Tehnologii de Bioremediere Aplicate Batalurilor de pe Platforma Combinatului Tarnaveni

Agronomie

Tehnologii de Bioremediere Aplicate Batalurilor de pe Platforma Combinatului Tarnaveni

Byadmin ianuarie 1, 2024

[NUME_REDACTAT] Domy C., 2001, Trace elements in terrestrial environment, biogeochemestry, bioavailability and risks of metals (2ededition), Springer – [NUME_REDACTAT] York, pp. 1-167.

Bagchi D., Joshi S.S., Bagchi M., Balmoori J., Benner J., Kuszynski C.A., Stohs S.J. , 2000, Cadmium- and [NUME_REDACTAT] Stress, DNA Damage, and [NUME_REDACTAT] Death in [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] Leukemic K562 Cells, [NUME_REDACTAT] HL-60 Cells, and [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT], Journal of Biochemical and [NUME_REDACTAT], 14(1), pp. 33-41.

Gardea-Torresdey J. L., G. de la Rosa, Peralta-Videa J. R., Montes M., Cruz-Jimenez G., Cano-Aguilera I., 2005, [NUME_REDACTAT] and Transport of Trivalent and [NUME_REDACTAT] by Tumbleweed (Salsola kali), Archives of environmental contamination and toxicology, 48 (2), pp 225-232.

Gurzău E. S., [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] Elena, 2003, Essential metals—case study on iron, Ecotoxicology and [NUME_REDACTAT], 53, pp. 190- 200.

Guo W., Liu X., [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], 2010. Pollution and potential ecological risk evaluation of heavy metals in the sediments around [NUME_REDACTAT], Tianjin, [NUME_REDACTAT] Science, 2, pp. 729-736.

[NUME_REDACTAT], Željka Vidaković-Cifrek, Višnja Oreščanin, [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT]-Kozlina, 2007, Toxicity assessment of heavy metals mixtures by Lemna minor L., Science of the total Environment, 348, pp. 229-238.

[NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], 2012, Kinetic and equilibrium studies of chromium (III) removal from aqueous solution by IRN-77 cation-exchange resin, [NUME_REDACTAT] Sciences, 16, pp. 646-655.

[NUME_REDACTAT] – ichiro, 2013, [NUME_REDACTAT] toxicity, [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] of Health and Welfare, Ohtawara, Japan,

[NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] Khan, [NUME_REDACTAT] Khan, 2013, Heavy metals contamination in roadside soil near different traffic signals in Dubai, [NUME_REDACTAT] Emirates, Journal of [NUME_REDACTAT] Society, pp. 315-319.

Krishna A. K., Govil P. K., 2007, [NUME_REDACTAT] Due to [NUME_REDACTAT] from an [NUME_REDACTAT] of Surat, Gujarat, [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] and Assessment, 124, pp. 263-275.

[NUME_REDACTAT], 2004, Soil – plant transfer of trace elements – an environmental issue, Geoderma, 122, pp. 143-149.

[NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], 2010, Biomonitoring and [NUME_REDACTAT] for [NUME_REDACTAT]: Definitions, Approaches and Trends, [NUME_REDACTAT] Sciences, 2, pp. 1510-1524.

Lal R., Blum W. H., Stewart B. A., 1997, Methods for Assesment of [NUME_REDACTAT], Advances in [NUME_REDACTAT].

[NUME_REDACTAT], 2012, Biotehnologii și depoluarea sistemelor ecologice (Tehnologii de depoluare biologică. Tehnologii de bioremediere. Reconstrucție ecologică), [NUME_REDACTAT], Cluj – Napoca, pp. 24-38.

[NUME_REDACTAT]., 2014, Îndrumar de lucrări practice pentru biotehnologii și depoluarea sitemelor ecologice, Facultatea de Știința și [NUME_REDACTAT].

[NUME_REDACTAT]*, [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] Bianca, [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], 2013, Phytoextraction of heavy metals from industrially polluted zone using Lolium perenne and Lemna minor, [NUME_REDACTAT] and [NUME_REDACTAT], 12, pp. 1103-1108.

[NUME_REDACTAT], 2011, Hyperaccumulators, arbuscular mycorrhizal fungi and stress of heavy metals, [NUME_REDACTAT], 29, pp. 645-653.

[NUME_REDACTAT], RiffatNaseem Malik, 2014, Human health risk assessment of heavy metals via consumption of contaminated vegetables collected from diﬀerent irrigation sources in Lahore, Pakistan, [NUME_REDACTAT] of Chemistry, 7, pp. 91–99

[NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], 2001, Hidrobiologie, [NUME_REDACTAT] Clujeană, pp. 26-32.

[NUME_REDACTAT], 2011, Elemente de ecotoxicologie și teste ecotoxicologice, [NUME_REDACTAT], Cluj – Napoca, pp. 83-95.

Prabha K. Padmavathiamma, Loretta Y. Li, 2007, [NUME_REDACTAT]: Hyper-accumulation Metals in Plants, [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT], 184, pp. 105-126.

[NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], Andrejs Schütz, Ulf Strőmberg, 1998, Lead—[NUME_REDACTAT] of Exposure and Effects, [NUME_REDACTAT] of [NUME_REDACTAT] in [NUME_REDACTAT], 11, pp. 289-301.

Tarazona J. V., 2014, Pollution, Soil, Encyclopedia of Toxicology ([NUME_REDACTAT]), pp. 1019-1023.

Vidali M., 2001. Bioremediation. An overview, [NUME_REDACTAT]. Chem., 73, pp. 1163-1172.

[NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], 2010, Bioremoval of Cadmium by Lemna minor in [NUME_REDACTAT] Conditions, Clean- Soil, Air, Water, 38(4), pp 370-377.

Ződl B., Sargazi M., Zeiner M., Roberts N. B., Steffan I., Marktll W., Ekmekcioglu C., 2004, Toxicological effects of iron on intestinal cells, [NUME_REDACTAT] and Function, 22, pp. 143-147.

Zayed A. M., Terry N., 2003. Chromium in the environment: factors affecting biological remediation, Pland and Soil, 249, pp. 139-156.

*** Hotărârea de Guvern nr. 351 din 21 aprilie 2005, privind aprobarea Programului de eliminare treptată a evacuărilor, emisiilor și pierderilor de substanțe prioritar periculoase cu ultima modificare prin HOTĂRÂRE nr. 1038 din 13 octombrie 2010 pentru modificarea și completarea [NUME_REDACTAT] nr. 351/2005

*** [NUME_REDACTAT] nr. 107 din 25 septembrie 1996 (*actualizată*), modificată și completată prin O.U.G. nr. 3 din data de 5 februarie 2010

*** ORDIN nr. 756 din 3 noiembrie 1997 pentru aprobarea Reglementarii privind evaluarea poluarii mediului

*** ORDIN nr. 161 din 16 februarie 2006 pentru aprobarea Normativului privind clasificarea calitatii apelor de suprafata in vederea stabilirii starii ecologice a corpurilor de apa

www.chimiamediului.ro, [NUME_REDACTAT] Traian, 2009, Crom – toxicitate, accesat în data de 3.06.2014

www.explainthatstuff.com, [NUME_REDACTAT], 2014, The science of water, accesat în data de 6.06.2014

www.explainthatstuff.com, [NUME_REDACTAT], 2014, Water pollution: an introduction, accesat în data de 6.06.2014

www.primariatarnaveni.ro, accesat în data de 24.04.2014

www.apmms.anpm.ro – Raport privind impactul asupra mediului pentru proiectul „Demolare clădiri de pe platforma BICAPA Târnăveni”, accesat în data de 19.06.2014

[NUME_REDACTAT] lucrare cu titlul „Tehnologii de bioremediere aplicate batalurilor chimice de pe platforma [NUME_REDACTAT]” are ca obiective investigarea problemelor de poluare din zonă și propunerea unor tehnici de bioremediere. Astfel, lucrarea este structurată pe baza a șase capitole. În primul capitol este prezentată societatea „BICAPA” și sursele sale de poluare, al doilea capitol este dedicat importanței metalelor grele, fiind prezentate caracteristicile acestora și modul cum afectează mediul, iar în capitolul trei sunt prezentate tehnici de bioremediere prin fitoremediere care pot fi utilizate ca metode pentru decontaminarea zonei batalurilor toxice.

În cea de-a doua parte a lucrării au fost efectuate cercetări în laborator cu scopul de a elabora un model de bioremediere.

Pentru probele de apă prelevate din râul [NUME_REDACTAT], din aval, amonte și din dreptul platformei, precum și din apa meteorică care băltește pe platformă, s-a testat specia Lemna minor. Pe baza rezultatelor obținute s-a demonstrat faptul că specia Lemna minor se încadrează în categoria speciilor hiperacumulatoare de metale grele fiind utilizată atât pentru biomonitorizarea poluării cât și pentru fitoextracția poluanților.

Probele de sol prelevate din dreptul platformei și amonte de aceasta au fost testate cu specia Lolium perenne. Fiind una dintre cele mai des utilizate specii pentru biomonitorizarea și fitoremedierea solurilor poluate, și-a dovedit eficiența în cazul probelor de sol prelevate din zona batalurilor chimice. De asemnea s-au observat și schimbări majore în cazul parametrilor fizico – chimici; în special în cazul conductivității unde valorile au scăzut considerabil.

În urma concluziilor elaborate pe baza experienței de monitorizare desfășurate în perioada 12.03.2014 – 2.04.2014 în laboratorul de biotehnologii al Facultății de Știința și [NUME_REDACTAT], puntem constata faptul că speciile Lemna minor, respectiv Lolium perenne pot fi folosite pentru bioremedierea eficientă a poluării apei și solului, având un impact favorabil asupra mediului și un cost redus.

[NUME_REDACTAT] paper entiteled „Bioremediation technologies applied to the chemical platform Tarnaveni” aims to investigate pollution problems in the area and propose some techniques for bioremediation. The paper is structured in six chapters. The first chapter presents the company „BICAPA” and the sources of pollution; the second chapter is dedicated to the importance of heavy metals, are presented theirs characteristics and how they pollute the environment; chapter three presents the phytoremediation bioremediation techniques that can be used to decontaminate the toxic pits.

In the second part of the paper, we have done research in the laboratory in order to develop a model for bioremediation.

