organice și metabolizarea acestora, sau prin favorizarea pătrunderii în sediment a bacteriilor aerobe. Organismele animale care filtrează apa au un mare rol în limpezirea mediului. Peștii participă și ei la epurarea apelor, consumând organismele ce se hrănesc cu detritus.
În zilele noastre, sistemele biologice naturale din ape nu mai pot face față avalanșei de substanțe ajunse în apă prin sursele de poluare. Mai ales marile unități industriale necesită instalații speciale de epurare biologică. Asemenea instalații prezintă avantajul epurării „intensive” a apelor reziduale.
Tipurile de instalații utilizate la purificarea apei sunt numeroase însă toate au la bază acțiunea organismelor vii asupra materiei. Cele mai utilizate sunt: biofiltrele, aerotancul, iazul de oxidare, eleșteele alimentate cu apă uzată.
3.2.1. Filtrele biologice
Filtrele biologice sunt alcătuite din cel puțin trei etaje acvatice. Apa reziduală este scursă într-un decantor primar unde se depun materiile mai grosiere. De aici, apa este pulverizată cu ajutorul unei pompe în filtrul picurător. Aici are loc procesul de epurare biologică efectuat de organismele care se dezvoltă în materialul grosier al filtrului. După Liebmann, în biofiltre există o succesiune a saprobiilor în raport de valența lor: la suprafață există polisaprobe, iar în zonele cu apă mai puțin încărcată cu materii organice, există mezosaprobe și oligosaprobe. În biofiltre, apa poate fi recirculată până la epurarea completă. Din biofiltru, apa se scurge într-un decantor secundar și apoi în sursa directă de apă de suprafață.
Fig.10. Schema unei instalații de epurare prin biofiltru
La proiectarea unor astfel de instalații trebuie să se țină seama de încărcătura în substanțe a apei reziduale, de tipul acestor substanțe ca și de crearea unor condiții pentru obținerea unui randament maxim. Selectarea organismelor, ca și cunoașterea condițiilor pentru optima lor activitate sunt factori tot atât de importanți.
3.2.2. Aerotancul
Aerotancul este tot un fel de filtru biologic, dar aici intervine omul pentru obținerea factorului activ de epurare și anume a nămolului activ, care se obține prin aerarea apei poluate cu materii organice. În aceste condiții, apa se încarcă cu organisme, care, acționând asupra materiei din apa reziduală, o transformă și prin aceasta, apa devine curată. Procesul este influențat de o serie de factori, așa cum sunt: pH – ul, temperatura, potențialul de oxido – reducere.
3.2.3. Iazurile și eleșteele
Iazurile și eleșteele se utilizează de asemenea pentru epurarea biologică a apelor reziduale. Asemenea iazuri se pot crea artificial sau se folosesc în acest scop iazurile naturale. Iazurile și eleșteele se utilizează ca o a treia etapă de epurare a apelor uzate.
Organizarea instalațiilor biologice de epurare intensivă a apelor reziduale trebuie să aibă la bază legile ecologice și de dezvoltare ale sistemelor vii utilizate și cunoașterea perfectă a însușirilor fiziologice ale acestora.
3.3. Dezinfecția apei cu ajutorul clorului
Dezinfectia apei se poate realiza atât prin mijloace fizice ca utilizarea radiațiilor ultraviolete, a ultrasunetelor, a radiațiilor ionizate, fierberea, distilarea, filtrarea apei etc., cât și prin mijloace chimice, ca folosirea clorului si a compușilor săi (substante clorigene ), a ozonului, argintului, bromului, iodului, permanganatului si alte asemenea substanțe.
Mijloacele chimice de dezinfectare a apei trebuie să indeplinească următoarele condiții pentru a fi corespunzătoare :
– să fie eficiente, adică să aducă apa la condițiile de potabilitate
– să nu modifice calitățile apei și în primul rând cele organoleptice
– să nu lase în apă substanțe cu acțiune nocivă asupra consumatorilor
– să fie ușor de manipulat, să nu prezinte pericol pentru cei care le manipulează
– să fie cât mai economice.
Cea mai utilizată metodă este folosirea clorului cunoscută sub numele de clorurare(clorinare sau clorizare). Mecanismul de acțiune se bazează pe proprietatea oxidantă a clorului, care în contact cu apa formează acidul hipocloros care în funcție de pH se descompune în oxigen atomic sau ion hipoclorit :
Cl+HO HOCl + HCl
HOCl O + HCl sau HOCl ClO‾ + H
Mecanismul biologic constă în blocarea unor enzime bacteriene cu precădere cele sulfhidrice și distrugerea germenilor. În general, bacteriile care au echipament enzimatic mai dezvoltat sunt mai sensibile decât virusurile.
Eficiența dezinfecției nu depinde numai de numărul și felul germenilor din apă ci și de alte condiții dintre care unele țin de clor iar altele de calitatea apei.
3.4. Desalinizarea apei
Pentru a satisface cerința tot mai mare de apă proaspătă, mai ales în zonele secetoase și aride, mulți cercetători au încercat să găsească metode pentru a îndepărta sarea din apa de mare.
S-au dezvoltat mai multe procese în acest sens. Trei dintre aceste procese presupun evaporare urmată de condensarea aburului rezultat și sunt cunoscute sub denumirea de evaporare multi-efect, distilarea vaporilor comprasați și evaporarea forțată.
Ultima metodă, cea mai utilizată, presupune încălzirea apei de mare și pomparea lui în rezervoare de joasă presiune, unde apa se evaporă brusc și se transformă în abur. Aburul apoi condensează și este extras ca apă pură. Acest proces se repetă de mai multe ori. Lichidul rămas conține o cantitate mare de săruri și este îndpărtat. În anul 1967, în orașul Key West din Florida, s-a deschis o fabrică care produce necesarul de apă al orașului , din apă de mare , prin această metodă de desalinizare.
Fig. 11. Desalinizarea apei
Înghețarea apei este o altă metodă bazată pe temperaturile de îngheț diferite ale apei pure și ale apei sărate. Cristalele de gheață sunt separate de apa sărată, curățate de sare și apoi topite în apă pură.
Într-un alt proces, numit osmoză inversă, apa proaspătă este forțată cu ajutorul presiunii să treacă printr-o membrană subțire care nu permite trecerea mineralelor. Această metodă este impusă la înbunătățiri și la ora actuală.
Electroliza se utilizează la desalinizarea apei puțin sărate. În momentul în care sarea se dizolvă în apă, ea se împarte în ioni pozitivi și ioni negativi, care apoi sunt eliminați prin membrane anionice și cationice, cu ajutorul curentului electric. Această metodă este în dezvoltare, dar există deja un număr de fabrici care funcționeză după această metodă.
Una dintre cele mai importante probleme ale proiectelor de desalinizare este costul producerii apei proaspete. Costurile ridicate limitează această activitate la zone cu mare deficit de apă.
3.5. Purificarea apei de râu
Centrele populate folosesc ca apă de spălat și băut apa din râuri, purificată în instalații speciale. Apa de râu este adusă cu ajutorul pompei 1 în vasul cu agitator 2, în care se introduc cantități mici de sulfat de aluminiu, care reacționează cu apa, dând un precipitat voluminos de hidroxid de aluminiu în vasul 3. De aici, apa este filtrată prin filtrul 4, constituit din straturi de pietriș. Hidroxidul de aluminiu antrenează suspensiile ce se găsesc în apă și le depune în bazinul de sedimentare. Apa este trecută apoi în vasul de clorurare 5, pentru distrugerea bacteriilor patogene. Cu ajutorul pompei 6, apa este acumulată în castelul de apă 7, de unde merge spre rețeaua de distribuție.
Fig. 12. Schema instalației de purificare a apei de râu
3.6. Utilizarea macrofitelor acvatice in depoluarea apelor
Utilizarea macrofitelor acvatice dintre care face parte și Eichhornia crassipes reprezintă o modalitate extrem de eficientă și de ieftină de a epura apele cu încărcătură mare de substanțe organice. Această plantă are capacitatea de a asimila nutrienți, azotul și fosforul, și de a-i îngloba în biomasa proprie. În condițiile impuse de climatul temperat al tării noastre, specia mai sus menționată alături de Pistia stratiotes dovedesc cel mai mare randament de epurare (80-90%) chiar la încărcături organice foarte mari cu CCOMn peste 700mg/l ce pot atinge chiar 2500 – 3000 mg/l, eficiența de epurare este bună, la evacuare apa prezentând CCOMn de 45 – 70 mg/l.
Acumularea substanțelor toxice de către organismele acvatice joacă un rol deosebit de important în autoepurarea ecosistemelor acvatice, mai cu seamă în cazul poluării radioactive, cu pesticide și metale grele. Concentrând în corpul lor diverși poluanți, organismele acvatice purifică apa. Prin includerea lor în diverse verigi ale lanțului trofic, poluanții se pot acumula sau degrada după un anumit timp.
De o importanță specială apare în contextul actual problema dezafectării nămolurilor radioactive. Cercetările au relevat că plantele acvatice fie marine fie dulcicole sunt capabile să blocheze elementele radioactive la concentrații de 600 -1300 ori mai mari decât cele stocate în mediul acvatic în care cresc.
Cap. 4. ETAPELE UNEI ANALIZE FIZICO – CHIMICE
4.1. Recoltarea probelor de apă
Având în vedere faptul că valoarea rezultatelor unei analize depinde de modul de recoltare a probei, este indicat, ca pe cât posibil, operația de recoltare să fie efectuată chiar de către chimistul analist. În lipsa acestuia, recoltarea probelor se va face numai de către tehnicieni specializați în asemenea operații.
Probele de apă trebuie să îndeplinească o condiție de bază, adică să fie reprezentative. În cazul apelor, nu se poate vorbi de recoltarea unor probe medii, ci de recoltarea unor probe din diferite puncte ale sursei de apă, localizate pe verticală sau pe orizontală, în amonte sau în aval.
Conținutul apelor în anumite elemente variază în funcție de temperatură, de presiune sau de viteza curentului, dacă este vorba de apele curgătoare. Astfel, pentru a caracteriza o sursă de apă, sunt necesare un număr mare de analize.
Dacă este vorba de analiza unor gaze dizolvate în apă, nu este permisă transferarea de probe dintr-un vas în altul în contact cu aerul atmosferic, tansferarea făcându-se obligatoriu prin sifonare. Mai indicat este ca analiza să fie efectuată chiar la fața locului și la intervale diferite de timp și anotimp. De exemplu, pentru aceeași sursă de apă, conținutul în oxigen va fi diferit la suprafață în raport cu profunzimea, va fi diferit în timpul zilei față de timpul nopții, va fi diferit vara în raport cu iarna.
Dacă recoltarea se face de la un robinet, se lasă să curgă în prealabil apa câtava minute. Dacă se recoltează din ape curgătoare, proba se ia de la o distanță cât mai mare de maluri, de obicei din firul apei. Când se recoltează apa din fântâni sau de la o anumită adâncime, se folosesc dispozitive speciale, care permit deschiderea vasului doar în momentul în care acesta a ajuns la adîncimea necesară. Acestea sunt prevăzute cu un dop de cauciuc în care este fixat un inel de care se leagă o sfoară. Cu ajutorul unei sfori mai groase pe care se găsesc marcate lungimile în metri și centimetri, se lasă dispozitivul la adâncimea dorită, după care se trage dopul cu ajutorul sforii respective. În cazul apelor stătătoare, din cauza faptului că acestea nu prezintă o compoziție omogenă, se recoltează probe concomitent, de la diferite adâncimi. Pentru analiza apelor industriale, se vor lua probe atât de la punctul de deversare cât și din diferite alte puncte de pe traseu.
Fiecare probă trebuie să fie însoțită de o fișă în care se vor nota datele cele mai importante: locul și data recoltării, modul de recoltare, adîncimea de la care s-a recoltat proba, temperatura apei, etc.
Cantitatea de apă necesară unei analize variază de la 1 la 5 litri.
Există mai multe tipuri de prelevări:
prelevări momentane, pentru câteva minute, pentru aprecierea vârfului de murdărire sau a absenței de moment a poluării.
prelevări medii, efctuate într-un interval de timp determinat (30 de minute sau o oră)
prelevări destinate pentru stabilirea unei compoziții medii, pentru mai multe ore
În cazul existenței substanțelor organice cu stabilitate redusă, nu se pot recolta probe medii pentru un interval de timp mai mare de trei sau patru ore, fără a risca erori importante.
4.2. Conservarea probelor recoltate
Cazul ideal ar fi acela în care proba recoltată ar putea fi analizată chiar la fața locului, adică imediat după recoltare, dar din cauza faptului că pentru analiza apelor sunt necesare laboratoare dotate cu tot echipamentul chimic, între recoltarea probei și efectuarea analizei se scurge un interval de timp mai scurt sau mai îndelungat. În acest interval de timp, apa își poate schimba compoziția chimică datorită proceselor de oxido-reducere, activității microorganismelor și în special schimbului de ioni dintre apă și pereții recipientului în care este păstrată proba. În mod obișnuit, probele de apă se recoltează în vase de sticlă incoloră și rezistentă la atac chimic, așa cumeste sticla “pyrex” care are și avantajul de a avea o compoziție bine stabilită, dar din cauza fragilității, deseori se recurge la recipienți din polietilenă care prezintă un avantaj din punct de vedere al rezistenței macanice și în plus se evită schimbul de ioni dintre apă și recipient. Sticlele trebuie să fie foarte bine curățate în prealabil cu amestec cromosulfuric și spălate cu apă multă, iar în momentul recoltării probei de apă, trebuie să se spele de câteva ori chiar cu apa de recoltat.