The water samples collected from [NUME_REDACTAT], more exactly from the area of chemical platform, were tested with the species Lemna minor. Based on the results, it was shown that the species Lemna minor is part of the heavy metal accumulator species, being used for pollution biomonitoring and phytoextraction plan pollutants.

Soil samples taken from the chemical platform were tested with the species Lolium perenne. Being one of the most commonly used species for biomonitoring and phytoextraction of polluted soils, has proved its effectivennes in soil samples taken from the chemical pits. Major changes were observed in the case of physico – chemical parameters, in particular in the case of conductivity where the values decreased considerably.

In the conclusions made after the monitoring experience during 12.03.2014 – 2.04.2012, developed in the biotechnology laboratory of the Faculty of Science and [NUME_REDACTAT], we find that the species Lemna minor and Lolium perenne can be used for bioremediation of soil and water pollution, with a favorable impact on the environment and low cost.

[NUME_REDACTAT] lucrare are ca obiective principale găsirea unor metode de bioremediere capabile să poată evidenția nivelul concentrației de metale grele din zona batalurilor toxice ale fostului [NUME_REDACTAT] Târnăveni. În urma închiderii definitive a combinatului, în urma lui au rămas trei bataluri de rezidii toxice, unde au fost deversate deșeuri industriale provenite de la fabricațiile de bicromat de sodiu, săruri anorganice. Principala sursă de poluare din zonă o reprezintă batalurile 2 și 3 care sunt neimpermeabilizate și au fost folosite în mare parte pentru depozitarea șlamului de la instalația de Bicromat de Sodiu (noroaie verzi).

Ca metode de bioremediere pentru apă și sol s-au folosit speciile Lemna minor și Lolium perenne, cu ajutorul cărora se poate determina nivelul poluării în zonă.

Etapele propuse prin intermediul acestei lucrări fac referire la o bună documentare privind problema poluării istorice din zona batalurilor chimice, montarea unui experiment de laborator pentru biomonitorizarea și bioremedierea probelor poluate de apă și de sol recoltate din teren și conturarea unor concluzii pe marginea rezultatelor obținute cu speciile Lemna minor și Lolium perenne.

În cazul de față, consider că bioremedierea este o variantă potrivită pentru decontaminarea zonei poluate deoarece este o metodă des utilizată, prezintă costuri reduse, eficiență ridicată și are un impact pozitiv asupra mediului.

Principalul motiv pentru care am abordat această temă este faptul că Târnăveni este orașul natal și am dorit să găsesc o metodă biologică eficientă și economică de fitoremediere pentru decontaminarea batalurilor chimice.

Pentru elaborarea lucrării, aduc mulțumiri Facultății de Știința și [NUME_REDACTAT] pentru formarea mea profesională, pentru sprijinul din laboratorul de analize fizico – chimice, precum și doamnei Lect. dr. [NUME_REDACTAT] care a fost coordonatorul științific al acestei lucrări.

Capitolul I. Studiul poluării istorice în relație cu platforma [NUME_REDACTAT] Târnăveni

1.1. Informații generale geografice

[NUME_REDACTAT] este situat în centrul Transilvaniei, în zona [NUME_REDACTAT], pe cursul mijlociu al râului [NUME_REDACTAT], în partea de sud – vest a județului Mureș.

Orașul este situat în centrul unei zone de vie circulație. Drumul național D.N. 14 A (Târnăveni – Mediaș) traversează localitatea de la nord la sud. Urmărindu-l, ajungem la D.N. 15, prin care ne legăm de reședința de județ, orașul Târgu – Mureș și prin Iernut – Luduș, cu județul Cluj. Drumul județean D.J. 107, care însoțește cursul [NUME_REDACTAT], intră în D.N. 13 A, realizând astfel legătura cu Târgu – Mureș și Sighișoara.

Dezvoltarea industrială a zonei s-a datorat existenței unor resurse materiale bogate, cum ar fi: gaz metan, sare, materiale de construcții, apa din râul [NUME_REDACTAT] etc. Această dezvoltare a început în anul 1916 pentru a acoperi necesitatea materialelor de război pentru [NUME_REDACTAT] Mondial. Astfel, un rol foarte important l-a avut dezvoltarea platformei pe specificul produselor chimice, acest lucru ducând la realizarea unor produse în premieră națională și mondială la Târnăveni. Ca premieră mondială trebuie menționată prima instalație de electroliză a aluminiului, adăugându-se o serie de premiere naționale, cum ar fi: electroliza clorului, policlorura de vinil, germaniu etc. Dintre principalele produse realizate pe platforma chimică, amintim: carbura de calciu (carbid), acid clorhidric și derivați, bicromat de sodiu, faianță, produse din gresie, acid oxalic și formic, săruri de bariu, fungicide pentru agricultură pe bază de sulf, sulfat de aluminiu etc. Platforma chimică a combinatului s-a extins permanent contribuind astfel la creșterea economică a minicipiului (www.primariatarnaveni.ro).

1.2. Prezentarea generală a societății „BICAPA”

1.2.1. [NUME_REDACTAT] „BICAPA” este amplasată pe platforma chimică Târnăveni, în partea de vest a orașului. Platforma chimică se învecinează cu:

la N: cartiere de locuințe ce aparțin orașului Târnăveni, aflându-se la o distanță de 500 metri de platfomă;

la S: malul drept al râului [NUME_REDACTAT], fiind protejat de diguri de protecție;

la S – V: terenuri agricole ce aparțin comunei Adămuș;

la E și S – E: terenuri care se află în proprietate privată și în proprietatea orașului Târnăveni.

Figura 1. Localizarea platformei [NUME_REDACTAT] Târnăveni (sursa: Google maps)

La momentul funcționării societății „BICAPA”, această amplasare în mediu creea probabilitatea manifestării anumitor tipuri de risc și anume: risc de afectare a stării de sănătate a factorului uman, risc de poluare a apelor de suprafață și a celor subterane, risc de afectare a vegetației din zona de impact, risc de poluare a solului.

Chiar dacă societatea nu mai funcționează încă din anul 2002, în urma ei au rămas circa 2,5 milioane de material rezidual care continuă să polueze solul și apele de suprafață și subterane.

1.2.2. Profilul de activitate al societății

Profilul de activitate al societății constă în producerea și comercializarea următoarelor produse:

produse cu crom: bicromat de sodiu, bicromat de potasiu, anhidridă cromică;

antidăunător pe bază de sulf;

săruri de bariu;

produse cu fluor;

diferite produse chimice anorganice, cum ar fi sulfat de aluminiu și oxid de zinc;

plăci de faianță și produse din gresie.

Pentru buna desfășurare a activităților de producție, societatea avea în dotare următoarele secții și instalații:

Instalații tehnologice:

[NUME_REDACTAT], având următoarea componență:

instalația anhidridă cromică

instalația bicromat de potasiu

[NUME_REDACTAT] Anorganice, cu următoarea componență:

instalația săruri de bariu

instalația sulf – polisulfură

instalația sulfat de aluminiu

instalația oxid de zinc

[NUME_REDACTAT] cu Fluor, având următoarea componență

instalația acid fluorhidric

instalația freon

[NUME_REDACTAT] – gresie

Instalații de utilități

În vederea asigurării unei bune funcționări a instalațiilor tehnologice, societatea dispunea de umătoarele dotări:

stații de pompare, stații de tratare apă industrială, gospodărire de apă recirculată, instalație de apă demineralizată, stație de neutralizare finală, centrală termo – electrică, stații de reducere și distribuție a energiei electrice, rețele de transport și distribuție către consumatori, secție utilaj chimic și piese de schimb, secție de reparații metrologie pentru aparatură de măsură și control, serviciu de protecție și igiena muncii format din laborator de toxicologie și cabinet medical, servicii de aprovizionare, dezvoltare, controlul tehnic al calității (conform Raportului privind impactul asupra mediului pentru proiectul „Demolare clădiri de pe platforma BICAPA Târnăveni)

1.3. Surse de poluare

Datorită profilului de activitate al societății „BICAPA”, și anume de fabricare a produselor chimice, s-a constatat faptul că principala sursă de poluare a factorilor de mediu a constituit-o funcționarea fabricației de bicromat de sodiu.

Chiar dacă societatea și-a oprit activitatea în anul 2002, au rămas în urma ei cele 3 bataluri chimice. Exfiltrațiile din aceste bataluri, spălate de apele pluviale, au determinat poluarea mediului acvatic cu crom trivalent și hexavalent.

Capitolul II. Poluarea cu metale grele

2.1. Definiții, caracteristici

Termenul de metale grele se referă la toate elementele cu densitatea mai mare de 5 g/cm3, incluzând metale și metaloizi asociați cu o poluare și o toxicitate crescută; dar include și anumite metale care în concentrații mici sunt necesare organismelor vii, cum ar fi: zinc, crom, mangan, cupru etc, fiind numite și oligoelemente (Adriano, 2001).

Poluarea mediului cu metale grele a prins avânt în ultimele 2 secole datorită activităților miniere și industriale, având un impact enorm asupra ecosistemului. 53 din 90 de elemente naturale sunt metale grele. Dintre acestea Fe, Mn și Mo sunt importanți ca nutrienți, în timp ce Zn, Ni, Cu, Co, V și Cr sunt elemente toxice dar totuși importante ca oligoelemente. Ag, As, Hg, Cd și Pb nu sunt cunoscute sub numele de elemente nutritive și par a fi toxice pentru plante și microorganisme.

Astfel, majoritatea metalelor grele sunt toxice pentru organismele vii; chiar și cele considerate elemente esențiale pot fi toxice dacă sunt prezente în organism în exces. Metalele grele pot afecta procese biochimice importante, acest lucru reprezentând o amenințare la adresa vieții și sănătății umane precum și la creșterea și dezvoltarea plantelor și animalelor (Aslam și colab., 2013).

Metalele grele provenite din scurgeri terestre, din apele uzate se pot acumula în sedimentele din râuri, acestea devenind un depozit de metale grele și alte substanțe chimice. Acest lucru ar putea duce la afectarea unor factori externi cum sunt clima, condițiile hidrodinamice, pH, salinitatea, potențialul redox, temperatura și alți factori de mediu. Acumularea pe termen lung a metalelor grele în sedimente, depășirea capacității portante a acestora precum și modificarea unor factori externi ar putea duce la deteriorarea mediului ecologic și reprezintă chiar o amenințare pentru organismul uman prin intermediul lanțului alimentar (Guo și colab., 2010).

2.2. Poluare versus contaminare

Contaminarea solului este considerată a fi orice adaos de compuși care au un efect negativ asupra funcționării solului. Termenul de poluare a solului este rezervat pentru momentul când contaminarea devine severă iar efectele adverse duc în cele din urmă la degradarea solului. Contaminarea și poluarea solului reprezintă doar o diferență în gradul de deteriorare al acestuia (Lal și colab.,1997).

2.2.1. Soluri contaminate

Metalele grele sunt compuși naturali ai scoaței terestre, iar o parte din aceste elemente esențiale din punct de vedere biologic sunt introduse în acvifere prin intermediul diferitelor activități antropice. Principalele surse de metale grele se împart în două categorii:

surse punctuale, cum sunt activitățile miniere, turnătorii, topitorii;

surse difuze, cum sunt conductele, arderea unor produse, traficul.

Compoziția chimică a solului, în special conținutul de metale, sunt lucruri importante pentru mediu deoarece concentrațiile de metale toxice pot reduce fertilitatea solului, poate permite intrarea lor în lanțul alimentar, ducând în cele din urmă la acumularea lor în alimente, afectând apoi și sănătatea umană (Krishna și Govil, 2007). Metalele grele pot pătrunde în organismul uman prin consumul de culturi contaminate, apă sau inhalarea prafului. Consumul prelungit de alimente cultivate pe terenuri contaminate poate duce la acumularea metalelor grele în ficat și rinichi (Mahmood și Malik, 2014).

Transferul de metale grele, importante ca oligoelemente prin sistemul sol – plantă face parte din ciclul biochimic al elementelor chimice. Procesele de mobilitate și disponibilitate al acestora sunt controlate de anumiți factori de origine geochimică, climatică, biologică și antropică (Kabata-Pendias, 2004). Sistemul sol – plantă servește ca o barieră eficientă împotriva toxicității, apărând animalele prin faptul că în cazul în care în sol există elemente chimice, plantele vor prelua aceste elemente în anumite concentrații care pot fi dăunătoare pentru animale, devenind astfel nedisponibile ca sursă de hrană pentru acestea (Adriano, 2001).

2.3. Cicluri biogeochimice ale metalelor grele în mediu

Elementele chimice și orice entitate fizică și biologică parcurge un traseu în natură, numit ciclu biogeochimic, trecând din stare anorganică în stare organică și vice – versa. Microorganismele și rădăcinile plantelor intră în contact cu speciile dizolvate; speciile microbiene impreună cu seva care se prelinge la suprafața organelor plantelor poate afecta solubilitatea și eventualul transport al acestor elemente. În esență, aceste procese determină în mare măsură procesul biogeochimic al elementelor, influențându-le solubilitatea, mobilitatea, biodisponibilitatea și toxicitatea (Adriano, 2001).

2.3.1. Factori majori care influențează procesele biogeochimice

Procesele biogeochimice sunt influențate de o serie de factori majori cum ar fi: pH – ul, potențialul redo, conductivitatea etc (Adriano, 2001).

2.3.1.1. pH – ul

În general, capacitatea solurilor de a reține metale crește o dată cu creșterea pH – ului, altfel spus, cu cât mediul este mai acid cu atât solul reține mai ușor metalele grele în mediul respectiv. Excepție fac calciu (Ca), molibden (Mo), vanadiu (V) și crom (Cr) care sunt de obicei mai mobili în mediu alcalin. De aceea, într-un mediu alcalin, bazic capacitatea de captare a metalelor grele de către plante, scade (B, Co, Cu, Mn, Zn), excepție făcând metalele mai sus menționate (Ca, Mo, V, Cr) care în asemenea condiții sunt captate de plante într-un procent mai ridicat (Adriano, 2001).

Figura 2. Adsobția metalelor grele în funcție de pH (Adriano, 2001)

2.3.1.2. Potențialul redox

Potențialul redox este o mărime a stării de oxidare sau reducere din sistem. Un potențial redox ridicat indică un mediu aerob (condiții oxidante), pe când un potențial redox scăzut indică un mediu anaerob (condiții reducătoare).

Conținutul de umiditate al solului influențează retenția metalelor grele prin reacții de oxido – reducere. Un mediu oxidant este caracterizat de valori cuprinse între +400 și + 700mV iar un mediu reducător are valori cuprinse între –400 și +700 mV. Condițiile reducătoare sunt determinate de solubilitatea și mobilitatea scăzută a metalelor grele (Adriano, 2001).

2.4. Biodisponibilitatea metalelor grele

Biodisponibilitatea se referă la potențialul organismelor vii de a prelua substanțele chimice din produsele alimentare sau din mediul abiotic în măsura în care substanțele chimice se pot afla în metabolismul organismelor.

Biodisponibilitatea metalelor la om poate avea loc prin intermediul a trei căi: inhalații, contact cutanat și ingestie. Metalele intră prima dată în contact cu pielea, plămâii sau tractul gastro – intestinal, ajungând în organism prin intermediul sistemului limfatic. Din întreaga cantitate preluată din mediu prin diverse căi, o parte este eliminată din organism sub formă de fecale, urină, secreții iar o altă parte este stocată în țesuturi și organe (Adriano, 2001).

Figura 3. Traiectoria metalelor grele în organismul uman după expunerea prin inhalare, contact cutanat și ingestie (Adriano, 2001)

2.5. Toxicitatea metalelor grele

În general, problemele de sănătate legate de acumularea metalelor grele se împart în două categorii:

intoxicații cu metale grele cauzate de expunerea excesivă extrinsecă;

tulburări genetice, cum ar fi boala Wilson, o afecțiune ereditară determinată de o tulburare în metabolismul cuprului, ducând la acumularea acestuia în țesuturi și organe (în special în ficat și encefal).

Multe metale în cantități minime sunt necesare pentru procesele fiziologice vitale, de exemplu: fierul în transportul de oxigen, mangan și seleniu în sistemul antioxidant și zinc în metabolism. Se poate vorbi despre toxicitate în cazul acestor metale esențiale atunci când concentrațiile sunt prea mici sau prea mari. Pe de altă parte, pentru unele metale nu există concentrații fiziologice detectate, ca atare acestea au doar potențiatul de a produce toxicitate: arsenic, mercur, plumb (Inoue, 2013).

2.6. Cromul – aspecte generale

Cromul a fost descoperit în anul 1798 de către N. L. Vauquelin. Face parte din categoria metalelor grele, este lucios, casant și se află în Grupa VI – B, având numărul atomic 24 și masa atomică de 51,996. Există în natură doar sub formă de compuși, constituind 0,1 – 0,3 mg/ kg din scoarța terestră. Cromul are mai multe stări de oxidare, de la Cr (II) la Cr (+VI), cele mai stabile fiind cele trivalente și hexavalente. Cromul este distribuit atât în organismele vii cât și în roci, ape și soluri (Zayed și Terry, 2003).

2.6.1. Proprietăți fizice

În stare compactă, cromul metalic are culoare cenușie ca oțelul, structură cristalină, este maleabil, ductil și poate fi prelucrat sub presiune.

Tabel 1. Proprietățile fizice ale cromului (sursa: chimiamediului.ro)

2.6.2. Proprietăți chimice

Cele mai stabile combinații corespund cromului trivalent și hexavalent, pe când compușii mono-, bi-, tetra- și pentavalent au stabilitate redusă. Combinațiile cromului corespunzătoare formei superioare de valență (exemplu: CrO3, H2CrO4, H2Cr2O7, H2Cr2O10 etc) prezintă caracter acid, pe când compușii cromului corespunzători formei inferioare de valență prezintă un caracter bazic (www.chimiamediului.ro).

Activitatea chimică a Cr (III) și Cr (VI) este destul de diferită iar solubilitatea lor este un factor important în estimarea mobilității speciilor de crom în sol și apă. Deși cromul hexavalent formează diferite specii care sunt solubile în apă la diferite valori ale pH – ului, cromul trivalent are tendința de a forma hidroxizi care precipită la diferite valori ale pH – ului în apele subterane. Prin urmare, mobilitatea Cr (VI) este mai mare decât cea a Cr (III) (Gardea-Torresdey și colab., 2005).

2.7. Cromul în natură

Cromul este omniprezent în mediu, găsindu-se în diferite concentrații în apă, aer, sol și în toată materia biologică. Cromul se situează pe locul 21 ca abundență, găsindu-se în scoarța terestră în cantități mai mari decât alte metale precum: cobalt, zinc, molibden, plumb, nichel și cadmiu.

La nivelul solului, cantitatea de crom a variat, ajungând la un procentaj de 5,23%. Deși se cunosc aproximativ 40 de minerale care conțin crom, cromitul (Cr2O4) este singurul de importanță crucială (Adriano, 2001).

2.8. Toxicitatea cromului

Din punct de vedere nutritiv, Cr (III) este o componentă esențială într-o dietă umană și animală echilibrată, pentru a preveni efectele negative în metabolismul glucozei și al lipidelor (exemplu: în cazul unui colesterol ridicat, simptome de hipoglicemie, toleranță scăzută la glucoză). Deși în cantități mici este un nutrient important pentru organism, înghițirea unor cantități mari poate cauza diferite probleme de sănătate, cum ar fi cancerul pulmonar.

La concentrații mari, Cr (VI) este de asemenea toxic pentru om. Cr (VI) este un carcinogen puternic, extrem de toxic și poate provoca atât moartea animalelor cât și a omului, dacă este ingerat în doze mari. Căi de expunere a omului la compuși de crom sunt ingestia de alimente și apă, inhalarea de particule din aer și contactul cu numeroase produse fabricate care conțin compuși de crom. În general, Cr (VI) este mult mai toxic decât Cr (III) în cazul ingerării de către animale sau om. Compușii de Cr (VI) s-au estimat a fi de 1 – 10 ori mai toxici decât Cr (III) (Zayed și Terry, 2003).

Când cromul este eliminat în apele naturale se acumulează în sedimente, formând adevărate depozite de metale grele. Această acumulare poate duce la afectarea anumitor factori externi cum sunt: pH – ul, salinitatea, potențialul redox, temperatura etc (Guo și colab., 2010).

Hotărârea de Guvern nr. 351 din 21 aprilie 2005, limitează cromul la valoarea de 2,5 μg/ l la eliminarea în apele dulci.