Unii autori sunt de părere că recipienții de polietilenă, deși adecvați în cazul analizei silicei și ionilor metalici, nu sunt indicați în cazul analizei de gaze deoarece sunt permeabili și nici în cazul analizei fosfaților, care se adsorb pe polietilenă.
De la caz la caz, în scopul conservării, se adaugă: acizi minerali care împiedică depunerea unor ioni matalici prin hidroliză cum ar fi: Al, Fe, Cd, Cu, Mn; acetat de cadmiu pentru a fixa hidrogenul sulfurat; hidroxid de sodiu pentru a fixa sulfiții, cianurile și fenolii; tiosulfat pentru conservarea bacteriilor; formol pentru analiza biologică sau pentru fosfați.
Totuși, este necesar ca unele determinări să se facă la fața locului, cum ar fi: temperatura, oxigenul dizolvat, pH – ul. De asemenea, este necesar să se efectueze operația de fixare și diluare pentru determinarea consumului biochimic de oxigen.
4.3. Pregătirea probei pentru analiză
În cazul apelor tulburi sau colorate, este necesar ca acestea să fie în prealabil limpezite și decolorate. În acest scop, se filtrează mai întâi apa, după care se decolorează, prin tratarea cu diferite cantități de sulfat de aluminiu proaspăt preparat, în funcție de turbiditatea, colorația și alcalinitatea ei.
Sulfatul de aluminiu reacționează cu bicarbonații de calciu și de magneziu din apă, cu formarea hidroxidului de aluminiu, care în timpul sedimentării, antrenează toate particulele aflate în suspensie.
Atunci când decolorarea este contraindicată, din cauza eventualelor pierderi din substanțele de cercetat, cum ar fi de exemplu determinarea fierului sau al fosfaților, se folosește “metoda compensării” care constă în măsurarea colorației obținute cu reactivul respectiv, față de martorul – apa de analizat.
4.4. Redactarea buletinului de analiză
Un buletin de analiză trebuie să fie prezentat într-o așa manieră încât să fie de o utilitate maximă pentru cel care îl examinează. În afară de scopul analizei, în buletin trebuie să se dea informații și asupra volumului de apă luat în analiză, tehnicile de analiză utilizate cu motivarea respectivă, unitățile alese pentru exprimarea cantitativă a unor caracteristici.
Un buletin complet de analiză trebuie să cuprindă următoarele:
a) informații privind recoltarea probelor de apă:
originea probei de apă
locul, data și ora recoltării
condiții speciale de recoltare, adâncime, curent, etc.
b) caractere organoleptice:
culoare
miros
gust
c) caractere fizice:
temperatura ……… ºC
rezistivitatea ……… cmcm
radioactivitate ……. m Ci /l
d) caractere chimice:
pH
reziduu fix …………………. g/l
gaze dizolvate …………….. cm/l
azot amoniacal ……………. mg /l
consum de KMnO ………. mg /l
alcalinitate ………………… mg CaCO/l
duritate …………………….. mg CaO/l
cationi:
Na………………….. mg /l
K ………………….. mg /l
………………… mg /l
anioni:
Cl …………………… mg /l
SO …………………. mg /l
…………………. mg /l
e) caractere bacteriologice:
număr total de bacterii /ml
bacterii coliforme / 100 ml
streptococi fecali / 50 ml
numărul de Clostridium / 20 ml
f) interpretare și concluzii.
4.5. Interpretarea rezultatelor analizei
Rezultatele analizei, obținute cu deosebite eforturi în colecterea, conservarea și cercetareade laborator a probelor, dau indicații prețioase privind oportunitatea utilizării surselor de apă pentru consum, industrie, în scopuri de tratament, etc.
Conținutul diferiților constituenți se exprimă în mg/l , milimoli/litru și milivali/litru sau miliechivalenți/litru
Orice rezultat analitic prezintă un grad mai mic sau mai mare de incertitudine. Astfel, în analiza calitativă, incertitudinea se datorează în special selectivității și sensibilității limitate a metodelor utilizate.
Erorile sunt mult mai frecvente în analiza cantitativă pentru că acestea au cauze multiple: imprecizia metodei, sensibilitatea aparatelor de măsură, aproximări în prepararea etaloanelor, reacții chimice secundare, condiții diferite la recoltarea probelor, abilitatea și exigența chimistului analist, etc.
Pentru a ști în ce măsură valorile numerice ale analizelor cantitative sunt bune, este necesar ca asupra fiecărei probe să se efectueze mai multe determinări în aceleași condiții și apoi să se studieze distribuția valorilor găsite. Lucrând în aceleași condiții, valorile numerice depind numai de erori accidentale și atunci se repartizează în conformitate cu legea Laplace-Gauss.
4.6. Condițiile de calitate pe care trebuie să le îndeplinească
apele de suprafață
Apele de suprafață trebuie să îndeplinească anumite condiții de calitate, condiții care sunt date de STAS E 4706 – 74. După scopul folosirii lor, aceste ape se împart în trei categorii:
Categoria I: ape de suprafață folosite pentru alimentarea cu apă potabilă, pentru industria alimentară, unități agro-zootehnice, ștranduri și salmonicultură.
Categoria II: ape de suprafață folosite în piscicultură ( în afară de salmonicultură) sau scopuri urbanistice sau de agrement.
Categoria III: ape de suprafață folosite în sistemele de irigație și în diverse industrii.
Apele din categoria I trebuie să îndeplinească neapărat condițiile igienico-sanitare care se impun. Astfel, din punct de vedere al proprietăților fizice, apa trebuie să fie rece, cu o temperatură cuprinsă între 0 și 15ºC, să fie limpede, lipsită de substanțe organice în descompunere, să aibă gust plăcut dat de sărurile dizolvate în ea, să fie aerată și să fie incoloră. Din punct de vedere chimic, apa potabilă trebuie să corespundă compoziției maxime admise. Din punct de vedere biologic, apa potabilă nu trebuie să conțină organisme vegetale și animale vizibile.
Tabelul 1 Apa de suprafață – STAS 4706 – 74
Valorile limită admisibile ale principalelor substanțe poluante sau ale indicatorilor de încărcare pentru apele uzate, înainte de evacuarea acestora în cursurile de apă, conform D.C.S. 414/79, sunt date în tabelul de mai jos:
Tabelul 2
Valorile limită, corespunzătoare caracteristicilor calitative ale apelor de suprafață conform STAS 4706 – 74 trebuie îndeplinite, fie într-un anumit sector, fie intr-o oarecare secțiune.
Valorile limită trebuie să fie îndeplinite în secțiunea de proiectare, considerând că pentru CBO, aceasta se situează la un kilometru amonte de secțiunea de utilizare a apei de suprafață, iar pentru oxigen în orice secțiune aval de evacuare a apelor uzate. Aceste două prevederi se referă în special la substanțele care pot fi oxidate sau influențate de procesele de reducere aerobă sau anaerobă.
În concordanță cu STAS 4706 – 74, apa receptorilor trebuie să corespundă din punct de vedere calitativ, în cele mai dezavantajoase situații, valorilor limită prevăzute pentru categoria a III – a de folosință. De aceea, apele uzate evacuate trebuie să fie epurate într-o asemenea măsură încât în amestec cu apele de suprafață, valorile caracteristicilor de calitate să nu scadă sub valorile limită corespunzătoare categoriei a III – a de folosință. Numai în acest fel se poate ajunge la o utilizare cât mai completă a apelor de suprafață și la realizarea normală a proceselor de autoepurare. Calculul gradului necesar de epurare al apelor reziduale se face ținând cont de influența lor asupra emisarului în punctele de folosință din aval. În acest calcul se ia în considerare existența pe cursurile de apă a proceselor de auroepurare naturală, care conduc la îmbunătățirea naturală a calității apei râului.
Astfel, imediat după evacuarea apelor uzate în receptor, trebuie satisfăcute limitele admisibile pentru categoria a III – a de folosință, ceea ce înseamnă că amestecul celor două feluri de apă trebuie să se facă complet, chiar în aval de secțiunea de evacuare. Dacă amestecul se face pe distanță prea lungă, se întârzie pe de o parte autoepurarea, iar pe de altă parte se creează, în lungul receptorului benzi de apă poluată, unde nu sunt respectate valorile limită ale diferitelor caracteristici. De aceea, este obligatorie folosirea de dispersori pentru dispersarea apelor uzate în apa receptorilor, aceștia având ca prim efect, realizarea rapidă a amestecului celor două tipuri de ape.
Nu se permite existența pe un curs de apă a vreunui tronson pe care calitatea apei să fie inferioară caregoriei a III – a, care prin indicatorii de calitate respectivi asigură condițiile necesare păstrării organismelor acvatice, creează premisele autoepurării naturale și asigură o stare generală de igienă corespunzătoare.
Există patru grupe de indicatori de calitate caracteristici care se referă la:
condiții ale regimului de oxigen;
condiții de mineralizare;
condiții fizice, organoleptice și bacteriologice;
condiții speciale.
Cap. 5. METODE DE DETERMINARE A CONCENTRAȚIEI
DE SUBSTANȚE ORGANICE DIN APELE
RÂULUI CRIȘUL REPEDE
Unul dintre parametrii cei mai importanți necesari evaluării calității unei ape, proiectării corespunzătoare a instalațiilor de epurare și măsurării randamentului de epurare îl constituie încărcarea organică. Evaluarea acestui parametru prin metode biochimice, cum este consumul biochimic de oxigen sau testarea respirometrică, necesită un timp prea mare, astfel că, pe plan mondial se disting două direcții principale de investigație:
înlocuirea testelor biologice prin procedee fizico – chimice capabile a oferi datele privind încărcarea organică globală într-un timp suficient de scurt pentru luarea de decizii operative. Legat de acest aspect, se cercetează posibilitatea stabilirii unor coeficienți de transformare a valorilor astfel obținute în indicatori clasici – CBO5 sau CCO.
stabilirea cineticii reacțiilor biochimice de consum al oxigenului în procesele de biodegradare a compușilor organici, în sensul evaluării parametrului CBO5 într-un timp mai scurt de cinci zile.
În prezent se recunoaște însă necesitatea cunoașterii atât a încărcării organice totale, determinată prin metode fizico – chimice cât și a datelor respirometrice, ultimele oglindind intr-o măsură mai mare posibilitățile de biogradare, respectiv epurare a apelor, evidențiid în același timp și prezența unor agenți toxici (inhibitori ai respirației microbiene).
5.1. Cantitatea de substanțe organice care poate fi
evacuată în apele naturale
Conform ordinului numărul 1069 din 18 decembrie 2003, pentru aprobarea Metodologiei cu privire la desfășurarea activităților specifice de gospodărirea apelor, cantitatea lunară de substante organice (Kol), ce urmeaza a fi primita in receptor, se stabileste conform formulei:
Kol (kg/luna) = nz (zile) x Koz (kg/zi)
unde:
nz = numarul de zile dintr-o luna in care functioneaza efectiv evacuarea
Koz = cantitatea zilnica de substante organice, care se calculeaza ca diferenta intre cantitatea de substante organice admisa a fi evacuata in receptor si cantitatea de substante organice existenta in sursa de apa, cu formula:
Koz (kg/zi) = 0,0036 x dz (h) x qne (l/s) x ( cno – c ns )(mg/l),
unde :
dz = durata zilnica de functionare efectiva a evacuarii pentru care se face calculul
c ns = concentratia medie anuala a substantelor organice din apa prelevata
qne= debitul de apa evacuat
cno = concentratia de substante organice, admise a fi evacuate in receptor din apele uzate evacuate pentru: CBO5, CCO-Mn, CCO -Cr, care de determina astfel:
– daca in autorizatie sau dupa caz, in avizul de gospodarire a apelor indicatorul de caracterizare a continutului de substante organice este numai unul din indicatorii sus mentionati, concentratia stabilita va fi cea aferenta acestuia;
– daca in autorizatie sau dupa caz, in avizul de gospodarire a apelor continutul de substante organice se caracterizeaza prin indicatorii CBO5 si CCO –Mn sau CCO – Cr, concentratia (c1no) se determina cu relatia :
c= ( mg/l) sau
c= (mg/l
Daca in autorizatie sau dupa caz, in avizul de gospodarire a apelor, continutul de substante organice se caracterizeaza prin indicatorii CBO5, CCO-Mn sau CCO-Cr, concentratia (c1no , c2no) se determina cu relatia de mai sus, iar la calculul cantitatii zilnice admise a fi evacuata in receptor se va considera concentratia substantelor organice (cno) rezultata din relatia:
cno = max (c1no , c2no)
În relațiile de mai sus s-au utilizat urmatoarele notații:
cCBO5 – concentratia admisă pentru indicatorul CBO5;
cCCOMn – concentratia admisa pentru indicatorul – consum chimic de oxigen determinat prin metoda cu permanganat de potasiu;
cCCOCr – concentratia admisa pentru indicatorul – consum chimic de oxigen determinat prin metoda cu bicromat de potasiu.
5.2. Consumul biochimic de oxigen
Din cauza deversării în apă a resturilor, în special de natură organică, acestea se descompun pe seama oxigenului dizolvat, lipsind flora și fauna acvatică de cantitatea de oxigen necesară menținerii și dezvoltării acestora.