Capitolul III. Introducere în domeniul bioremedierii și fitoremedierii

3.1. Bioremedierea – aspecte generale

Bioremedierea poate fi definită ca fiind o metodă de utilizare a organismelor vii (exemplu: microorganisme, plante etc) pentru a readuce un sit poluat, degradat la anumite condiții nedăunătoare, nepoluante și favorabile vieții (Malschi, 2012).

Pentru ca bioremedierea să fie eficientă, microorganismele trebuie să atace din punct de vedere enzimatic poluanții și să-i transforme în produse inofensive, fiind necesare condiții optime de dezvoltare microbiană. Dar, ca și alte tehnologii, bioremedierea are limitările sale. Unii contaminanți (exemplu: hidrocarburile aromatice) sunt rezistenți la atacul microbian.

Tehnicile de bioremediere sunt de obicei mai economice decât metodele tradiționale, cum ar fi incinerarea iar anumiți poluanți pot fi tratați direct pe amplasament, reducând astfel riscul expunerii personalului de curățare sau riscul unor posibile accidente în urma transportului de substanțe (Vidali, 2001).

3.1.1. Factori ai bioremedierii

Controlul și optimizarea proceselor de bioremediere alcătuiesc un sistem complex de factori. Acești factori includ: existența unor populații microbiene capabile să degradeze poluanții, disponibilitatea contaminanților la populația microbiană și factorii de mediu (tipul de sol, temperatura, pH – ul, prezența oxigenului, nutrienți) (Vidali, 2001).

3.1.2. Strategii de bioremediere

Diferite tehnici depind de gradul de saturare și aerare al amplasamentului respectiv. Tehnicile „in situ” sunt acele tehnici care sunt aplicate atât la suprafața solului cât și în subteranul sitului, cu o perturbare minimă. Tehnicile „ex situ” sunt cele aplicate solurilor contaminate în afara sitului lor natural (Vidali, 2001).

3.1.3. Avantaje și dezavantaje ale bioremedierii

„Soluționarea pe cale biotehnologică a problemelor, prin metodele de bioremediere, are avantajul că:

necesită un nivel moderat de capital de investiție;

prezintă siguranță pentru mediu;

nu generează deșeuri;

sunt autosustenabile.

Metodele biotehnologice de tratare a deșeurilor toxice au rolul de a înlocui metodele actuale de depozitare și detoxificare a noilor compuși xenobiotici (realizați de om). Este important însă să se limiteze generarea de deșeuri periculoase și nepericuloase, precum să se utilizeze și metodele de reciclare” (Malschi, 2012).

Ca dezavantaje ale bioremedierii, precizăm:

bioremedierea este limitată la acei compuși care sunt biodegradabili;

este nevoie de cercetare pentru a putea dezvolta tehnologia necesară pentru situl respectiv. Există amestecuri complexe de contaminanți care nu sunt dispersați uniform;

bioremedierea, durează de multe ori mai mult decât alte opțiuni de tratament cum ar fi excavarea, îndepărtarea solului contaminat sau incinerarea (Vidali, 2001).

3.2. Fitoremedierea – aspecte generale

Termenul de fitoremediere („fito” înseamnă plante și sufixul latin „remediere” are sensul de a șterge sau restaura) se referă la o colecție variată de tehnologii pe bază de plante, obținute natural sau prin inginerie genetică, cu scopul de a curăța medii contaminate. Unele plante care cresc pe soluri metalifere au dezvoltat abilitatea de a acumula cantități masive de metale indigene în țesuturi, fără a avea simptome de toxicitate (Padmavathiamma și Li, 2007).

3.2.1. Tehnici de fitoremediere

Există cinci tipuri de tehnici de fitoremediere și anume: fitoextracția, fitotransformarea, fitostabilizarea, fitodegradarea, rizofiltrarea.

Fitoextracția sau fitoacumularea este procesul folosit de plante pentru a acumula contaminanți în rădăcini sau frunze. Această metodă produce o masă de plante și contaminanți (de obicei metale grele) care pot fi transportate pentru eliminare sau reciclare.

Fitotransformarea sau fitodegradarea se referă la absorbția contaminanților organici din sol, sedimente, apă, transformându-i apoi în contaminanți mai puțin stabili, mai puțin toxici sau într-o formă mai puțin mobilă. De exemplu cromul poate fi redus de la hexavalent la crom trivalent, fiind o formă mai puțin mobilă și necanceroasă.

Fitostabilizarea este o tehnică care se bazează pe imobilizarea metalelor grele în mediul respectiv, astfel încât să nu mai fie disponibile altor organisme.

Rizodegradarea are un principiu asemănător cu al fitodegradării, excepția fiind că microorganismele din rizosferă descompun contaminanții. Această activitate se datorează prezenței de proteine și enzime produse de plante sau de organismele din sol, cum ar fi bacterii, drojdii sau fungi.

Rizofiltrarea este o tehnică de remediere a apei care implică absorbția contaminanților de către rădăcinile plantelor. Rizofiltrarea este folosită pentru decontaminarea zonelor umede naturale și a zonelor de estuar (Vidali, 2001).

3.2.2. Limitări ale procesului de fitoremediere

Fitoremedierea solului poate fi limitată de anumite aspecte, cum ar fi:

adâncimea zonei de tratare este determinată de tipul plantelor folosite în acțiunea de fitoremediere; acest procedeu este folosit pentru solurile de mică adâncime;

în unele cazuri acest procedeu poate fi folosit doar în anumite perioade ale anului, depinzând de locație;

concentrațiile de substanțe periculoase, în cantități mari pot fi periculoase pentru plante;

poate exista pericolul transferului de poluanți între medii, de exemplu din sol în aer;

produșii pot fi mobilizați în apele subterane sau bioacumulați în animale (Malschi, 2012).

3.3. Specii folosite în bioremediere

Deoarece solurile pot fi afectate de emisiile industriale de metale, este bine de știut faptul că sensibilitatea sau toleranța plantelor la excesul de metale este influențată de speciile de plante. În general, plantele pot fi grupate în patru categorii: specii excluzătoare, specii indicatoare, specii acumulatoare și hiperacumulatoare.

Speciile excluzătoare sunt reprezentate de diferite specii de iarbă și sunt caracterizate prin insensibilitate la o gamă largă de concentrații de metale din sol.

Speciile indicatoare includ culturi de cereale iar cele acumulatoare sunt reprezentate de tutun și muștar.

Speciile hiperacumulatoare supraviețuiesc prin intermediul unui mecanism de toleranță, prosperând și în soluri puternic contaminate (Adriano, 2001). Utilizarea acestor plante hiperacumulatoare în asociere cu microbii de sol, cu ciuperci simbiotice, Micoriza arbuscular sunt printre cele mai frecvente metode biologice de tratare a metalelor grele din sol. Atât plantele hiperacumulatoare cât și ciupercile au abilități unice care le fac potrivite pentru tratarea metalelor grele. Așa cum am precizat și în rândurile anterioare, speciile hiperacumulatoare pot reține concentrații mari de metale grele în țesuturile lor, fără să prezinte simptome de toxicitate (Miransari, 2011).

3.4. Utilizarea bioindicatorilor pentru determinarea gradului de poluare

3.4.1. Justificarea folosirii indicatorilor biologici

Indicatorii biologici sunt folosiți pentru a caracteriza gradul de poluare într-o anumită zonă și se bazează pe reacțiile biologice care au loc între indivizi, între populații sau biocenoze, în diferite condiții de poluare a mediului. Datorită faptului că poluanții acționează în mod diferit asupra organismelor și diferitele funcții fiziologice vor fi afectate în mod diferit. Unele funcții sunt mai sensibile și astfel pot fi folosite ca indiciu al existenței sau concentrației unei noxe.

Sensibilitatea indicatorilor biologici este determinată de faptul că aceștia sunt expuși în mod constant acțiunii poluanților existenți în mediul lor de viață. Astfel, aceștia nu vor indica doar efectele unui singur poluant ci și efectele celorlalți poluanți care există în mediu.

Avantaje ale utilizării bioindicatorilor:

sunt metode simple, puțin costisitoare și rapide;

există posibilitatea de îndesire a rețelei de captatori fizico – chimici, cu costuri reduse;

amplasarea și reamplasarea rețelei de arbori este ușoară;

înlocuiesc stațiile mobile de evaluare fizico – chimică;

asigură informații biologice cu privire la sensibilitatea și efectele asupra fiziologiei arborilor;

Ca și bioindicatori se pot folosi viețuitoare din categoriile vegetale, animale sau microorganisme (Oros, 2011).

3.4.2. Alegerea bioindicatorilor

Un bioindicator „ideal” ar trebui să aibă cel puțin următoarele caracteristici:

să fie ușor de recunoscut de către nespecialiști;

să aibă o distribuție largă;

mobilitate redusă;

să îi fie cunoscute caracteristicile ecologice;

abundență numerică;

să fie adecvat pentru experimente de laborator;

sensibilitate mare la factorii de stres ai mediului;

capacitate mare de cuantificare și standardizare (Li și colab., 2010).

3.4.3. Categorii de bioindicatori

3.4.3.1. Bioindicatori în ape dulci

Bioindicatoii în ape dulci se împart în trei mari categorii:

A) Macrofitele acvatice – cuprind o serie de alge, mușchi acvatici, fanerogane care au capacitatea de a reține în țesuturi atât elemente minerale (metale grele) cât și compuși organici xenobiotici din ape.

B) Moluște și alte nevertebrate acvatice – au capacități mari de bioacumulare iar prin faptul că sunt sedentare este mult mai ușor să fie localizată sursa de contaminare.

C) Peștii – au fost utilizați la scară largă ca bioindicatori de poluare, folosiți pentru detectarea metalelor grele din ecosisteme dar și a altor elemente toxice (Oros, 2011).

3.4.3.2. Bioindicatori pentru mediilor terestre

Aceștia se împart în două categorii:

A) Plante inferioare terestre – cuprind lichenii și mușchii.

Lichenii sunt considerați a fi bioacumulatori puternici datorită capacității lor de a prelua poluanții din aer. Acest lucru este posibil deoarece ei își preiau substanțele nutritive din aer dar preiau în același timp și poluanții, asta datorită faptului că trăiesc pe suporturi foarte sărace în substanțe nutritive (exemplu: roci, trunchiuri de copaci).

Mușchii au o sensibilitate mai ridicată la poluanții din aer iar din această cauză în ultimii 100 de ani au dispărut numeroase specii, în special din zonele puternic industrializate. Însă există și unele briofite care sunt tolerante la concentrații mari de metale în mediu. De exemplu, există comunități numite „mușchi de cupru” care trăiesc pe soluri bogate în cupru fără a fi afectate.

B) Plante superioare – cuprind plante cu flori (specii ierboase) și arbori și arbuști de foioase și conifere.

Speciile ierboase intră în categoria acumulatorilor deoarece sunt capabile să acumuleze cantități mari de poluanți, inclusiv de metale grele, fără a fi afectate în vreun fel. Diferite organe ale plantelor rețin anumite cantități de metale grele, cele mai mari fiind detectate în rădăcini și frunze. În cazul solurilor puternic contaminate cu metale grele este recomandată analiza rădăcinilor, iar frunzele indică pe lângă poluarea din sol și o poluare a aerului.

Dintre speciile acumulatoare de metale, cele mai cunoscute sunt:

Melandrium album (opaiță) 4,286 μg/ g;

Lolium perenne (raigras) 1,683 μg/ g;

Plantago lanceolata (pătlăgina) 1,547 μg/ g;

Lepidium draba (urda vacii) 1,437 μg/ g;

Thlaspi coerulescens (pungulița) 1000 – 3000 μg/ g (pentru Ni și Zn);

Polygonum aviculare (troscot) 1,190 μg/ g.

Arborii și arbuștii de foioase și conifere acumulează metalele grele din aer și din sol, în frunze. Conținutul de metale acumulat depinde de specie, de gradul de poluare și de vârsta frunzelor. Cu toate acestea, arborii nu rămân imuni la efectele pe care le au metalele asupra lor: diminuarea creșterii copacului, diminuarea creșterii frunzelor, căderea timpurie a frunzelor (Oros, 2011).

Capitolul IV. Investigații cu privire la metodele de fitoremediere și reconstrucție ecologică

4.1. Aspecte generale privind batalurile chimice

Platforma chimică Târnăveni este amplasată în partea de vest a municipiului Târnăveni, județul Mureș; societatea „BICAPA. S.A.” fiind constituită prin H.G. nr. 1231/ 20.11.1990. Activitatea de producție s-a redus drastic din a doua jumătate a anului 2000, instalațiile fiind oprite în proporție de 70%, singura instalație care a rămas funcțională în regim discontinuu, fiind Stația de epurare care trebuia sa realizeze în continuare epurarea apelor pluviale contaminate cu crom. În anul 2009, societatea „BICAPA” a intrat în insolvență, urmând ca în 2012 să fie închisă complet.

Figura 4. Poziționare geografică a batalurilor față de râul [NUME_REDACTAT] (sursa: Google earth)

4.1.1. Situația batalurilor chimice

Pe platforma chimică de la Târnăveni s-au desfășurat diferite procese tehnologice prin care s-au fabricat diverse produse: bicromat de sodiu, bicromat de potasiu, antidăunători pe bază de sulf, produse cu fluor, săruri de bariu, plăci de faianță și gresie, sulfat de aluminiu.

În perioada de funcționare a acestor instalații au rezultat anumite cantități de deșeuri care au fost depozitate pe cele trei bataluri de rezidii toxice construite în perioada 1972-1978. Aici erau deversate deșeuri industriale provenite de la fabricațiile de bicromat de sodiu, săruri anorganice. Cea mai mare cantitate de deșeuri provenea de la instalația de Bicromat de Sodiu.

Situația batalurilor se prezintă astfel:

Batalul 1, cu o suprafață de 25.099 mp a fost închis în anul 2006, se încadrează în clasa

de importanță II, conform STAS 4273/ 83 și în categoria B de importanță, conform NTLH 021/ 2002.

Tabel 2. Compoziția chimică a Batalului 1, conform Raportului privind impactul asupra mediului pentru proiectul „Demolare clădiri de pe platforma BICAPA Târnăveni” (apmms.anpm.ro)

Batalurile 2 și 3 cu suprafețe de 72.210 mp, respectiv 73.696 mp au fost închise în anul 2002. Sunt neimpermeabilizate și au fost folosite în mare parte pentru depozitarea șlamului de la instalația de Bicromat de Sodiu (noroaie verzi). Aceste două bataluri se încadrează în clasa de importanță II, conform STAT 4273/ 83 și în categoria de importanță A, conform NTLH 021/ 2002.

Tabel 3. Compoziția chimică a Batalurilor 2 și 3 conform Raportului privind impactul asupra mediului pentru proiectul „Demolare clădiri de pe platforma BICAPA Târnăveni” (apmms.anpm.ro)

În perioada 1996-1997, societatea „BICAPA” a achiziționat o suprafață de teren de 12,8 ha cu scopul de a amenaja un nou batal, însă în cele din urmă acesta nu a fost dat în folosință, fiind în prezent folosit ca teren agricol (apmms.anom.ro).

4.2. Obiective privind experiența de monitorizare

În ceea ce privește poluarea de la platforma chimică Târnăveni au fost propuse metode de bioremediere atât pentru poluarea din râul [NUME_REDACTAT] cât și pentru poluarea solului.

Pentru apele de suprafață testele au fost efectuate cu specia Lemna minor, cu scopul de a bioremedia probele de apă prelevate din diferite puncte față de bataluri. Pentru probele de sol prelevate, testele au fost făcute cu specia Lolium perenne.

Durata experimentului a fost de 22 de zile în care atât plantele cât și parametrii fizico-chimici (pH, salinitate, conductivitate electrică, potențial redox, metale grele) au fost monitorizați și analizați înainte și după fitoextracție. Pe baza rezultatelor s-au conturat anumite concluzii cu ajutorul cărora vom determina eficiența speciilor Lemna minor și Lolium perenne.

4.3. Prelevarea probelor

4.3.1. Prelevarea probelor de apă

Probele de apă recoltate pentru analiză au fost prelevate din patru puncte din zona platformei chimice Târnăveni.

Prima probă a fost prelevată aval de platforma [NUME_REDACTAT] Târnăveni, la circa 3 km de aceasta. A doua probă a fost prelevată amonte de sursa de poluare, la 3 km distanță. Cea de-a treia probă a fost prelevată din dreptul platformei, la circa 100 m de Batalul 3 iar proba a patra a fost recoltată din balta formată pe platformă, în spatele batalurilor, având ca sursă apa meteorică cazută pe platformă cu o seară în urmă. Probele au fost prelevate în data de 4.03.2014.

Pentru recoltarea probelor am folosit flacoane de polietilenă de 2L care au fost spălate în mod obișnuit pentru a îndepărta orice fel de impurități, fiind lăsate apoi să se usuce. Înainte de a fi umplute au fost clătite cu apa care urma să fie prelevată. Probele au fost etichetate corespunzător și au fost ținute la rece până în momentul montării experimentului.

Figura 5. Punctele de prelevare a probelor de apă (sursa: Google earth)

4.3.2. Prelevarea probelor de sol

Probele de sol pentru analiză au fost prelevate din două puncte față de platforma combinatului chimic.

Prima probă a fost prelevată de la circa 30 m de Batalul 3, din spatele zidului de protecție al batalului iar cea de-a doua probă a fost prelevată de pe malul [NUME_REDACTAT], amonte de platforma chimică, la 3 km distanță. Adâncimea de recoltarea a probelor a fost de aproximativ 10 cm.

Probele au fost recoltate în recipiente de polietilenă cu gâtul larg. Acestea au fost spălate cu detergenți, au fost clătite bine cu apă de la robinet și au fost lăsate să se usuce. Probele au fost etichetate corespunzător și ținute la rece până în momentul montării experimentului și începerii studiilor de laborator. Recoltarea probelor s-a efectuat în data de 4.03.2014.

Figura 6. Punctele de prelevare a probelor de sol (sursa: Google earth)

4.3.3. Determinarea parametrilor fizico – chimici

4.3.3.1. Metodologia efectuării analizelor pentru probele de apă

a) Determinarea pH – ului

Într-un pahar Berzelius în care se află apa de analizat, se inserează electrodul pentru pH al multiparametrului 350i, se așteaptă stabilizarea valorii pe ecranul aparatului și se notează. După fiecare determinare, electrodul se spală cu apă distilată.

Valorile pH – ului variază de la 0 la 14; un pH cuprins în intervalul 0 – 7 are un caracter acid iar un pH cuprins între 7 – 14 are un caracter bazic.

b) Determinarea conductivității (EC)

Într-un pahar Berzelius cu apa de analizat se inserează senzorul pentru determinarea conductivității al aceluiași multiparametru. Se așteaptă stabilizarea valorii, după care se notează. Valorile se măsoară în μS/ cm. Conductivitatea se referă la conținutul ionic dintr-o soluție și reprezintă o metodă rapidă de a determina încărcătura ionică a unei soluții (Momeu și colab., 2011).

c) Determinarea TDS – ului ([NUME_REDACTAT] Dizolvate)

Într-un pahar Berzelius cu apa de analizat se inserează același senzor, la fel ca în cazul conductivității, se așteaptă stabilizarea valorii, după care se notează. Acest parametru se referă la totalitatea substanțelor existente într-o soluție: substanțe anorganice, organice, molecule etc. Valorile rezultate se exprimă în mg/ L (www.chimiamediului.ro).

d) Determinarea salinității

Într-un pahar Berzelius cu apă de analizat se introduce senzorul multiparametrului Multi 350i, se așteaptă stabilizarea după care se notează valoarea indicată de aparat. Aceasta se măsoară în ‰ (parți per mie) și se referă la suma anionilor și cationilor care se găsesc într-o probă de apă sub formă de săruri dizolvate (Momeu și colab., 2011).

e) Determinarea potențialului redox (Eh)

Într-un pahar Berzelius în care se află apa de analizat se inserează electrodul multiparametrului, se așteaptă stabilizarea valorii și se notează. Valorile sunt exprimate în mV și este o mărime a stării de oxidare sau de reducere din sistem.