Prin consumul biochimic de oxigen se înțelege determinarea cantității de oxigen molecular conținut într-un anumit volum de apă și utilizată într-un timp dat pentru oxidarea bacteriană a materiilor organice prezente.
5.2.1.Determinarea consumului biochimic de oxigen
5.2.1.1. Metoda volumetrică
Pentru a determina consumul biochimic de oxigen se procedează astfel: Se iau două probe identice de apă și în una dintre ele se determină imediat oxigenul dizolvat. Cealaltă probă se ține la întuneric, la temperatura constantă de 20ºC, timp de cinci zile, după care se determină și în aceasta oxigenul dizolvat. Diferența cantității de oxigen dintre prima și a doua determinare reprezintă tocmai consumul biochimic de oxigen, notat CBO, și exprimat în mg/l.
De multe ori însă, pentru a constata o diferență între cele două determinări de oxigen, este necesar ca proba de apă să fie îmbogățită cuc oxigen, sau dimpotrivă să se introducă în apă cantități mici de resturi organice sau o ultură de microbi pentru a metaboliza descompunerea în mod special a unui anumit tip de materie organică poluantă.
În cazul apelor puternic impurificate, când oxigenul dizolvat în apă este insuficient pentru acoperirea consumului de oxigen de către imputitățile din apă, se recurge la metoda diluției. Incubarea se face pe proba de apă diluată, în proporție cunoscută, cu apă saturată în oxigen. În acest scop, se pregătește o apă de diluție, luându-se 5 l de apă distilată la care se adaugă: 150 g NaHCO; 1,25 g (NH)SO și câte un mililitru din următoarele soluții: 0,5% greutate Ca(PO), 0,5% greutate MgSO și 5% greutate KHPO.
Diluția se face în funcție de gradul de poluare al apei, de la 0,1‰ până la 50‰, conform tabelului de mai jos:
În acest scop, se stabilește în prealabil, pe o serie de probe de ape, timpul necesar de incubare în care circa 50% din oxigenul dizolvat este consumat de impuritățile apei, după care se evaluează ordinul de mărime al CBO, în funcție de care se face diluția conform tabelului de mai sus. Diluția se face cu apă distilată, prin sifonare, astfel încât să se evite pătrunderea aerului. Proba diluată este apoi prelucrată. Consumul biochimic de oxigen se calculează astfel:
CBO(mg/l) = [(OD-OR)-(Od-Od ]d
unde: OD = cantitatea de oxigen dizolvat în apa de analizat diluată, imediat după efectuarea diluției
OR = cantitatea de oxigen dizolvat în apa de analizat diluată, după 5 zile
Od = cantitatea de oxigen dizolvat în apa de diluție
Od = cantitatea de oxigen dizolvat în apa de diluție după 5 zile
n = factorul de diluție
Valoarea consumului biochimic de oxigen este cu atât mai mare cu cât factorul de diluție a fost mai mare. Aceasta se explică atât prin eroarea de diluție cât și prin faptul că prin diluție se înlătură inhibiția reacțiilor biologice.
Consumul de oxigen necesar pentru a transforma materiile organice, nu este proporțional cu timpul. Consumul biochimic de oxigen indică o cifră globală, dar nu dă indicații asupra vitezei sau a modului în care apa va consuma oxigenul. Graficul de mai jos redă cantitatea de oxigen consumată în funcție de timp.
Fig. 13. Consumul biochimic de oxigen în funcție de timp
Anumite ape posedă ceea ce s-ar putea numi un consum imediat de oxigen ca urmare a prezenței sărurilor minerale reducătoare pe de o parte și a substanțelor organice pe de altă parte, care consumă rapid oxigen: acid citric, aldehide, produse nesaturate, lactoză, anumiți fenoli superiori, etc. Cunoașterea consumului imediat de oxigen poate permite o bună înțelegere a fenomenelor ce se produc, din momentul începerii degradării substanțelor organice.
Există și restricții asupra utilizării consumului biochimic de oxigen, cum este cazul deversărilor mult mai complexe decât cele provenite din apele reziduale orășenești, ca de exemplu cele de la tăbăcării sau cocserii. Pentru a putea vorbi de consum biochimic de oxigen, este necesar să existe realmente anumite materii organice care să poată fi asimilate în prezența oxigenului, dar este totodată necesar ca nimic să nu stingherească acțiunea microorganismelor și în special substanțele toxice pentru acestea, cum ar fi: sărurile matalice, cuprul, cromul, mercurul, în prezența cărora nu se mai poate vorbi de consum biochimic de oxigen. În acest caz, noțiunea de consum biochimic de oxigen își pierde sensul, iar oxidabilitatea se va putea măsura printr-un consum chimic de oxigen(CCO).
5.2.1.2. Metoda electrometrică
Consumul biochimic de oxigen poate fi determinat și prin metode electrometrice. În acest caz, se utilizează un sistem de electrod staționar din platină, acoperit cu plastic. Ansamblul de electrozi constă din electrodul staționar de platină, acoperit cu o membrană de polietilenă, conectat la un electrod suport de KCl sau hidroxid. Electrozii se introduc într-o celulă de sticlă, iar analiza se efectuează intr-un sistem închis pentru a preveni reaerisirea. Se măsoară voltajul la temperatură constantă.
5.2.1.3. Metoda barometrică
De asemenea, pentru determinarea consumului biochimic de oxigen, se poate utiliza și metoda barometrică. Această metodă constă în măsurarea schimbărilor de presiune atmosferică într-un vas închis de 903 ml care conține proba și care este vibrat pentru amestecareacontinuă cu aerul de contact, aflat deasupra probei. Rezultatul pentru consumul biochimic de oxigen, după cinci zile de vibrație sunt comparabile cu cu cele obținute volumetric.
Într-o metodă automată de determinare al consumului biochimic de oxigen, la proba de apă se racordează un barometru, și pe măsura consumului de oxigen se adaugă în probă câte 1 mg de oxigen pe litru, produs cu ajutorul unui generator electrolitic. Viteza de adăugare a oxigenului, care scade în intervalul de cinci zile, se înregistrează continuu.
5.2.1.4. Metoda prin reducerea nitrificării
Oxigenul din ape participă la procesul de nitrificare datorat unor bacterii. Prin introducerea unor cantități cunoscute de amoniac și azot, se determină reducerea nitrificării în 5 și 20 de zile, cu scopul cunoașterii indirecte a consumului biochimic de oxigen.
S-au efectuat studii de incubare a unor alge, asociate cu bacteria de nitrificare, timp de 5 zile la 20ºC, pentru a se constata efectul acestora asupra determinărilor consumului de oxigen.
5.3. Consumul chimic de oxigen
Consumul chimic de oxigen, notat prescurtat CCO, sau substanțele oxidabile din apă, sunt substanțele care se pot oxida atât la rece cât și la cald, sub acțiunea unui oxidant. Oxidabilitatea reprezintă cantitatea de oxigen echivalentă cu consumul de oxidant. Substanțele organice sunt oxidate la cald, iar cele anorganice la rece. Substanțele organice din apă pot avea o proveniență telurică sau prin poluare, caz în care concentrația lor variază brusc. Creșterea cantității de substanțe organice în apă sau apariția lor la un moment dat este sinonumă cu poluarea apei cu germeni care însoțesc de obicei substanțele organice. În orice caz, prezența lor în apă favorizează persistența germenilor, inclusiv a celor patogeni timp îndelungat.
Determinarea consumului chimic de oxigen se poate face folosind oxidanți precum: permanganatul de potasiu, bicromatul de potasiu, cloramina T.
5.3.1. Metoda cu permanganat de potasiu
Principiul metodei: Permanganatul de potasiu oxidează substanțele organice din apă în mediu acid și la cald, iar permanganatul rămas în exces se determină cu acid oxalic.
2 KMnO+5COH+3HSO2MnSO+KSO+10CO+8HO
Reactivi:
Permanganat de potasiu 0,01N. Acesta se prepară din 0,316g permanganat de potasiu fin mojarat, care se dizolvă în cîțiva mililitri de apă bidistilată, într-un balon cotat de 1 000 ml, după care se completează până la semn cu apă bidistilată.
Acid oxalic 0,01N. Se prepară din 0,6303g acid oxalic care se dizolvă în cîțiva mililitri de apă bidistilată, într-un balon cotat de 1 000 ml, se adaugă 5 mililitri H SO 1:3 diluat cu apă bidistilată și tratat la rece cu câtava picături de permanganat de potasiu până la apariția culorii slab roz.
Hidroxid de sodiu 30%
Modul de lucru:
a) dacă apa conține cloruri într-o concentrație sub 300 mg/l
Se introduc 100 ml din apa de analizat într-un pahar Erlenmayer pregătit în prealabil, astfel încât să nu conțină urme de substanțe organice, peste care se adaugă 5 ml H SO 1:3 și 10 ml permanganat de potasiu. Se fierbe pe sită 10 minute din momentul începerii fierberii. Se îndepărtează apoi vasul de pe sită și se adaugă în soluția fierbinte 10 ml acid oxalic. Soluția decolorată se titrează cu permanganat de potasiu până la apariția colorației slab roz persistentă. Cantitatea de permanganat de potasiu se calculează după formula:
mg KMnO /l =
unde:
V = ml de permanganat de potasiu adăugată inițial în probă
V= ml de permanganat de potasiu 0,01N folosiți la titrarea probei
V= ml de acid oxalic adăugați în probă pentru decolorare
f = factorul soluției de permanganat de potasiu
0,316 = echivalentul în miligrame permanganat de potasiu a unui ml de soluție de KMnO 0,01N
V = cantitatea de apă de analizat luată în lucru, în ml.
b) dacă apa conține cloruri într-o concentrație de peste 300 mg/l
Se introduc 100 ml din apa de analizat într-un pahar Erlenmayer, peste care se adaugă 0,5 ml hidroxid de sodiu 30% și 10 ml permanganat de potasiu. Amestecul se fierbe pe sită 10 minute din momentul fierberii. Se lasă apoi să se răcească până la aproximativ 70ºC și se adaugă în probă 5 ml H SO 1:3 și 10 ml acid oxalic 0,01N. Se titrează cu permanganat de potasiu până când lichidul incolor va avea o tentă slab roz. Cantitatea de permanganat de potasiu se calculează după aceeași formulă ca și în cazul de mai sus. Pentru a găsi cantitatea de oxigen în mg/l, se înmulțește cantitatea de permanganat de potasiu cu 0,25.
Vasele în care se fac aceste determinări trebuiesc pregătite astfel: se spală bine cu amestec sulfocromic și cu detergent, după carese clătesc cu apă de robinet și cu apă distilată. Se introduc apoi în vase 50 ml apă bidistilată, 5 ml H SO 1:3, 10 ml permanganat de potasiu și 2-3 bucăți de piatră ponce. Se fierbe 10 minute, apoi se aruncă conținutul. Se mai clătește de două ori cu apă bidistilată, se acoperă cu un manșon de hârtie și se folosesc numai pentru determinarea substanțelor organice.
5.3.2. Metoda cu bicromat de potasiu
Principiul metodei: Substanțele oxidabile din apă sunt oxidate de bicromat de potasiu în mediu de acid sulfuric, la cald, iar excesul de bicromat este titrat cu sare Mohr în prezența feroinei ca indicator.
Reactivi:
Acid sulfuric cu densitatea de 1,84
Sulfat de argint cristalizat
Soluție indicator de feroină, care se prepară astfel: se dizolvă 1,485 g 1-10 ortofenantrolină și 0,695 g sulfat feros ( SOFe·7 HO) în câțiva ml de apă bidistilată într-un balon cotat de 100 ml și se aduce la semn cu apă bidistilată.
Soluție de bicromat de potasiu 0,25N. Aceasta se prepară astfel: se dizolvă 12,2588 g bicromat de potasiu uscat timp de două ore la 105ºC în câțiva ml de apă bidistilată în balon cotat de 100 ml. Se aduce la semn cu apă bidistilată.
Sulfat feroamoniacal ( sare Mohr) 0,25N. Se prepară dizolvând 98 g sulfat feroamoniacal [Fe(SO) (NH)·6 HO] în câțiva ml de apă bidistilată în balon cotat de 1 000 ml, se adaugă 20 ml H SO concentrat, se răcește și se completează apoi până la semn cu apă bidistilată. Această soluție se standardizează față de soluția de bicromat de potasiu astfel: 25 ml soluție de bicromat 0,25N se introduc într-un pahar Erlenmayer de 250 ml, se adaugă 20 ml HSOconcentrat, se lasă să se răcească și se diluează de circa trei ori cu apă. Se titrează cu soluție de sare Mohr în prezența a 2-3 picături de feroină. Se obține virajul de la galben la roșu, trecând prin nuanța de verde.
Normalitatea =
Modul de lucru:
50 ml apă de analizat se introduc într-un balon cu fundul rotund de 250 ml peste care se adaugă 25 ml bicromat de potasiu 0,25N și 75 ml H SO concentrat, două bucăți de piatră ponce și 1 g Ag SO cristale. Se atașează balonul la un refrigerent cu reflux și se fierbe timp de două ore. Se răcește balonul, se diluează cantitatea de circa trei ori cu apă bidistilată și se titrează excesul de bicromat de potasiu cu soluție de sare Mohr în prezența a 2-3 picături de feroină. Paralel cu proba, se face și o probă martor care se prelucrează în aceleași condiții.