Potențialul redox reprezintă măsura echilibrului dintre reacțiile de oxidare și cele de reducere. „Se definește ca fiind logaritmul cu semn schimbat al presiunii hidrogenului gazos din atmosferă, aflat în echilibru cu hidrogenul molecular dizolvat într-o soluție” (Momeu și colab., 2011)

4.3.3.2. Metodologia efectuării analizelor pentru probele de sol

În cazul probelor de sol, metodologia efectuării analizelor este aceeași ca cea pentru probele de apă pentru fiecare parametru în parte, fiind parcurși anumiți pași pentru obținerea soluției de sol necesară pentru realizarea analizelor.

Acești pași constau în: cântărirea a 50 g sol din probele prelevate, peste care am adăugat 150 ml apă distilată și am agitat-o timp de două ore. După aceste două ore de agitare continuă, probele sunt filtrate, iar soluția de sol rezultată este astfel pregătită pentru analiza cu multiparametrul Multi 350i, la fel ca în cazurile de mai sus.

4.4. Montarea și monitorizarea experimentului

4.4.1. Montarea experimentului pentru probele de apă

4.4.1.1. Lemna minor – date generale

În procesele de fitoremediere a apelor uzate, multe specii de macrofite sunt folosite pentru cercetare. Una dintre familiile de plante acvatice cele mai frecvent utilizate este Lemnaceae (lintița). Aceasta este o familie de plante simple, verzi, cu floricele mici cu creștere rapidă în condiții favorabile. Din acest motiv, sunt foarte eficiente în captarea componentelor minerale din apă, inclusiv a metalelor grele. Intensitatea de absorbție variază în funcție de condițiile de mediu și de specia de Lemna. [NUME_REDACTAT] este capabilă să supraviețuiască într-un interval destul de larg al pH – ului. În natură, Lemnaceae pot fi observate în apele care au un pH de la nivelul 3,5 și chiar mai mare de 10. Limitele inferioare și superioare ale toleranței pH – ului variază între specii, precum și între clonele aceleiași specii. Toate speciile de lintiță pot crește bine în intervalul de pH de 4,5 – 7,5 (Uisal și Taner, 2010).

Plantele de Lemna minor folosite în experiența de monitorizare a probelor de apă recoltate din zona batalurilor chimice ale [NUME_REDACTAT] Târnăveni, au fost aduse de la bazinul de înmulțire de la [NUME_REDACTAT] din Cluj – Napoca.

4.4.1.2. Modul de lucru

Plantele de Lemna au fost prelevate din rezervoarele din laboratorul de biotehnologii al Facultății de Știința și [NUME_REDACTAT], spălate cu grijă cu apă de rețea, după care au fost așezate în vase de cultură cu o capacitate de 1L. Aceste vase au fost umplute cu apă contaminată din probele prelevate din zona batalurilor chimice și apă de la rețea, ca probă martor. Plantele de Lemna au fost așezate în așa fel încât să ocupe suprafața apei. Apoi, vasele au fost așezate pe rafturi, sub neoane, timp de 22 de zile. Pentru a creea condiții asemănătoare celor naturale, plantele au fost iluminate timp de 16 ore cu 8 ore de pauză.

Pe parcursul celor 22 de zile, plantele au fost monitorizate iar la interval de 7 zile au fost realizate fotografii cu fiecare probă în parte pentru a ilustra cât mai bine evoluția lor. De asemenea, vasele au fost completate cu apă pentru a menține nivelul acesteia, acest lucru repetându-se de câte ori a fost nevoie.

Au fost 5 probe de apă, o probă martor și patru probe prelevate din zona batalurilor chimice. Pentru proba martor a fost folosită apă de la rețeaua publică, fiind supusă și ea regimului de iluminare artificială la fel ca celelalte probe.

După cele 22 de zile, probele au fost filtrate și pregătite pentru a putea fi analizate cu multiparametrul Multi 350i. Pentru detectarea metalelor grele cu spectometrul AAS ZEEnit 700, probele au fost acidifiate cu HNO3 0,5% (acid azotic), aducând astfel pH – ul la valoarea 2. După acidifiere, probele de apă au fost filtrate din nou pentru a nu rămâne resturi din plantele de Lemna minor.

4.4.2. Montarea experimentului pentru probele de sol

4.4.2.1. Lolium perenne – date generale

În experiența de monitorizare a poluării solului din zona batalurilor chimice ale [NUME_REDACTAT] Târnăveni am folosit specia bioindicatoare Lolium perenne, specie care face parte din familia Pocacee. Aceasta este una dintre cele mai utilizate specii pentru biomonitorizarea solurilor poluate. Din punct de vedere ambiental, specia Lolium perenne are anumite efecte asupra solului, cum ar fi:

„rădăcinile plantelor asigură fixarea solului

reglajul precipitațiilor

protecția solului la suprafață

realizarea bioremedierii

creează mediu favorabil pentru bacteriile din sol”.

Metode de creștere în laborator a speciei Lolium perenne:

din semințe, timp de 4 – 6 săptămâni cresc plantele, apoi se scot din ghivece și se plantează în vasele de observație. Pentru fiecare variantă se pun 3 repetiții a câte 30 sau 50 de fire de Lolium perenne, fiecare (Malschi, 2014).

4.4.2.2. Modul de lucru

Plantele de Lolium perenne au fost scoase din ghivecele în care au crescut și plantate în vasele de observație cu proba martor, care era pământul de flori și celelalte două probe de sol care au fost prelevate de lângă Batalul 3, respectiv amonte de platforma combinatului. Pentru fiecare probă de sol au fost puse câte 3 repetiții a câte 50 de fire fiecare.

Experimentul a fost monitorizat 22 de zile, timp în care s-au realizat fotografii la interval de 7 zile. Acestea au fost realizate de sus pentru a se observa cât mai bine numărul de fire galbene și verzi. De asemenea, s-au făcut numărători ale plantelor galbene, au fost trecute în tabele iar pe baza lor s-a calculat rata mortalității.

Au fost analizați și parametrii fizico – chimici (pH, conductivitate, potențial redox, salinitate) atât înainte cât și după fitoextracție. Pentru realizarea acestor analize, probele de sol au fost pregătite astfel: s-au cântărit 50 g de sol, peste care s-au adăugat 150 ml apă distilată și le-am agitat timp de 2 ore. După acest interval de timp, probele au fost filtrate și analizate cu multiparametrul Multi 350i.

Pentru detectarea metalelor grele din sol, au fost cântărite 100 g sol, care au fost introduse în etuva Nitech timp de 24 de ore pentru a se usca la o temperatură de 105°C. După cele 24 de ore, probele au fost mojarate pentru mărunțire. De aici, s-au cântărit cu balanța analitică AW 120 Shimadzu, 3 g de sol pentru determinarea conținutului de metale grele.

Capitolul V. Rezultatele experimentale privind biomonitorizarea și fitoremedierea poluării apei și solului în perimetrul batalurilor [NUME_REDACTAT] Târnăveni

5.1. Interpretarea rezultatelor privind monitorizarea ecotoxicității și efectul de fitoremediere cu specia Lemna minor

În experiența de monitorizare a poluării din zona Târnăveni am ales ca bioindicator pentru probele de apă, specia Lemna minor deoarece este un bioindicator al relevanței ecologice pentru detectarea și monitorizarea poluării cu metale și pentru că are o capacitate cunoscută de a acumula metale grele.

Specia bioindicatoare Lemna minor este reprezentată de anumiți parametrii determinanți, cum sunt colorația frunzelor și aria acoperită de frunze. Cu ajutorul acestor parametrii putem indica evoluția plantelor în experiența de monitorizare a probelor de apă.

Colorația frunzelor este un parametru important deoarece, culoarea verde indică prezența clorofilei în plantă. Îngălbenirea frunzelor oferă informații asupra unor factori disturbatori în mediul acvatic care duc la moartea plantei.

Aria acoperită de frunze se referă la suprafața apei acoperită de frunze care indică gradul de creștere sau scădere a numărului de plante din mediul acvatic, caracterizat de procesul de înmulțire, afectat de existența unor metale grele în apă. [NUME_REDACTAT] minor se înmulțește asexuat, prin clonarea plantei, din planta mamă rezultând planta fiică (Horvat și colab., 2007).

Experiența de monitorizare a poluării din zona batalurilor chimice s-a desfășurat în perioada 12.03.2014 – 2.04.2014. Pe durata celor 22 de zile s-au realizat fotografii pentru a surprinde evoluția plantelor de Lemna minor.

Figura 7. Evoluția plantelor de Lemna minor în experiența de monitorizare a poluării din zona Târnăveni în perioada 12.03.2014 – 2.04.2014;

0 = proba martor; 1 = apă [NUME_REDACTAT], aval (3 km); 2 = apă [NUME_REDACTAT], amonte (3 km);

3 = apă [NUME_REDACTAT], din dreptul platformei (200 m); 4 = apă din balta de pe platformă

De asemenea, s-au realizat observații pe baza fotografiilor după cum urmează:

a) Proba martor (0)

După 7 zile de la începerea experimentului se observă schimbări, crescând aria acoperită de cultură precum și numărul plantelor care se ingălbenesc. Dacă la data începerii experimentului, rata mortalității era de 12%, după 7 zile această a crescut la 25,36%.

În ceea ce privește culoarea apei, aceasta nu se modifică pe durata experimentului, ci doar se sesizează o decolorare a culturii, tinzând spre îngălbenire. În final, după 22 de zile de experiment, se ajunge la o rată a mortalității de 36,14%.

b) Proba de apă aval de platforma combinatului (1)

Sursa de apă este râul [NUME_REDACTAT], aval de platforma [NUME_REDACTAT] Târnăveni, la circa 3 km distanță de acesta.

După 7 zile de experiment cultura prezintă o decolorație spre verde – deschis iar aria de acoperire crește. Schimbări sunt și în ceea ce privește rata mortalității, crescând în primele 7 zile de la 13,58% la 35,90%.

După cele 22 de zile de experiment se observă schimbări majore comparativ cu situația din primele zile, suprafața apei fiind acoperită într-o proporție mai mare de plante care s-au îngălbenit. Mortalitatea a crescut la 40,46%.

c) Proba de apă amonte de platforma combinatului (2)

Sursa de apă este râul [NUME_REDACTAT], amonte de platforma [NUME_REDACTAT] Târnăveni, la 2 km distanță de acesta.

În cazul acestei probe se observă schimbări după primele 7 zile când cultura a început să prezinte o decolorație spre verde – deschis, urmând ca după 14 zile să apară și plantele albe, îngălbenite. În primele 7 zile mortalitatea a crescut de la 20,57% la 38,19%.