Consumul chimic se oxigen se determină astfel:
CCO mg/l =
unde: a = ml soluție sare Mohr folosiți pentru titrarea probei martor
b = ml soluție sare Mohr folosiți pentru titrarea probei
C = corecția pentru cloruri care se calculează mg/l cloruri 0,23
V = ml de apă de analizat luată în lucru.
Corecția pentru clor se introduce în formulă numai în cazul în care nu s-a adăugat sulfat de argint în proba de apă, care are rolul de a îndepărta clorurile care interferă determinarea.
5.3.3. Metoda cu cloramina T
Pe lângă permanganatul de potasiu și bicromatul de potasiu, se mai poate utiliza ca și oxidant pentru determinarea consumului chimic de oxigen și cloramina T. Astfel, la proba de apă se adaugă cloramina T și acid clorhidric și se lasă în repaus 30 minute. Se adaugă apoi iodură de potasiu, iar după 5 minute, se titrează excesul de oxidant cu tiosulfat de sodiu.
5.3.4. Metoda bazată pe oxidarea umedă
Se disting două variante principale ale acestei metode, deosebite doar din punct de vedere al condițiilor de lucru:
Tehnica clasică de refluxare la circa 160°C, timp de 2 ore a probelor cu amestecul HSO- KCrO și catalizator.
Varianta Jeris, care utilizează același principiu, cu deosebirea că se lucrează la temperatura standard de 165 ± 1°C, timpul de refluxare fiind de numai 10-15 minute la o cantitate de 10-50 ml probă.
În urma unor studii comparative a acestor două variante, lucrându-se la temperaturi, timp de digestie și volume de probe diferite, s-a ajuns la concluzia că pentru compușii organici care nu conțin azot sau sulf în moleculă se obține un randament de aproximativ 95% oxidare în primele 10 minute, dupa atingerea temperaturii de 165°C, la un volum de 10 ml probă. O mărire a gradientului de temperatură nu este avantajoasă, dat fiind descompunerea amestecului oxidat.
5.3.5. Metoda bazată pe combustia la temperaturi ridicate
Procedeele bazate pe oxidarea umedă cu bicromat de potasiu, se caracterizează în principal prin două inconveniente: interferența clorurilor și altor componenți organici și randamentul foarte scăzut de oxidare a unor substanțe organice ciclice sau policiclice, de tipul naftalinei, antracenului, acidului toluensulfonic, etc. Ca urmare, o serie de laboratoare au adoptat oxidarea uscată, numită și combustia la temperaturi ridicate, proces care are loc în prezența oxigenului și a unui catalizator. Deși la prima vedere exista tendința considerării acestei procedee, drept motode pentru dozarea carbonului organic total, după cum se va vedea în cele ce urmează, o serie de particularități au condus la includerea acestora în măsurătorile CCO.
5.3.5.1. Sisteme Philips
Un procedeu deosebit față de sistemele cunoscute de determinare a CCO a fost introdus de către firma Philips. Aceasta nu are la bază nici măsurarea variației concentrației în Cr sau Cr, nici cantitatea de dioxid de carbon formată în sistem, ci măsurarea consumului de oxigen necesar oxidării compușilor organici din proba de analizat. Deși condițiile de oxidare sunt identice cu cele utilizate la determinarea carbonului organic total – combustie la 900°C în prezență de catalizator, prin faptul că se determină deficitul de oxigen și nu dioxidul de carbon format, acest procedeu a fost inclus în cadrul CCO.
Determinarea durează mai puțin de două minute, putându-se coborî limita de detecție pentru valorile CCO până la 1 mg O/l și înlăturându-se marea majoritate a dificultăților caracteristice sistemelor Technicon. În plus, metoda poate fi adaptată la la supravegherea și controlul continuu al calității apelor, datele putând fi transmise la distanță prin diferite sisteme.
Partea principală a echipamentului o constituie un sistem format din două celule de oxid de zirconiu de formă tubulară, prevăzute în interior cu câte un electrod de platină poroasă, și cu doi electrozi de formă inelară, din același material pe partea exterioara. Dacă în incinta unei celule se introduce un amestec de gaze, printre care și oxigen, diferența de potențial dintre electrodul interior si unul din cei exteriori va fi o funcție de diferența de presiune a oxigenului pe partea inferioară și cea exterioară celulei.
Menținându-se constantă presiunea exterioară a oxigenului, adică presiunea atmosferică, este posibil astfel să se determine concentrația oxigenului în interiorul cilindrului, din măsurători de potențial. Cilindrul de oxid de zirconiu acționează ca o celulă potențiometrică și ca urmare potențialul electrodului de măsură va fi o funcție logaritmică de concentrație, conform legii lui Nernst.
Celula de oxid de zirconiu prezintă și proprietatea inversă: dacă se trece un curent electric de la electrodul interior spre cel de-al doilea electrod exterior, oxigenul din incinta celulei este transportat prin pereții acesteia, într-o măsură direct proporțională cu intensitatea curentului aplicat, conform legilor lui Faraday, direcția de difuzie a oxigenului fiind o funcție de sensul curentului. Dacă diferența de potențial de la electrozii de măsură se compară cu un potențial de referință constant, iar diferența dintre aceste ultime valori, după amplificare, se convertește într-un curent ce alimentează electrodul interior, concentrația de oxigen, respectiv debitul de gaze ce trece prin celula de oxid de zirconiu poate fi menținut constant. Orice deficit de oxigen poate fi astfel ușor de dozat prin măsurarea curentului aplicat, corectarea deficitului sau a unui mic exces de oxigen fiind detectată și modificată automat prin intermediul celulei de oxid de zirconiu.
Din măsurarea deficitului de oxigen, ca urmare a consumării acestuia prin oxidarea la 900°C a substanțelor organice prezente în proba de analizat, se determină CCO.
5.3.5.2. Varianta CCO
Această metodă se bazează pe oxidarea la 875°C, în prezența platinei drept catalizator, a materialului organic cu dioxid de carbon, conform reacției:
CHNO+ m CO( m + a) CO + HO + N (1)
Dacă se compară această ecuație cu cea corespunzătoare oxidării obișnuite,
CHNO+ Oa CO+ HO + N, (2)
se poate vedea cum cantitatea de monoxid de carbon produsă în reacția (1) este egală cu cantitatea de oxigen ce ar fi necesară pentru a oxida același sistem – reacția (2).
Procedeul nu diferă de tehnica obișnuită a dozărilor de carbon organic total: o probă cu un volum de până la 20 µl este injectată într-un curent de dioxid de carbon și supusă oxidării la temperatura de 875°C, produsul de reacție – monoxidul de carbon, fiind apoi dozat în IR. Pentru standardizare se folosesc soluții de acetat de sodiu. Deoarece prezența oxigenului ar conduce la oxidarea compușilor organici din probă, monoxidul de carbon este trecut în prealabil printr-o coloană de purificare încălzită la 500 – 550°C.
Întrucât rezultatele obținute prin acest procedeu diferă foarte puțin de valorile teoretice corespunzătoare analizei de CCO, determinările prin oxidare cu dioxid de carbon la 875°C au fost numite determinări de CCO, respectiv de consum chimic de oxigen în 2 minute.
Utilizarea acestei metode are o serie de avantaje:
metoda este foarte avantajoasă față de oxidarea umedă cu bicromat de potasiu, datorită timpului scurt al acestei analize, de aproximativ 2 minute;
randamentul de oxidare este mai mare decât în tehnica oxidării umede;
carbonații nu interferează în determinare cum se întâmplă în cazul dozărilor COT. Dezavantajele acestei metode sunt:
prezența clorurilor conduce la erori pozitive în determinare;
sulfații reacționează cu dioxidul de carbon formând SO în operația de combustie;
fosfații cauzează același efect, însă în măsură mai mică;
azotații sunt oxidați în determinările de CCO, spre deosebire de tehnica clasică;
la unii compuși organici volatili, cum sunt acetona și fenolul, rezultatele sunt mai mici cu 10 – 15% față de valoarea teoretică;
spre deosebire de tehnica clasică, în determinările CCOsunt incluși și compuși cu legături N – H, cum sunt: ureea, amoniacul și proteinele;
nitroderivații, în concentrație mai mari duc la erori negative în determinările CCO, lucru explicabil probabil prin contribuția oxigenului din aceste grupări la oxidarea carbonului și hidrogenului la temperaturi ridicate, fenomen care nu este întâlnit în oxidarea umedă;
cuprul sau fierul pot fi oxidanți sau reducători în timpul combustiei, cauzând în același timp o otrăvire temporară a catalizatorului;
datorită volumului mic de probă cu care se lucrează, apar probleme legate de reproductibilitatea rezultatelor si efectul suspensiilor solide.
Aceasta metodă are rezultate satisfăcătoare pentru o serie de efluenți la care raportul CCO/ CCO este de 1,10 ± 0,07.
5.4. Metode de determinare a carbonului organic total
Cu toate că metoda Jeris de determinare a CCO-ului creează unele avantaje din punct de vedere al reproductibilității și operativității, în general, metodele de oxidare umedă cu bicromat se caracterizează printr-un dezavantaj principal – în cazul unor probe încărcate cu compuși organici, care conțin sulf și azot, se obțin randamente sub 70%. Mai mult, temperaturile de peste 160°C conduc la erori însemnate datorită descompunerii bicromatului, iar însăși operația de titrare ulterioară în prezența feroinei se caracterizează prin dificultăți în sesizarea punctului de echivalență.
S-au elaborat o serie de variante pentru dozarea carbonului organic total, prescurtat COT, urmărindu-se următoarele aspecte:
determinarea procedurii optime de oxidare a compușilor organici;
alegerea unei metode adecvate dozării produșilor rezultați.
5.4.1. Procedee bazate pe oxidarea umedă
Acest gen de sisteme au la bază principiul oxidării umede cu diferiți agenți oxidanți, în final măsurându-se cantitatea de dioxid de carbon formată.
5.4.1.1. Determinarea carbonului organic prin oxidare cu bicromat de potasiu
Acest procedeu este de fapt procedeul de determinare a CCO, cu deosebirea că nu se urmărește consumul de bicromat ci cantitatea de dioxid de carbon rezultată în timpul reacției. Pentru a se obține o operativitate mai ridicată, s-a utilizat un circuit complet închis, unde bioxidul de carbon eliberat în urma oxidării umede la 160°C este barbotat în hidroxid de bariu. Pentru înlăturarea oxizilor de sulf se utilizează o coloană cu granule de PbCrO, oxizii de azot fiind descompuși prin trecerea gazelor printr-o coloană de CuO supraîncălzită. Totodată, gazul este trecut printr-o soluție de indicator care arată când sistemul este liber de CO. În final, se utilizează procedeul titrimetric cunoscut, din care se determină cantitatea de carbon organic.
Cu toate că din punct de vedere al interferențelor unor compuși anorganici, determinarea COT pe calea oxidării umede este net superioară analizei CCO uzuală, pentru dozări în serie nu se obțin performanțe remarcabile, limitarea principală fiind aceeași ca la determinările CCO: unii componenți organici din apele de suprafață și îndeosebi uzate fiind mai mult sau mai puțin oxidați. Procedeul este însă util în cazul analizei nămolurilor din lacuri și râuri, unde determinarea dioxidului de carbon după oxidarea umedă este de preferat.
Principalul factor care afectează acuratețea rezultatelor este absorbția cantitativă a dioxidului de carbon în hidroxid de bariu. Totodată, erorile pot apărea și datorită îndepărtării incomplete a oxizilor de azot și sulf ce se pot forma în decursul oxidării. La toate acestea mai poate fi adăugat și faptul că operația de titrare nu este ușor de automatizat. Ca urmare, varianta se utilizează mai mult la analiza de nămol.
5.4.1.2. Dozarea carbonului organic prin oxidare cu persulfat de potasiu
Relativ recent a fost prezentat în literatura de specialitate un nou aparat pentru determinarea COT, caracterizat printr-o serie de performanțe:
volumul de probă cu care se lucrează este de 10 ml;
există posibilitatea de a se lucra cu probe care conțin suspensii solide;
sensibilitate foarte ridicată;
probele pot fi prelucrate pe teren, nemaifiind necesară adăugarea unor reactivi de fixare a probelor sau congelare a acestora;
conținutul de cloruri nu influențează determinarea.
Principiul metodei:
Probe de apă de 5 sau 10 ml se supun oxidării umede cu HPO+ KSOpentru o perioadă de patru ore. Se determină apoi conținutul de dioxid de carbon rezultat ca urmare a oxidării substanțelor organice prin analize în IR. Pentru îndepărtarea dioxidului de carbon anorganic, probele la care s-a adăugat amestecul de mai sus se aerează cu oxigen purificat timp de 6 minute.
Oxidarea umedă nu reflectă valoarea COT ci numai a carbonului organic ce poate fi oxidat în aceste condiții. Ca urmare, nu toți compușii organici pot fi determinați pe această cale.
Practic însă, pentru apele de suprafață și cele menajere, există posibilitatea ca marea majoritate a componenților organici să fie oxidați în proporție de peste 90%. Nu același lucru poate fi afirmat pentru unii efluenți industriali uzați, la care randamentul în unele cazuri particulare poate fi sub 10%.
Cu toate că unul din avantajele acestui sistem îl constituie posibilitatea de a se lucra la conținuturi mari în suspensii solide, aparatul este utilizat pentru dozarea carbonului organic sub formă dizolvată, pentru cel aflat sub formă de suspensii fiind necesară așa numita determinare de carbon organic „particular”. Această fază de filtrare prealabilă a probelor prin filtre cu fibre de sticlă, respectiv separarea suspensiilor, nu este aplicabilă și la particule coloidale.
Pentru purificarea oxigenului folosit la îndepărtarea dioxidului de carbon anorganic, se întrebuințează o coloană de oxid de cupru încălzită la 400 – 440°C.
O fază importantă o constituie operația de digestie propriu-zisă. În cazul în care se dispune de un autoclav, fiolele se mențin la 130°C timp de 4 ore. În lipsa autoclavului se lucrează cu un dispozitiv special – un cilindru de oțel cu 86 de locașuri, pentru fiole de 10 ml și un disc pentru menținerea poziției corecte a acestora. Printr-un sistem termostat se încălzește apa din vas, respectiv presiunea externă a vaporilor va egala presiunea vaporilor din interiorul fiolelor. Tot ansamblul se pune într-o etuvă la 175°C, pentru o perioadă de 24 ore.
5.4.2. Combustia la temperaturi ridicate
Pentru asigurarea unui randament de peste 90% în oxidarea unei game largi de substanțe organice, o serie de metode de analiză a carbonului organic din ape au la bază combustia la temperaturi ridicate. Se disting în acest sens mai multe metode frecvent aplicate în controlul calității apelor.
5.4.2.1. Sistemul Beckman
Primele versiuni ale acestor echipamente includeau în valoarea COT atât carbonul organic cât și cel anorganic. Deoarece ultimii componenți nu pot fi luați în considerare la evaluarea con0inutului total de substanțe organice, au fost elaborate o serie de metode pentru pretratarea probelor.
Într-o primă variantă s-a adoptat procedeul clasic de precipitare cu hidroxid de bariu. Deoarece s-a constatat că în precipitatul de BaCO se adsorb unii componenți organici, ulterior s-au utilizat celule de difuzie la care un volum de probă, după acidulare cu acid clorhidric este aerat cu un gaz inert(azot sau aer purificat). Deși această ultimă alternativă este mai practică la prima vedere, fiind de altfel folosită de către o serie de firme sau de laboratoare datorită faptului că în operația de antrenare se pot pierde unii componenți volatili. Pentru a preîntâmpina acest lucru trebuie avute în vedere o serie de tehnici complicate. La echipamentul Beckman se folosește o altă cale, care înlătură aceste dezavantaje.
Principiul metodei:
Se ia un volum de 20 până la 200 µl de probă, în funcție de domeniul de concentrație. Acest volum este injectat într-un curent de aer purificat în preralabil și trecute într-un tub de combustie încălzit la 950°C, conținând ca masă catalitică oxid de cobalt impregnat cu azbest. Proba este vaporizată instantaneu, iar materialul organic este transformat în CO, SO și HNO. Gazul purtător cu vaporii de apă și produșii de reacție este trecut printr-un condensator, unde se rețin alături de vaporii și oxizii de sulf sau azot eventual formați. În final, dioxidul de carbon remanent în faza gazoasă este dozat în IR.
În a doua operație, o probă cu un volum identic celui din prima fază se injectează în curentul de gaz purtător, de unde este trecut în o a doua coloană de reacție, încălzită la 150°C, temperatură la care nu se produce oxidarea componenților organici, ci numai îndepărtarea carbonului organic. Faza gazoasă astfel obținută este tratată ca și la prima operație.
Din diferența rezultatelor obținute în prima și a doua operație rezultă conținutul în carbon organic total. Pentru calibrare se foloseste acidul oxalic sau ftalatul de potasiu.
Materiile în suspensie cauzează erori determinării și ca urmare trebuie îndepărtate în prealabil sau reduse ca dimensiuni, astfel încât sa poată trece prin acul de injectare a probei. Acest lucru, alături de faptul că 20 – 200 µl nu constituie un volum reprezentativ pentru probă, reprezintă principalele limitări ale metodei.
La concentrații mai mari de 4 000 mg C/l sau la conținuturi ridicate în acizi, baze sau săruri, trebuiesc făcute diluțiile corespunzătoare.
Analiza unei probe durează de la 2 la 4 minute, cu o precizie de ± 5% până la 10 mg C/l și ± 2 % pe intervalul 50 – 4 000 mg C/l, per analiză consumându-se circa 300 cm aer sau oxigen/minut.
5.4.2.2 Sistemul Maihak
Ca principiu, metoda este asemănătoare celorlalte variante descrise, deosebirile principale existând însă la sistemul de injectare a probei și la camera de combustie.
Probele de analizat, de volum mare – 20 – 50 ml, se introduc în mod continuu cu o viteză de cca 2 ml/minut în camera de reacție. Aerul este circulat în aparat printr-o diafragmă și trecut deasupra unei coloane încălzite care conține catalizatori de platină pentru îndepărtarea oricărui compus eventual existent în faza gazoasă. Ulterior, aerul este uscat pe o coloană de CaCl și trecut printr-o umplutură de azbest pentru a se îndepărta urmele de dioxid de carbon. Odată purificat, aerul este utilizat drept gaz purtător al probei injectate continuu și al dioxidului de carbon rezultat în combustie.
Oxidarea are loc practic în două trepte:
într-o primă fază, componenții organici sunt oxidați la monoxid de carbon și dioxid de carbon, ca urmare a încălzirii bruște la 600°C;
monoxidul de carbon este transformat apoi în dioxid de carbon.
Faza gazoasă este trecută într-un condensator, vaporii de apă fiind îndepărtați printr-un sifon, care are și rolul de a preveni intrarea aerului în circuit. Deoarece determinarea în IR nu este afectată prea mult de prezența vaporilor de apă, randamentul procesului de condensare nu este foarte important.
Partea deosebită a acestui sistem o constituie modul de injecție continuă a probei, asigurându-se pe acestă cale posibilitatea analizei unui volum de probă mai mare(40 – 50 ml), în comparație cu cei 10 – 20 µl din aparetele Beckman sau asemănătoare.
Înainte de a intra în camera de combustie, proba este acidulată cu acid azotic, după care este trecută printr-un tub cu masă filtrantă, ce înlătură orice material sub formă de suspensie.
Principalele avantaje ale acestei metode sunt:
datorită faptului că sistemul este alcătuit din cuarț, se poate realiza cu ușurință în laborator, iar corodarea este mai redusă;
prin sistemul de injecție continuă a probei au fost rezolvate și unele deficiențe de ordin teoretic și practic referitoare la găsirea unui interval optim de contact între probă și catalizator, timpul necesar revenirii la temperatura de ardere după primul impact, conductibilitatea termică în sistem, aspectele cinetice corespunzătoare transformării monoxidului de carbon în dioxid de carbon, toate acestea fiind probleme deosebit de importante în cazul coloanelor metalice cu umplutură de oxid de cupru, azbest platinat sau azbest de cobalt;
tot datorită platinei, se poate lucra la temperaturi de 600 °C, puterea rezistenței fiind de numai 1,5 kW.
Dezavantajele utilizării acestei metode sunt următoarele:
suspensiile fac imposibilă utilizarea acestei variante. Din cauza faptului că se tinde spre dozarea carbonului total nu numai din apele de suprafață ci și din apele menajere sau efluenți industriali, acest dezavantaj limitează sfera de aplicabilitate a sistemului;
prin această metodă se pot pierde unii compuși organici volatili. Compușii organici de tipul cloroformului sau tetraclorurii de carbon nu pot fi analizați pe această cale;
analiza durează 30 de minute, acest timp fiind nesatisfăcător pentru scopuri de automatizări în flux continuu, metoda este aplicată la determinări în flux intermitent.
5.4.2.3. Sistemul Tocsin Analyser
Procedeul este similar celui descris la echipamentul Beckman, principala deosebire constând în modul de dozare a produșilor formați. Dioxidul de carbon este redus catalitic la metan, care se determină prin intermediul unui detector cu ionizare în flacără.
Într-un timp de 2 – 5 minute se poate determina COT pe intervalul 0,01 – 10 000 mg/l C cu o precizie remarcabilă.
Echipamentul este destinat atât determinărilor manuale cât și analizelor automate în flux continuu.
5.4.2.4. Alte tipuri de sisteme
Principalele incoveniente ale variantelor tehnice descrise anterior le constituie limitarea la volume foarte mici de probă (10 – 100 µl) și imposibilitatea dozării COT din probe cu un conținut de materii în suspensie, ambele limitări ducând la erori în prelucrarea unei probe semnificative. De asemenea, prezența anionilor comuni: NO, Cl, SO, PO, nu stânjenește analiza COT dacă se găsesc în concentrații mai mici de 1%. O concentrație mai mare de cloruri sau aciditatea ridicată, produc o ceață care influențează determinarea în IR.
În acest sens, s-au testat comparativ două variante noi de dozare a COT, prin combustie, la temperaturi ridicate, avându-se în vedere următoarele elemente:
posibilitatea analizării unor probe de volum mai mare;
influența pretratării probelor pentru îndepărtarea carbonului anorganic asupra valorilor COT;
stabilirea parametrilor camerei de combustie pentru oxidare cu randament maxim;
alegerea unui sistem convenabil de determinare a produșilor de reacție;
automatizarea completă a variantei optime, pentru a fi folosită la dozări continue de COT la stații automate de control.
În prima variantă, proba de analizat, având un volum de 3 ml, după o prealabilă îndepărtare a carbonului anorganic, a fost introdusă într-o coloană de oxid de cupru, unde, la circa 800°C, conținutul organic este transformat în dioxid de carbon, oxizi de azot și sulf, în cazul în care aceste elemente există în structura moleculară a compușilor organici din apa supusă analizei. După combustie, vaporii de apă condensează în două refrigerente metalice. Oxizii de sulf și azot sunt reținuți într-un vas.
Sistemul este capabil să efectueze dozări de COT la probe cu o încărcare rezonabilă în suspensii solide, timpul necesar unei singure analize fiind de 2 – 3 minute.
Prin utilizarea acestei metode, îndepărtarea carbonului anorganic prin acidulare și barbotare creează uneori pierderi în substanțele organice volatile și coagularea unor suspensii în timpul acidulării. Acest lucru a fost confirmat prin diferența dintre carbonul îndepărtat prin aerarea probei acidulate și cel determinat prin metodele clasice pentru carbon anorganic. Exceptând apele de suprafață, valorile conținutului de carbon al componenților volatili sunt nesemnificative, ele conducând la erori rezonabile în determinările COT.
Cea de-a doua variantă, utilizată de altfel la echipamentul Beckman, înlătură în parte aceste dezavantaje. În acest caz se utilizează temperaturi de 150°C, temperaturi care, deși scăzute, pot determina descompunerea unor compuși organici. La temperaturi ceva mai ridicate, de 175°C, acidul oxalic și acidul citric încep să se descompună.
Alți compuși cum sunt acetatul de calciu, acidul formic, alcoolul metilic, acidul butiric, acidul ftalic, acidul benzoic, acidul acetic, s-au dovedit a fi stabili la 150°C. În schimb, acidul azotic și azotos, cât și sărurile acestora, în cantități mari sau la 175°C, absorb în aceeași regiune a spectrului IR prin oxizii rezultați, ca și dioxidul de carbon, interferând astfel în dozările de COT.
Ca urmare, se acceptă în continuare ideea folosirii variantei clasice, adică aerarea probei acidulate, ea fiind mai simplă și oferă în același timp o precizie rezonabilă pentru o categorie largă de ape.
Reproductibilitatea rezultatelor la încărcarea organică mai mare este uneori sub ± 10%, lucru ce se explică fie prin timpul de contact scăzut cu umplutura de oxid de cupru, fie prin inacuratețe în analiza probelor martor. În acest sens, s-a adoptat ideea recirculării gazelor de ardere obținute, care deși dublează timpul necesar unei analize, asigură oxidarea totală a monoxidului de carbon la dioxid de carbon, îndepărtarea oxizilor de azot și sulf, facilitând în același timp și un randament mai mare de absorbție a dioxidului de carbon în hidroxid de bariu.
La o încărcare mai mare în suspensii, valorile COT sunt mai mici decât cele obținute prin determinarea dioxidului de carbon de la oxidarea umedă cu bicromat.
Coloanele de oxid de cupru, deși asigură oxidarea completă a substanțelor organice la temperaturi de 750 – 800°C, după un timp relativ scurt (2 luni), trebuie schimbate, datorită blocării coloanelor.
Oferind posibilitatea de a se lucra pe volume mai mari de probă – 3 ml față de maxim 100µl în sistemele descrise anterior și putând efectua analize de COT pe probe cu o încărcare rezonabilă în suspensii, varianta a fost adoptată pentru automatizarea conținutului încărcării organice globale la epurarea apelor uzate orășenești.
Pentru a înlătura dezavantajul blocării coloanelor de oxid de cupru, s-a studiat posibilitatea înlocuirii acestora cu alte umpluturi, mergându-se însă pe aceeași idee a folosirii unui volum de probă de 3 ml.
5.5. Râul Crișul Repede
5.5.1. Caracteristici generale ale apelor curgătoare
Atât apa de izvor cât și apa de precipitație care nu se infiltrează în sol, se deplasează în sensul pantei, adică de la o altitudine mai înaltă spre una mai joasă.
Orice apă se caracterizează printr-un anumit debit, evaluat în m pe secundă și printr-o anumită viteză de curgere. Debitul variază în funcție de abundența precipitațiilor care cad în bazinul de colectare al apelor, de sezon și de coordonatele geografice ale acestora. Apele curgătoare cu cel mai mare debit sunt cele din zona ecuatoeială. În regiunile polare debitul apelor curgătoare este foarte redus. Cel mai constant debit îl au apele din regiunile tropicale.