Spre finalul experimentului, după 22 de zile a crescut numărul plantelor care s-au ingălbenit, rata mortalității fiind de 46,60%. Culoarea apei este tulbure – roșiatică, existând și depuneri pe fundul vasului.

d) Proba de apă prelevată din dreptul batalului (3)

Sursa de apă este râul [NUME_REDACTAT], proba fiind prelevată din dreptul batalului la circa 200 m de acesta.

După trecerea celor 7 zile de la montarea experimentului s-au observat schimbări. Aria de acoperire a culturii a crescut, plantele prezintă o decolorație spre verde – deschis, apărând și plante albe. Rata mortalității a crescut de la 9,87% cât era la montarea experimentului, la 23,14 după primele 7 zile.

La finalul experimentului culoarea apei era tulbure – roșiatică iar suprafața ei era acoperită de plante de culoare verde – deschis și albe, rata mortalității fiind de 40,90%.

e) Proba de apă prelevată de pe platforma combinatului (4)

Sursa de apă este o baltă de pe platforma [NUME_REDACTAT] Târnăveni formată în urma precipitațiilor din zilele precedente prelevării.

Ca și în situația probelor anterioare, se observă schimbări după primele 7 zile de la montarea experimentului. Crește suprafața de acoperire a culturii iar plantele prezintă o decolorație spre verde – deschis.

După 14 zile se observă modificări majore, crescând numărul plantelor albe, existând o rată a mortalității de 77,66%.

La sfârșitul experimentului culoarea apei este roșiatică, există depuneri pe fundul vasului, a scăzut suprafața de acoperire a culturii iar mortalitatea este de 82,60%.

Tabel 4. Evoluția mortalității (%) plantelor de Lemna minor în experiența de monitorizare a poluării în zona Târnăveni ([NUME_REDACTAT] Târnăveni) în perioada 12.03.2014 – 2.04.2014 (% valori medii din 3 repetiții)

Figura 8. Reprezentarea grafică a mortalității (%) plantelor de Lemna minor pe durata experienței de monitorizare

În urma analizelor probelor de apă, efectuate cu multiparametrul Multi 350i înainte și după fitoextracție, în Tabelul 5 se pot observa schimbări ai parametrilor fizico – chimici. Schimbări majore se pot observa în cazul potențialului redox, care prezintă valori negative pentru toate probele de apă, după fitoextracție. Acest tip de valori indică desfășurarea procesului de regenerare și prezența electronilor; schimbări sunt și în cazul pH – ului unde valorile au crescut în cazul celor 5 probe. În cazul celorlalți parametrii, se observă o scădere ușoară a valorilor.

Tabel 5. Evoluția parametrilor fizico – chimici în urma fitoextracției a plantelor de Lemna minor în experiența de monitorizare a poluării în zona Târnăveni ([NUME_REDACTAT] Târnăveni) în perioada 12.03.2014 – 2.04.2014

Figura 9. Reprezentarea grafică a evoluției parametrilor fizico – chimici. A. conductivitatea, TDS înainte de fitoremediere; B. Conductivitatea, TDS după fitoremediere

Figura 10. Reprezentarea grafică a parametrilor fizico – chimici. A. Potențialul redox, pH înainte de fitoremediere; B. Potențialul redox, pH după fitoremediere

5.1.1. Concentrația metalelor grele, efectul asupra plantelor si limitarea ei prin bioremediere

Pentru determinarea concentrației de metale grele, probele de apă au fost mai întâi acidifiate cu acid azotic 0,5 % (HNO3) pentru a aduce pH – ul la valoarea 2, iar apoi au fost filtrate înainte de analiza cu spectometrul AAS ZEEnit 700. Probele prelevate au fost analizate pentru detectarea concentrației de crom, plumb și fier.

a) [NUME_REDACTAT] este un produs chimic, utilizat pe scară largă în industrie; se folosește mai exact la tratarea lemnului, vopsele, aliaje, fontă, finisaje de metal. Cromul este cunoscut ca provocând dermatită alergică și are efecte toxice și cancerigene asupra omului și animalelor. În industrie, cromul se găsește în cele două stări de oxidare: crom trivalent și hexavalent (Bagchi și colab., 2000).

Cromul trivalent este considerat un element esențial, jucând un rol important în metabolismul glucozei, lipidelor și proteinelor, ajută la scăderea nivelului de colesterol și la evitarea sclerozei arteriale. Cromul hexavalent este toxic pentru sistemele biologice (Li și colab., 2012). În prezent, cromul hexavalent a fost recunoscut ca un posibil agent al cancerului la plămâni, poate produce boli gastrointestinale, boli de piele. Intoxicația acută cu Cr (VI) are un efect nociv asupra rinichilor și ficatului. Datorită toxicității mari a Cr6+, cromul total a fost declarat substanță toxică, fixându-se o limită pentru concetrațiile de crom total din apele uzate de 0,2 mg/ l (Adriano, 2001).

b) [NUME_REDACTAT] apare ca metal pur în aliaje dar și sub formă de compuși organici și anorganici. Oamenii sunt expuși la plumb anorganic prin inhalarea aerosolilor cu conținut de plumb, ingerarea de alimente și băuturi contaminate. De asemenea, poluarea cu plumb se datorează și expunerii la locul de muncă, cum sunt: topitoriile de plumb, fabricarea acumulatorilor cu plumb, la vopsirea prin pulverizare cu vopsea cu plumb etc.

Plumbul se bioacumulează în oase, rinichi; iar plumbul organic este absorbit prin plămâni, trece în sânge, de unde ajunge la creier (Skerfving și colab., 1998).

c) [NUME_REDACTAT] este un micronutrient esențial, implicat în transportul de oxigen și în metabolismul energetic; prin urmare, o sursă de fier este adecvată în dieta de zi cu zi (Ződl și colab., 2004). Fierul și compușii săi, prezenți în calitate de poluanți în atmosferă, pot provoca efecte dăunătoare pentru oameni, animale și materiale. Fierul este un component natural al solurilor iar concentrația sa poate fi influențată de anumite industrii; iar concetrația de fier din apele de suprafață poate varia de la 61 ppm la 2680 ppm. De asemenea, concentrațiile de fier din țesuturile corporale trebuie să fie strict reglată deoarece fierul excesiv poate duce la leziuni tisulare (Gurzău și colab., 2003).

Tabel 5. Valori ale concentrațiilor de metale grele din probele de apă, înainte și după fitoextracția plantelor de Lemna minor

În urma valorilor obținute pentru concentrațiile de metale grele, putem observa că Lemna minor este un bioacumulator foarte bun pentru crom și fier. În cazul pumbului, nu au fost detectate concentrații de ordinul mg/l doar în cazul probei prelevate amonte de platformă, existând cel mai probabil concentrații de ordinul microgramelor în cazul celorlalte probe.

Figura 11. Evoluția concentrațiilor de metale grele înainte și după fitoextracție; A – înainte de fitoextracție; B – după fitoextracție

5.1.2. Legislația de mediu

[NUME_REDACTAT] nr. 161 din 16 februarie 2006 pentru aprobarea Normativului privind clasificarea calității apelor de suprafață în vederea stabilirii stării ecologice a cursurilor de apă, s-au stabilit 5 stări ecologice pentru râuri și lacuri naturale: foarte bună (I), bună (II), moderată (III), slabă (IV), proastă (V).

Tabel 6. Valori limită ale metalelor grele în apele de suprafață (conform Ord. 161/ 2006)

Tabel 7. Încadrarea în clase de calitate a cromului total

După cum se poate observa în Tabelul 7, înainte de fitoextracție, concetrația probei de apă prelevată din aval de platforma chimică se încadrează în clasa de calitate II (bună) iar celelalte probe din amonte și din dreptul platformei se încadrează în clasa I (foarte bună). După procesul de fitoextracție, toate cele trei probe se incadrează în clasa I de calitate.

Tabel 8. Încadrarea în clase de calitate a plumbului

Nu au fost detectate concentrații de plumb doar în cazul probei 2, înainte de fitoextracție. Acest lucru indică faptul că toate cele trei probe se încadrează în clasa I de calitate (foarte bună).

Tabel 9. Încadrarea în clase de calitate a fierului total

În cazul fierului total, concetrațiile celor trei probe de apă din Tabelul 9 se încadrează înainte de fitoextracție în clasa de calitate II (bună), iar după procesul de fitoextracție, se încadrează în clasa I de calitate (foarte bună), dovadă a faptul că Lemna minor este un bioacumulator bun pentru fier.

5.2. Interpretarea rezultatelor privind monitorizarea ecotoxicității și efectul de fitoremediere cu specia Lolium perenne

În experiența de monitorizare a poluării din zona batalurilor chimice ale [NUME_REDACTAT] Târnăveni, am ales ca bioindicator pentru probele de sol, specia Lolium perenne. Aceasta este cunoscută ca un bioindicator de poluare pentru biomonitorizarea și ecotoxicitatea testelor de sol.

Plantele de test Lolium perenne au fost obținute din semințe, dezvoltându-se în laborator timp de 6 – 8 săptămâni. Apoi, aceste plante au fost transplantate pentru expunerea la substratul de probă, în vase de vegetație și păstrate timp de 22 de zile. În aceste zile, plantele cultivate în sol poluat prezintă simptome de fitotoxicitate (Malschi și colab., 2013).

Experiența de monitorizare s-a desfășurat pe perioada 12.03.2014 – 2.04.2014, timp în care s-au realizat fotografii pentru a surprinde cât mai bine evoluția plantelor.

Figura 12. Evoluția planter de Lolium perenne în experiența de monitorizare a poluării în zona Târnăveni, în perioada 12.03.2014 – 2.04.2014;

0 = Proba martor; 1 = Sol prelevat din spatele zidului de protecție al batalului (30 m); 2 = Sol prelevat de pe malul [NUME_REDACTAT], amonte de platformă (3 km)

De asemnea, s-au realizat observații pe baza fotografiilor după cum urmează:

a) Proba martor; pământ de flori (0)

În cazul acestei probe, de-a lungul experimentului s-au observat schimbări minore, rata mortalității crescând de la 4%, cat a fost după primele 7 zile, la 25,32% la sfârșitul experimentului.

b) Probă de sol prelevată de la batalul de bicromat, după zidul de protecție, spre mal (1)

Proba de sol a fost prelevată de la 30 m de batalul de bicromat, de pe platforma [NUME_REDACTAT] Târnăveni. Există un zid de protecție din beton în jurul batalului iar proba a fost prelevată din spatele acestui zid.