În țara noastră, de-a lungul unui râu, se pot distinge trei tipuri de regimuri: un regim montan, unul variabil, în zona mijlocie, și unul constant, în zona inferioară. Astfel, din acest motiv, apele curgătoare au regimuri complexe, după lungimea lor.
Curgerea apei are loc într-o albie. În general, albia unei ape curgătoare are trei sectoare distincte:sectorul pârâului, sectorul râului și sectorul fluviului, sau în cazul unei ape mari, cursul superior, mijlociu și inferior.
Forța care determină curgerea apei este gravitația, iar înclinarea pantei influențează viteza de curgere. Asupra vitezei de curgere acționează însă și curburile albiei, în care se creează forțe centrifuge care pot determina creșterea vitezei de curgere pe anumite porțiuni sau micșorarea acesteia pe alte porțiuni.
Mișcarea continuă a moleculelor de apă de la izvor până la vărsare este factorul cel mai important care acționează asupra organismelor și asociațiilor de organisme ce populează acest mediu. Viteza de mișcare are un rol important în dimensiunea materialului transportat și menținerea lui în stare de suspensie.
Apele curgătoare au anumite particularități:
adâncimea – variază de la câțiva centimetri la câțiva metri.
lățimea – este variabilă, putând ajunge chiar la câțiva kilometri.
curentul apei – este elementul esențial care determină orientarea, mișcarea și forma organismelor din apele curgătoare.
transportul – apele curgătoare transportă diferite materiale, desprinse din albie sau mal, sub acțiunea forței cauzată de rostogolirea moleculelor de apă. Acesta diferă ca dimensiune în funcție de viteza de curgere a apei. Cu cât viteza de curgere este mai mare, cu atât dimensiunea materialelor transportate este mai mare . Astfel, în cursul superior, dimensiunea acestora va fi mai mare în compareție cu cele din cursul mijlociu și inferior.
curgerea – apele curgătoare nu rămân niciodată în staționare.
Viteza de curgere a apei în lungul albiei nu este uniformă. Biotopul în care viteza apei este mare se numește „lotic”, iar cel în care vitaza de curgere este mică se numește „lenitic”. Curgerea este influențată de neregularitățile albiei, care opun rezistență la scurgerea apei. Curgerea apei poate fi turbulentă, adică neregulată sau laminară, când particulele de lichid se mișcă pe direcții paralele și care se observă la debite și viteze mici ale lichidului.
Pe parcursul unei ape curgătoare, transparența acesteia variază destul de mult. Gradul de tulburare crește în mod normal de la izvor la vărsare. Tulbureala variază de asemenea invers proporțional cu temperatura. Temperatura apei crește în general de la izvor spre vărsare. Local, aceasta poate fi influențată și de adâncime, viteza curentului, materialul transportat, temperatura afluenților, expunerea la soare, perioada din zi și de anotimp. Stratificația termică lipsește în apele curgătoare. Cunoașterea variației temperaturii este importantă pentru metabolismul organismelor acvatice și pentru studiul ecologic al apelor curgătoare.
Concentrația în ioni de hidrogen a apelor curgătoare, adică pH-ul este cuprins în general între 3 și 9. Organismele vii reacționează foarte diferit la modificările de pH.
Numărul organismelor din apele curgătoare scad odată cu creșterea vitezei de curgere a apei. Spre izvoare, numărul de specii este mult mai redus decât la vărsare. Pe lîngă viteza de curgere, acest lucru este influențat și de temperatură, debit și de oxigenare.
5.5.2. Bazinul hidrografic
Prin bazin hidrografic se înțelege suprafața de teren de pe care cursul natural își adună apele.
Limita bazinului hidrografic este dată de cumpăna apelor, care este reprezentată de crestele versanților de pe care apele de suprafață se scurg în direcții opuse. Deoarece cursul de apă este alimentat nu numai de apele ce se scurg la suprafața terenului, ci și de apele subterane, el are în același timp și un bazin hidrografic subteran delimitat de o cumpănă subterană a apelor.
Suprafața de colectare a apelor se stabilește pe harta topografică, în funcție de relieful reprezentat prin curbe de nivel. Ea este ușor de precizat în zonele de munți și dealuri, unde cumpăna este evidentă. În zona de șes, pentru precizarea liniei de separare a apelor, uneori este nevoie de executarea unor studii topografice de detaliu.
Mărimea suprafeței bazinului hidrografic poate suferi modificări în timp, datorită schimbărilor geomorfologice provocate îndeosebi de procesele de eroziune. Modificări substanțiale se produc în special prin intervenția directă a omului.
Bazinele hidrografice au trei categorii de caracteristici: climatice, fizico – geografice și geometrice. Primele două categorii se referă în special la precipitații, evaporație, relief, sol, structură geologică, vegetație, etc. Ele influențează scurgerea apei la suprafața terenului. Cea de – a treia categorie de factori exercită o influență puternică asupra scurgerii apei în albie. Se știe că, în general, debitul unui curs de apă crește pe măsură ce suprafața bazinului hidrografic devine mai mare. În același timp, variațiile de debit scad. De asemenea, bazinele de formă rotundă sau în evantai, dau debite maxime mai mari decât cele înguste și lungi, deoarece pot fi acoperite pe o întindere mai mare de către o ploaie, iar apele scurse ajung aproape în același timp într – un punct din aval.
Totalitatea căilor de concentrare a apei din cuprinsul unui bazin hidrografic formează rețeaua hidrografică. Ea este formată din cursul principal și afluenții săi. Se deosebește o rețea hidrografică permanentă și una periodică. Rețeaua permanentă este alcătuită din pâraie, râuri, prin care se scurge permanent un curent de apă, iar cea periodică este alcătuită din totalitatea torenților, ogașelor, vâlcelelor, șanțurilor și a altor forme adâncite de teren prin care se scurg apele după ploi sau la topirea zăpezilor.
Principalele caracteristici ale rețelelor hidrografice sunt lungimea și densitatea. Lungimea rețelei este determinată de lungimea tuturor văilor respective, iar densitatea este raportul dintre lungimea totală a rețelei și suprafața bazinului de recepție.
5.5.2.1. Managementul apei la nivel de bazin hidrografic
După anul 1989, în România, în noile condiții social-economice, a fost elaborată și promovată Legea nr.107/1996, cunoscută și ca Legea Apelor, care a introdus principii noi de gospodărire a apelor, pe baza implicării mai mari în managementul bazinului hidrografic. Astfel legea prevede inființarea unei structuri care să permită o mai bună cunoaștere a problemelor de gospodărire a apelor la nivelul bazinului hidrografic și de către principalii beneficiari ai activităților și serviciilor specifice de gospodărire a apelor.
Pentru crearea mecanismelor de consultare la toate nivelele, cum ar fi colectivitățile locale, utilizatorii din bazinul hidrografic, beneficiarii serviciilor de gospodărirea apelor,
s-a prevăzut crearea Comitetelor de bazin, organizate teritorial la nivelul Direcțiilor de Ape ale Administrației Naționale « Apele Romane». Obiectivele fundamentale care au stat la baza creării acestor structuri au fost: implicarea în activitatea decizională a beneficiarilor din teritoriu, respectiv colaborarea eficienta a organismelor teritoriale de gospodărirea apelor cu organele administratiei publice locale, pentru menținerea echilibrului între conservarea si dezvoltarea durabilă a resurselor de apă.
Din Comitetele de bazin, care numără fiecare câte 15 membri, în afara responsabililor din domeniul gospodăririi apelor, mai fac parte reprezentanți ai Prefecturilor, Consiliilor județene, Inspectoratului de Protecția Mediului, Direcțiilor de Sănătate Publică, Oficiilor de Protecție a Consumatorilor, Primari, Utilizatori relevanți din industrie si agricultură, dar și Organizații neguvernamentale.
Participarea diferitelor grupuri de interese la luarea deciziilor conferă o mai mare responsabilitate asupra activitații fiecăruia in parte. Astfel poate fi redus impactul negativ al activităților umane pe întregul bazin hidrografic. Descentralizarea activității, sporirea autonomiei decizionale oferă o abordare pragmatică și la obiect a tuturor problemelor ce necesită rezolvare; colaborarea organelor menționate implicate conduce și la eficientizarea activității legate de calitatea și cantitatea resurselor de apă.
În vederea atingerii scopurilor pentru care a fost creat, Comitetul de bazin are următoarele atribuții :
avizează schemele cadru, inclusiv pe cele locale,
avizează planurile de dezvoltare,
avizează planurile de prevenire a poluărilor accidentale,
avizează planurile de gospodărire integrată a cantității și calității apelor,
aprobă încadrarea în categorii de calitate a cursurilor de apă din bazinele hidrografice,
recomandă priorități privind finanțarea programelor de dezvoltare,
propune revizuirea normelor și standardelor, în sensul de a fi mai exigente decât cele existente la nivel național,
asigură:
informarea publicului privind acțiunile organizate, cu cel puțin 30 de zile înainte de data desfasurării acestora,
dezbateri și audieri publice asupra tuturor problemelor propuse spre aprobare,
accesul publicului la ședințe și la documentele lor oficiale.
Această din urmă atribuție și-o indeplinește pe baza legislației interne existente, respectiv :
Ordinul Ministerului Apelor, Pădurilor si Protecției Mediului nr.281/1997, MO 100/26.05.1997, privind mecanismul de acces la informația de gospodărire a apelor,
Ordinul Ministerului Apelor, Pădurilor si Protecției Mediului nr.282/1997, MO 100/26.05.1997, privind participarea utilizatorilor de apă, riveranilor și publicului în activitatea de consultare.
5.5.2.2. Necesitatea participării comitetelor de bazin la implementarea Directivei cadru privind apa 2000/60/EC
Activitatea Comitetelor de bazin asigură gestionarea cantitativă și calitativă a apelor prin implementarea strategiei și a politicii nationale in domeniu.
În vederea integrării României în Uniunea Europeană, se află în curs de adoptare acquis-ul comunitar, privind inclusiv legislația în domeniul apelor. Ca urmare, România și-a asumat data de 1 ianuarie 2007 pentru încheierea pregătirilor de aderare la Uniunea Europeană, având astfel printre obiective și implementarea Directivei Cadru privind Apa, pentru stabilirea unui cadru de acțiune comunitar în domeniul politicii apei.
Directiva prevede că “pentru a asigura participarea publicului general, inclusiv participarea utilizatorilor de apă, și pentru a actualiza planurile de gestionare a bazinelor hidrografice, se impune furnizarea de informații corespunzătoare cu privire la măsurile planificate și prezentarea de rapoarte privind evoluția punerii în aplicare a acestora, astfel încât publicul general să fie implicat înainte de adoptarea deciziei finale referitoare la măsurile care trebuie adoptate”.
Prin Ordin al ministrului apelor și protecției mediului nr. 913/2001 a fost aprobat conținutul cadru al Planului de gospodărire a apelor la nivel de bazin hidrografic, precum si planul de acțiune în vederea implementării Directivei Cadru. Planul de gospodărire a apelor conține acțiuni, măsuri, responsabilități și termene de realizare. Planurile de gospodărire a apelor, elaborate pe fiecare bazin hidrografic, vor fi supuse spre avizare Comitetelor de bazin.
Trebuie mentionat ca în ințelesul Directivei Cadru privind Apa, noțiunea de bazin hidrografic reprezintă “suprafața de pământ de la care orice curgere de apă converge, printr-o rețea de râuri, fluvii și eventual lacuri, în mare, printr-o singură gură de vărsare, un singur estuar sau o singură deltă”.
Ca urmare pentru regiunea in care se află situată România, este considerat un singur bazin hidrografic, respectiv bazinul Dunării. Astfel, trebuie elaborat un singur Plan de management la nivelul bazinului Dunării. Se impune deci o foarte bună cooperare internațională în vederea armonizării contribuțiilor naționale la Planul de management.
Pentru bazinul hidrografic al Dunării, Comisia Internațională pentru Protecția fluviului Dunărea reprezintă platforma de coordonare a implementarii Directivei cadru privind apa.
Comisia Internațională pentru protecția fluviului Dunărea a stabilit la Plenara de la Sofia, din 27–28 noiembrie 2000, un grup permanent de experți in gospodărirea apelor, format din reprezentanții țarilor dunărene, care are ca scop principal coordonarea elaborării Planului de gospodărire a apelor in bazinul hidrografic al Dunării.
Dimensiunea internaționala a Planului de management conferă inclusiv “participării publicului” această caracteristică.
De aceea Statele Membre ale Uniunii Europene, Norvegia, și Comisia Europeană au dezvoltat, în comun, o strategie pentru sprijinirea implementării Directivei 2000/60/EC privind stabilirea unui cadru pentru acțiunile comunității in domeniul politicii apei (Directiva Cadru privind Apa). Scopul principal al acestei Strategii este acela de a permite o implemetare coerentă și armonioasă a acestei Directive. Accentul este pus pe integrarea de metodologii pentru ajungerea la o intelegere comună a implicațiilor de ordin tehnic si stiințific al Directivei Cadru privind Apa.
5.5.3. Bazinul Crișul Repede
Bazinul Crișului Repede este situat în partea nordică a Munților Apuseni. Crișul Repede este singurul râu care izvorăște din estul acestor munți și-i traversează în întregime, îndreptându-se spre Câmpia de Vest pe care o străbate în totalitate.
Pe teriroriul țării noastre, de la izvor și până la granița cu Ungaria, Bazinul Crișului Repede are o suprafață de 2 425 km. Bazinul hidrografic al Crișului Repede cuprinde toate zonele de relief: munți, dealuri, depresiuni și câmpie.
Unitățile montane sunt reprezentate de: Masivul Vlădeasa, Munții Gilăului, Munții Pădurea Craiului, Munții Plopișului și Munții Meseșului. Unitățile deluroase sunt: Dealurile Oradei și Dealurile Tășadului, iar depresiunile sunt: Depresiunea Huedinului, Depresiunea Vad – Borod și Depresiunea Oradea. Între depresiunile Huedin și Vad se găsește Defileul Crișului Repede. Acesta cuprinde o zonă mai îngustă, de circa patru kilometri, cuprinsă între localitățile Șuncuiuș și Vadu Crișului, zonă care poartă denumirea de Cheile Crișului Repede. Unitatea de câmpie este reprezentată de Câmpia de Vest.
Bazinul Crișului Repede are aspectul unui ovoid mult alungit, cu o puternică gâtuitură la ieșirea către Dealurile de Vest.
5.5.4. Caracteristicile generale ale râului Crișul Repede
Crișul Repede este afluent de ordinul II al Tisei. Izvorul se găsește la o altitudine de 710 metri, în amonte de localitatea Izvoru Crișului și se unește cu Crișul Alb și Crișul Negru pe teritoriul Ungariei. Lungimea totală a râului Crișul Repede este de 211 kilometri, din care 148 de kilometri se află pe teritoriul țării noastre.
Afluenții Crișului Repede se dispun neuniform de o parte și de alta a axului hidrografic principal, dând astfel bazinului o asimetrie pronunțată. Până la Huedin, Crișul nu primește afluenți importanți, doar niște pâraie pe partea stângă, dintra care cel mai important este pârâul Domoș. După părăsirea depresiunii Huedinului, Crișul Repede primește din partea stângă valea Călatei și valea Hențului.
Cei mai importanți afluenți ai Crișului Repede sunt Drăganu și Iada. Tot pe partea stângă, Crișul Repede mai primește o serie de afluenți de o însemnătate mai redusă: Brătcuța, Misir, Dobrinești, Mnierea, Medeș, Cioscoi, Chigic, Sărand, Tășad, hidișel și Peța. Acesta din urmă are o importanță deosebită, deoarece drenează apele izvoarelor termale de la Băile Felix.
Pe partea dreaptă, Crișul Repede primește mai puțini afluenți, dintre care cei mai importanți sunt: Poicul, Semeni, Negrea, Beznea, Borod, Valea Omului, Gepiș, Valea Morii, Huta și Valea la Arini.
Crișul Repede are o direcție generală de curgere est – vest, cu unele mici zone de abatere spre nord – vest sau nord. Acestă direcție este impusă de tectonică, de structură și de captările care au dus la formarea lui.
5.5.5. Proprietățile chimice ale Crișului Repede
Conținutul de substanțe minerale care se găsesc în ape se exprimă prin „mineralizare”. Valorile mineralizării depind de o serie de factori, dintre care cei mai importanți sunt: așezarea geografică, relieful, clima, structura geologică, debitul lichid și activitatea social – economică a omului.
În funcție de așezarea geografică a bazinului, mineralizarea are valori mici în unitățile montane, crește în cele deluroase, fiind maximă în zonele joase, de câmpie.
Dintre factorii climatici, un rol deosebit îl au precipitațiile, gradul de mineralizare fiind invers proporțional cu acestea.
Geologia influențează mineralizarea, în sensul că, în regiunile cu roci cristaline și eruptive, mineralizarea este mică, așa cum este în regiunea Iad și Drăgan, în timp ce în regiunile cu roci moi, cum sunt argilele și marnele, mineralizarea este crescută, așa cum este cazul regiunii Huedin.
Mineralizarea este invers proporțională cu debitul lichid. Cea mai slabă mineralizare apare în timpul debitelor maxime, de primăvară. Cea mai ridicată mineralizare se înregistrează în perioadele de secetă, în special vara.
Crișul Repede prezintă o situație deosebită față de alte râuri la care mineralizarea crește de la izvoare spre vărsare. În zona sa de izvoare și mai ales în Depresiunea Huedin, Crișul Repede are o mineralizare mai mare decât în cursul său mijlociu. Valoarea mineralizării este de 295 – 320 mg/l, valoare ce îl încadrează în clasa râurilor cu o mineralizare mijlocie. Acestă mineralizare mai ridicată se datorește în primul rând, alcătuirii geologice, formată din sedimente moi, în special din argile și marne, precum și faptului că izvorul Crișului este situat într-o unitate depresionară cu relief deluros relativ evoluat.
În amonte de Bratca, mineralizarea Crișului se reduce sub 200 mg/l, situându-se astfel în categoria râurilor cu o mineralizare scăzută. Acestă scădere a mineralizării se datorește în special afluenților Crișului, care izvorăsc din zona montană și străbat roci cristaline și eruptive. Este vorba de valea Hențului, valea Drăganului și valea Iadului.
Mineralizarea începe să crească după ce râul trece de localitatea Vadu Crișului, astfel că la Oradea, Crișul Repede se încadrează în clasa râurilor cu o mineralizare mijlocie, având valoarea de 230 mg/l.
În ceea ce privește duritatea, apele Crișului oscilează între 6 și 18 grade germane, fiind ape cu o duritate potrivită. Apele Drăganului și Iadului au o duritate mai mică, de aproximativ 4,2 grade germane, încadrându-se în categoria apelor moi, condiționate în primul rând de formațiunile geologice dure prin care curg.
Apele Crișului au un pH care oscilează în jurul valorii de 7 și un conținut de dioxid de carbon mai mic de 5 mg/l.
Crișul Repede prezintă o valoare scăzută a procentului de oxigen în orașul Oradea. Acest lucru se datorește în special fabricilor din această zonă.
În studierea calității apei Crișului Repede, s-au ales o serie de puncte pentru recoltatul probelor de analiză, fixate în general în zona de izvoare a râului, în amonte și aval de principalele surse de impurificare.
Principalele stații de colectare a probelor din bazinul Crișului Repede sunt în număr de opt și sunt localizate astfel: în amonte de Huedin, în aval de Huedin, în amonte și aval de Aleșd, în amonte și aval de Oradea, în aval de confluența cu pârâul Peța și la Cheresig, înainte de a părăsi teritoriul țării noastre.
Cele mai importante surse de poluare a apei Crișului Repede sunt: apele reziduale ale orașului Huedin, apele de la fabrica de produse refractare Helios de la Aleșd, apele reziduale de la fabrica Holcim de la Chistag, apele care provin de la canalizarea orașului Oradea și cele care provin de la unele fabrici cum sunt: fabrica de zahăr, fabrica de ulei industrial, fabrica de alumină, îtreprinderea Sinteza și altele.
Pârâul Peța este impurificat de către apele fecaloid – menajere de la Băile Felix și 1 Mai precum și de apele reziduale din zona Palota.
Analize biologice s-au făcut în scopul punerii în evidență a populațiilor caracteristice de organisme vegetale și animale și în funcție de acestea s-a stabilit gradul de curățenie sau de murdărire al apei. S-au luat în considerare în special organismele bentonice, deoarece ele au o legătură mai strânsă cu fundul râului, nedeplasându-se odată cu curentul. Dintre acestea, asociațiile macronevertebratelor sunt cele care stabilesc calitatea apei.
În amonte de Huedin, apa Crișului Repede este bună, încadrându-se în zona – mezosaprobă, cu valoarea gradului de curățenie de circa 70%. Deși apa este curată, asociațiile de organisme bentonice sunt puțin variate și numărul de indivizi este mic. Acest lucru se datorește condițiilor deosebite pe care le are Crișul Repede în zona sa de izvoare, cu totul diferite de alte cursuri superioare. În Depresiunea Huedin, Crișul Repede are un curs lent, cu viteze de până la 0,6 m/s, cu o albie puternic meandrată, cu fundul tapetat de pietriș și nisip.
Apa Crișului Repede, la stațiile din amonte și avale de Aleșd, cât și amonte de Oradea, oferă condiții favorabile dezvoltării organismelor de fund. Viteza este mai mare decât în cursul superior, fiind cuprinsă între 0,7 și 3 m/s, iar fundul apei este tapetat cu bolovani. Asociațiile de organisme animale sunt variate și bogate ca număr de indivizi, ele fiind în general indicatori ai apelor curate. În aceste zone, gradul de curățenie este de 80%, încadrându-se în zona – mezosaprobă.
În avale de Oradea, dar mai ales după confluența cu pârâul Peța, calitatea apei Crișului Repede se schimbă, încadrându-se în zona de trecere – mezosaprobă – – mezosaprobă. Gradul de curățenie este de 50%, ajungând chiar până la 35%. Este cea mai impură apă de-a lungul Crișului Repede. Cu toate acestea, Crișul Repede prezintă condiții naturale deosebit de favorabile pentru o autoepurare rapidă, astfel că, după numai 9 kilometri, în localitatea Cheresig, calitatea apei este mult îmbunătățită.
5.5.6. Rețeaua de canalizare a orașului Oradea
Rețeaua de canalizare actuală a orașului este în sistem mixt. În cea mai mare parte este realizată în sistem separativ, iar zona de nord-vest a orașului este canalizată în sistem unitar. Zona canalizată în sistem unitar este delimitată de calea ferată Oradea-Arad, râul Crișul Repede, străpungerea Decebal, Pârâul Sălbatic. Restul municipiului, zona Băilor Felix, 1 Mai, localitățile Sânmartin, Haieu și Rontău sunt canalizate în sistem divizor. Rețeaua de canalizare menajeră aflată în exploatarea Apaterm are o lungime de peste 370 km, din care aproximativ 60 km se află în incinte industriale.
Rețeaua de canalizare pluvială are o lungime de aproximativ 320 km. Lungimea arterelor din municipiu care nu dispun de rețele de canalizare menajeră este de circa 85 km. Acest sistem de canalizare permite preluarea apelor uzate menajere și industriale, preepurate în colectoarele stradale și transportul acestora în stația de epurare orășenească, amplasată pe malul drept al Crișului Repede, în zona de vest a orașului, la limita zonei industriale.
Colectoarele menajere de pe ambele maluri ale Crișului Repede, ca și colectoarele în sistem unitar de pe malul drept, sunt preluate în colectorul ovoidal 106/205 de pe malul drept și transportate în stația de epurare.
Numeroase cazuri de poluare accidentală a râului Crișul Repede se datorează neglijenței, în special a agenților economici care deversează substanțele poluante direct în emisar. Eficiența stațiilor de preepuare la unitățile existente este în numeroase cazuri redusă, datorită tehnologiilor învechite folosite, stații uzate fizic și moral, lipsei de investiții pentru întreținere și modernizare, lipsa personalului de specialitate pentru exploatare și întreținere, lipsa de interes din partea conducerilor unităților. Sunt destul de numeroase și cazurile în care s-au realizat, de către agenții economici sau persoane fizice, racorduri inverse, prin care se evacuează apele uzate în sistemul de canalizare pluvial. Sunt de notorietate cazurile de poluare a Crișului Repede, în zona orașului, datorate Spitalului municipal, Fabricii de Ulei Interoil, Stației de Îmbuteliere Petrom, Fabricii de zahăr etc. Eforturile depuse de fiecare dată, de către angajații regiei Apaterm, inspectorii Agenției de Protecție a Mediului și ai Direcției Apelor, pentru identificarea surselor, stoparea cauzelor poluării și limitarea efectelor au însemnat de fiecare dată cheltuirea unor sume din buget importante, care puteau avea altă destinație.
Cei 36 de agenți economici care produc ape reziduale poluate industrial sunt racordați direct la rețeaua de canalizare a municipiului, mai puțin S.C. Pigmenți S.A., care evacuează apele reziduale tehnologice epurate direct în receptor (râul Crișul Repede) în dreptul iazurilor biologice ale stației de epurare a municipiului. Această unitate, ca de altfel majoritatea agenților economici, și-a redus mult capacitatea de producție în ultimii ani, ca atare și debitul evacuat a scăzut în mod simțitor.
În ordinea descrescătoare a debitelor de ape reziduale evacuate în rețeaua de canalizare a municipiului, cele mai importante unități economice sunt: S.C. Interoil, S.C. Cominca, S.C. Chimprod, S.C. Luso, U.A.M.T., S.C. Ioan Silva (tăbăcăria), S.C. Metalica, S.C. Vest Metal, S.C. Stimin, S.C. Rovex, S.C. Sinteza Color, S.N.P. (depozit PECO), Coop. Munca, Romcim Azbociment, S.C. Criortex, S.C. Zahărul, Sicoop, S.C. Plastor, S.C. Aura, Coop. Electrometal, S.C. Premagro, Coop. Arta Crișana, Imprimeria de Vest, S.C. Pamora, S.C. Vinalcool, S.C. Mecord, S.C. Automecanica, S.C. Pigmenți (ape reziduale menajere), Dacia Service, Coop. Victoria, S.C. Rommilk, Coop. Prestarea, S.C. Spirt Drojdie, Autocrișana, Intrans.
R.A. Apaterm Oradea, în anexa la Contractele de Prestări Servicii (furnizare și prelevare apă) cu agenți economici, a prevăzut pentru fiecare unitate în parte indicatori specifici de calitate pentru apele uzate evacuate precum și condițiile de evacuare conform Normelor tehnice în vigoare NTPA 002/97.
Princialele puncte de descărcare a apelor reziduale în râul Crișul Repede sunt următoarele:
Pe malul drept al râului Crișul Repede:
Canalul deversor – descarcă apele aval de priza C.E.T Oradea Vest. Nu reprezintă sursă de poluare în situația funcționării normale a stației de epurare
Canal pluvial, aval pod Decebal – reprezintă o sursă destul de importantă de poluare a râului. Aportul cel mai mare îl reprezintă apele menajere evacuate în canalizarea meteorică din cartierul Iorga.
Canalul pluvial str. Tarcăului – nu creează probleme.
Canalul pluvial str.Leagănului – nu creează probleme.
Canal pluvial str. Basarabiei (aval Centrul de calcul). Apele provin dintr-o zonă care dispune de canalizare în sistem divizor, cu excepția apelor provenite din cartierul Iorga. Un aport important de ape uzate menajere îl dau legăturile inverse din zona delimitată de străzile Basarabiei – Tr. Laurian -Castanilor – Republicii – Brașovului.
În zona străzii Plopilor între pasarelă și podul P-ța Unirii există 3 evacuări care nu creează probleme.
Canalul pluvial str. Grigorescu colectează apele din strada Republicii. Colectorul are racorduri de ape uzate provenite de la imobilele din zona centrală.
În zona parcului Libertății sunt 2 evacuări de ape meteorice care nu creează probleme.
Evacuarea pârâului Paris în râul Crișul Repede este amplasat în aval de podul Dacia. Sursa principală de poluare o constituie poluarea apelor din porțiunea neintubată a pârâului Paris.
Evacuarea str.Trandafirului colectează apele meteorice din zona delimitată de str. Delavrancea – Aleea Ștrandului. Zona nefiind echipată cu colectoare menajere, apele uzate sunt preluate în colectorul meteoric.
Valea pârâului Braș întunecos. Reprezintă o sursă de poluare până la realizarea colectoarelor menajere din zona Piatra Craiului și Adevărului, evacuările directe în albia pârâului precum și eliminarea depozitării deșeurilor menajere în albia văii.
Pe malul stâng al râului Crișul Repede:
Evacuare canal pluvial aval de priza C.E.T preia apele meteorice din cartierul Ioșia și printr-un preaplin volumele de ape efluente în stația de pompare ape uzate.
Canalul colector meteoric Sala Sporturilor colectează apele din cartierul Ioșia din zona adiacentă srt. Oneștilor.
Evacuarea str. Shakespeare este amplasată aval pod Decebal, deversează apele colectate din zona adiacentă Bulevardului Decebal.
În zona str. Principatelor Unite există două evacuări de ape meteorice care nu creează probleme.
Evacuare aval de pod P-ța Unirii.
În zona cuprinsă între podul P-ța Unirii și pasarela Romană există 2 evacuări meteorice care nu creează probleme.
În zona cuprinsă între podul Magheru și pod C.F.R. Velența există 5 evacuări meteorice care nu creează probleme.
În zona str. Cele Trei Crișuri există o evacuare de ape meteorice care nu creează probleme.
Evacuarea canalului colector str. Grădinarilor este amplasat aval de podul C.F.R. Velența.
Evacuarea canalului de la SC Interindustrial SA amplasată amonte de podul C.F.R. Velența.
Evacuarea apelor meteorice de la suprafața terenului Gutemberg se face printr-o gură de descărcare prevăzută cu o clapetă de reținere ce subtraversează digul de apărare.
Evacuarea apelor meteorice amonte de Uzina de apă nr.2 se realizează printr-un canal deschis în care deversează apele colectate din zona delimitată de strada Pandurilor – Moliere.
5.5.7. Stația de epurare a orașului Oradea
Parametrii de calitate ce trebuie respectați în vederea prevenirii riscurilor ecologice și a reducerii daunelor ce decurg din poluarea emisarului, Crișul Repede fiind un râu de frontieră, sunt cele stabilite în NTPA 001-97 privind stabilirea limitelor de încarcare cu poluanți a apelor uzate evacuate în resursele de apa și, respectiv, prin STAT 4706/1988 privind calitatea apelor de suprafață.
Scopul final al stației de epurare, epurarea mecano-biologică a debitelor totale de ape reziduale orășenești, se va atinge odată cu retehnologizarea stației de pompare ape epurate mecanic și cu asigurarea capacităților necesare de recirculare și exces nămol biologic, corespunzător întregului debit epurat pe treapta biologică.
Pe vatra orașului există 4 stații de pompare a apelor uzate menajere, amplasarea lor fiind impusă de configurația terenului din anumite zone.
Stația de epurare este amplasată la 1,5 km aval de municipiul Oradea, pe malul drept al râului Crișul Repede și are rolul de a epura apele reziduale provenite de la cca. 250.000 locuitori din localitățile: Oradea, Sânmartin, Băile Felix și Băile 1 Mai, precum și a apelor reziduale deversate de la aproximativ 40 agenți economici. Apele uzate trecute prin procesul de epurare mecano-biologică a stației sunt deversate în râul Crișul Repede, la cca. 10 km amonte de punctul de trecere a frontierei.
Stația de epurare este una dintre cele mai vechi obiective de acest gen din zona de est a Europei Centrale. A fost construită între anii 1910-1914 când s-au dat în funcțiune un decantor orizontal longitudinal de 40 m lungime, având 6 compartimente și o capacitate de 27,5 ha iazuri biologice de epurare.
O dată cu creșterea numărului populației în 1970 la 138.000, în 1975 la 155.000 locuitori, iar actual la peste 250.000 locuitori precum și datorită industrializării accentuate, necesarul de apă potabilă și cantitățile de ape reziduale au crescut, ceea ce a dus la o dezvoltare continuă a capacităților de epurare necesare.
Stația de epurare s-a extins în anul 1965 când s-a pus în funcțiune primul decantor radial având diametrul de 45 m, 2 bucăți fermentatoare de nămol de 3.000 mfiecare, iar suprafața iazurilor s-a mărit la 50 ha.
În 1974 s-a dat în funcțiune treapta de epurare biologică cu nămol activ, primul bazin de aerare de 4.000 mvolum, cu un decantor secundar aferent cu diametrul de 45m.
Din 1974 stația de epurare s-a dezvoltat continuu, astăzi ocupând o suprafață de teren de cca. 5 ha pentru paturile de uscare a nămolului și cca. 50 ha pentru iazurile biologice de epurare. Volumul total al bazinelor de aerare a atins 36.000 m, funcționale în totalitate, iar capacitatea celor 8 fermentatoare de nămol existente a ajuns la 30.000 m, parțial funcționale. Capacitatea proiectată și cea hidraulică a stației de epurare este de Qzi max=2.200 l/s și Qorar max= 2.420 l/s. Capacitatea reală a stației de epurare depinde însă în mod direct de debitele de pompare a apelor epurate mecanic spre treapta biologică. La ora actuală acestea sunt de maxim 1.400 l/s. Deși capacitatea bazinelor de aerare retehnologizate este de 2.200 l/s, din cauza debitelor reduse de recirculare a nămolului activ cu utilaje existente în dotare, nu se pot epura biologic mai mult de 1.000-1.100 l/s. Circa 300-400 l/s ape epurate mecanic sunt astfel evacuate direct în iazuri unde ajung și cei 300-400 l/s ape reziduale orășenești brute, prin conducta de ocolire a stației cu plecare din amonte de fluxul tehnologic de epurare.
Apele reziduale orășenești ajung în stația de epurare printr-un colector clopot 260/165 (proiectat la Qmax = 4.400 l/s) și un colector ovoid 70/105 (proiectat la Qmax. = 400 l/s).
La Stația de Epurare Oradea, treapta biologică funcționează corect, cu excepția reziduului fix total, a substanțelor extractibile și a substanțelor organice. În schimb treapta mecanică combinată cu iazurile biologice prezintă o eficiență foarte scăzută în special la detergenți, la reziduu fix total și la substanțe extractibile.
Pentru apele reziduale brute intrate în stație valorile, medii anuale la suspensii totale, CBO5, CCO-Cr prezintă o ușoară tendință de descreștere datorită scăderii activității economice.
Concentrațiile de grăsimi exprimate în substanțe extractibile în eter de petrol prezintă o ușoară tendință de creștere ceea ce se exprimă prin lipsa sau slaba funcționare a separatoarelor de grăsimi din stațiile de preepurare industriale.
Pentru apele uzate epurate mecano-biologic cu nămol activ, se observă o îmbunătățire substanțială a parametrilor calitativi de la punerea în funcțiune integrală a bazinelor de aerare retehnologizate cu sistemul de aerare pneumatic cu funcționare automată. Astfel, față de situația anterioară de epurare biologică cu aerare mecanică de suprafață, total necorespunzătoare și ineficientă, se observă o îmbunătățire a randamentelor de epurare cu :
– 54% la parametrul suspensii totale
– 74% la parametrul substanțe organice exprimate în CBO5
– 63 %la parametrul substanțe organice exprimate în CCO-Cr
– 100 % la parametrul fenoli
– 86 % la parametrul azot amoniacal
– 35 % la parametrul suspensii extractibile
– 94 % la parametrul detergenți anionactivi biodegradabili
De remarcat este faptul că după punerea în funcțiune a bazinelor de aerare retehnologizate în efluentul epurat fenolul este absent tot timpul. De asemenea se observă o puternică nitrificare a compușilor cu azot exprimat prin reducerea în mare măsură a azotului amoniacal, consumator al oxigenului din sursele de apă de suprafață paralel cu creșterea substanțială a azotaților.
5.5.8. Posibilități de valorificare a potențialului apelor Crișului Repede
O mare importanță o are problema gospodăririi apelor în țara noastră. În ceea ce privește râul Crișul Repede, există mai multe posibilități de formare a unor bazine de retenție, atât pe colectorul principal, cât și pe afluenți. Aceste posibilități sunt în funcție de existența unor bazinete gâtuite spre avale de srâmtori, fixate în roci mai dure, de profilul longitudinal și de natura rocilor din fundament. La toate acestea se adaugă încă o serie de aspecte economice cum ar fi: mutarea unor localități sau a unor căi de comunicație, care devin adesea nerentabile sau necompensate sub aspect valoric.
Astfel, acumularea cea mai mare, posibilă în funcție de condițiile naturale cele mai avantajoase, s-ar putea realiza printr-un baraj înălțat în cheile din amonte de Vadu Crișului. Îngustimea văii dă posibilitatea ridicării unui baraj foarte înalt, iar înclinarea relati vredusă a pantei ar conduce la acumulări importante de apă. Dar, acest lucru este împiedicat de două incoveniente. Primul se referă la calea ferată internațională a cărei mutare este deosebit de costisitoare, la care se adaugă și mulțimea așezărilor, multe dintre ele având un început de industrializare. Al doilea incovenient îl reprezintă roca de natură calcaroasă care ar putea duce la infiltrări.
În situația în care acest baraj de proporții nu poate fi ridicat la Vadu Crișului, există posibilitatea ridicării unor baraje mai mici pe defileu, în cascadă, în zonele: Poieni, amonte de Ciucea, Bucea, Bratca și Vadu Crișului.
La Poieni, barajul ar putea fi fixat imediat în avale de confluența cu pârâul Vărăneștilor, roca fiind favorabilă în sensul existenței pe stânga Crișului Repede a dacitelor, iar pe dreapta a șisturilor cristaline. Valea se îngustează la acest punct, iar altitudinea locului este de aproximativ 470 metri.
Un baraj în amonte de Ciucea are condiții de fixare între Dealul Pleșu și Dealul Secătura, la o altitudine de 450 metri. În spate s-ar umple zona de confluență a Drăganului cu Crișul Repede. Roca este formată din șisturi cristaline.
Acumularea de la Bucea poate fi fixată printr-un baraj între Dealul Tarnița și Dealul Craiului. Altitudinea locului este de aproximativ 330 metri. Roca pe care se poate fixa reprezintă un complex de formațiuni triasice, reprezentate de conglomerate, șisturi argiloase și gresii. În cazul în care se constată că aceste roci nu sunt favorabile instalării unui baraj, acesta poate fi împins ceva mai în amonte, unde se află șisturi cristaline.
Lacul de la Bratca ar putea fi format printr-un baraj situat pe teritoriul localității Bălnaca sau Lorău. Poziția exactă este legată de complexul rocilor jurasice și triasice formate din calcare de diferite tipuri și de teritoriul afectat.
Barajul de la Vadu Crișului existent în prezent este unul mic, fără lac de acumulare. Este necesară efectuarea unui baraj mai mare și chiar a unui lac de acumulare, de dimensiuni reduse, situat în spatele lui.
Depresiunea Vad – Oradea se pote amenaja, de asemenea, printr-o suită de lacuri, cu baraje mici.
Afluenții principali ai Crișului Repede prezintă de multe ori condiții mai favorabile pentru acumularea unor cantități mari de apă. În această categorie intră în special Drăganul și Iadul.
Pe valea Drăganului, condițiile fizico – geografice favorizează efectuarea unor baraje, în amonte de confluența cu pârâul Zapodiei, în avale de Lunca Vișagului, în avale de confluența cu cu pârâul Sebeșului și la confluența cu Crăciunul.
Pe valea Iadului a fost realizat lacul Leșu și mai există condiții favorabile pentru fixarea unor acumulări în avale de Bulz.
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Studiul Concentratiei Substantelor Organice DIN Apele Naturale (ID: 161143)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.