Chiar dacă după primele 7 zile de la montarea experimentului, mortalitatea a avut un procentaj mic, adica 10,66% în comparație cu 18,66% cat a fost în cazul solului nepoluat, spre finalul experimentului rata moralității a crescut, fiind de 89,32 %

c) Probă de sol amonte de platforma combinatului (2)

Proba de sol a fost prelevată amonte de platforma [NUME_REDACTAT] Târnăveni, de pe malul [NUME_REDACTAT] la circa 3 km distanță de combinat.

După primele 7 zile s-au observat schimbări, mortalitatea fiind de 18,66%, crescând spre finalul experimentului la 77,32%.

Tabel 10. Evoluția mortalității (%) plantelor de Lolium perenne în experiența de monitorizare a poluării în zona Târnăveni ([NUME_REDACTAT] Târnăveni) în perioada 12.03.2014 – 2.04.2014 (% valori medii din 3 repetiții)

Figura 13. Reprezentarea grafică a mortalității (%) plantelor de Lolium perenne pe durata experienței de monitorizare

În urma analizelor probelor de sol, efectuate cu multiparametrul Multi 350i înainte și după fitoextracție, în Tabelul 11 se pot observa schimbări ai parametrilor fizico – chimici. Schimbări majore se pot observa în cazul condcutivității, a cărei valori au scăzut considerabil. De asemenea, și în cazul pH – ului și potențialului redox se observă o ușoară scădere a valorilor. De exemplu, în cazul solului poluat recoltat din dreptul platformei, pH – ul a scăzut de la 8,2 la 7,94 după fitoextracție.

Tabel 11. Evoluția parametrilor fizico – chimici în urma fitoextracției a plantelor de Lolium perenne în experiența de monitorizare a poluării în zona Târnăveni ([NUME_REDACTAT] Târnăveni) în perioada 12.03.2014 – 2.04.2014

Figura 14. Reprezentarea grafică a evoluției parametrilor fizico – chimici. A. Conductivitatea, TDS înainte de fitoremediere; B. Conductivitatea, TDS după fitoremediere

Figura 15. Reprezentarea grafică a evoluției parametrilor fizico – chimici. A. Potențialul redox, pH – ul înainte de fitoremediere; B. Potențialul redox, pH – ul după fitoremediere

5.2.1. Concetrația metalelor grele în probele de sol prelevate

Pentru detectarea metalelor grele din sol, au fost cântărite 100 g sol și au fost introduse în etuva Nitech timp de 24 de ore pentru a se usca la o temperatură de 105° C. După cele 24h, probele de sol au fost mojarate pentru mărunțire. De aici, s-au cântărit cu balanța analitică AW120 Shimadzu, 3 grame de sol pentru determinarea conținutului de metale grele.

Tabel 12. Valori ale concentrațiilor de metale grele din probele de apă, înainte și după fitoextracția plantelor de Lolium perenne

Pe baza Tabelului 12 putem constata faptul ca specia Lolium perenne este un bioacumulator excepțional pentru crom și fier; în cazul plumbului, valorile au crescut după cele 22 de zile de biomonitorizare.

Figura 15. Evoluția concentrațiilor de metale grele în sol înainte și după fitoextracție; A – înainte de fitoextracție; B – după fitoextracție

5.2.2. Legislația de mediu

Conform ORDINULUI nr. 756 din 3 noiembrie 1997 pentru aprobarea Reglementării privind evaluarea poluării mediului, fiind modificat de Ordinul 592/ 2002, au fost stabilite valori de referință pentru urmele de elemente chimice din sol.

Terenurile din zona batalurilor chimice se încadrează, conform legislației, la folosințe mai puțin sensibile. Acest tip de folosințe includ toate utilizările industriale și comerciale existente, precum și suprafețele de terenuri prevăzute pentru astfel de utilizări în viitor.

Tabel 13. Valori limită ale metalelor grele în sol (conform Ord. 756/1997)

Tabel 14. Încadrarea în valorile de referință pentru urmele de crom total din sol

După cum se poate observa din Tabelul 14, înainte de fitoextracție, concentrația cromului total din solul poluat prelevat din spatele zidului de protecție al batalului 3 se încadrează la nivelul pragului de alertă, iar probele de sol prelevate din amonte, se incadrează la nivelul valorilor normale. După procesul de fitoextracție, concentrațiile ambelor probe au scăzut, încadrându-se în valorile normale pentru terenuri mai puțin sensibile.

Tabel 15. Încadrarea în valorile de referință pentru urmele de plumb din sol

În cazul probei de sol poluat se poate observa în Tabelul 15 că atât înainte de fitoextracție cât și după, concentrația de plumb din sol se încadrează la nivelul pragului de alertă. În ceea ce privește solul prelevat din amonte de platformă, înainte de fitoextracție concentrația se încadrează la nivelul valorilor normale, iar după fitoextracție, aceasta a crescut, încadrându-se la nivelul pragului de alertă.

5.3. Considerații generale pentru implementarea rezultatelor de fitoremediere într-un model de bioremediere

5.3.1. Model de bioremediere pentru ape poluate

Apele poluate cu metale grele pot fi tratate în mod eficient prin construirea unor stații de bioremediere sub forma unor bazine cu plante acvatice, care să cuprindă pe lângă specia Lemna minor și alte specii cunoscute în literatură ca având capacități de acumulare a metalelor grele. În acest sens putem specifica următoarele tipuri de specii: Juncus effusus (rogoz, pipirig), Phragmites australis (stuf, trestie), Iris pseudacorus (stânjenelul galben) etc.

În cazul acestor tipuri de sisteme, îndepărtarea metalelor include anumite mecanisme, cum ar fi: „filtratea și sedimentarea particulelor în suspensie, adsorbția, încorporarea în materialul vegetal, precipitarea prin procese biogeochimice mediate de microorganisme” (Malschi, 2014).

5.3.2. Model de bioremediere pentru substratul solid al platformei

Pentru solurilor poluate cu metale grele se poate proiecta un model de bioremediere cu plante ierboase care să cuprindă pe lângă specia Lolium perenne și Graminee, o serie de Leguminoase etc. În cazul zonelor umede de pe platformă se poate proiecta un model de bioremediere cu plante acvatice (stuf, papură, pipirig etc).

În cazul reconstrucției ecologice a ecosistemelor terestre se presupune parcurgerea anumitor etape biotehnologice esențiale, care să asigure: „înființarea unor fito și zoo – cenoze de pionierat, concomitentă cu pedogeneza, refacerea microbiotei, refacerea humusului și proprietăților solului; reconstrucția fito și zoocenotică, cultivarea, colonizarea speciilor, revegetarea cu asociații de plante ierboase, arbori, arbuști” (Malschi, 2014).

Pentru batalurile foarte toxice de pe platformă se poate practica bioremedierea ex situ pe platforme special amenajate, unde are loc cultivarea pământului, compostarea etc.

În cazul composting – ului, „solul contaminat este excavat și amestecat cu materiale de umplutură și amendamente organice cum ar fi resturile de lemn, fân, îngrășăminte naturale și deșeuri de plante. Composting – ul este un proces biologic controlat prin care poluanții organici sunt transformați de microorganisme (în condiții aerobe și anaerobe) în produși derivați inofensivi, stabilizați” (Malschi, 2012).

În cazul cultivării pământului, solul contaminat se excavează în straturi aliniate, menite să aerisească solul. Cultivarea solului, implică instalarea unor conducte și a altor metode pentru a putea controla scurgerea poluanților. „Este o tehnologie de bioremediere folosită la scară largă” (Malschi, 2012).

În concluzie, aceste modele de bioremediere propuse pentru ape poluate și pentru substratul solid ar putea fi folosite în cazul batalurilor chimice ale fostului [NUME_REDACTAT], cu scopul de a le decontamina, de a elimina aspectul inestetic, impactul negativ pe care îl au asupra mediului și de a se încerca o reintegrare a platformei în circuitul economic.

Capitolul VI. [NUME_REDACTAT] lucrare de licență a dus la efectuarea unei documentări asupra problemei de poluare legată de platforma cu bataluri toxice a [NUME_REDACTAT] Târnăveni, precizând impactul poluanților asupra apei (râul [NUME_REDACTAT]) și asupra solului din vecinătate.

Nivelul poluării, în special cu crom și alte metale grele, cu deșeuri de la fabricarea pesticidelor, îngrășămintelor chimice și dispersarea poluanților în sol și apă, justifică interesul de biomonitorizare a ecotoxicității zonale și mai ales pentru cercetările de elaborare a unor tehnologii de bioremediere.

Lucrarea realizează investigații cu privire la biomonitorizarea și fitoremedierea apelor cu specia Lemna minor și a solului cu specia Lolium perenne.

În urma testelor efectuate cu Lemna minor, s-au observat schimbări majore în ceea ce privește parametrii fizico – chimici, precum și în cazul concentrațiilor de metale grele. Scăderea concentrației acestora, arată faptul că specia Lemna minor este un bun bioacumulator. Un exemplu în acest sens îl reprezintă proba prelevată de pe platforma combinatului, a cărei concentrație de crom înainte de fitoextracție a fost de 4707 μg/ l iar după fitoextracție a scăzut la 3774 μg/ l.

Același lucru se poate afirma și în cazul speciei Lolium perenne, care și-a dovedit eficiența utilizării în cazul batalurilor toxice ale fostului [NUME_REDACTAT] Târnăveni. În cazul solului poluat prelevat din dreptul platformei, concentrația de crom înainte de fitoextracție a fost de 35,56 mg/ kg iar după fitoextracție a scăzut la 28,29 mg/ kg.

În baza acestor concluzii conturate pe marginea studiilor și rezultatelor obținute, putem afirma faptul că bioremedierea este o metodă potrivită pentru depoluarea unei zone contaminate datorită costurilor reduse, a rezultatelor favorabile obținute și a impactului negativ redus pe care îl are asupra mediului.

De asemenea, s-ar putea elabora un plan de bioremediere pe baza rezultatelor obținute în urma fitoremedierii, utilizând și alte specii pentru apele și substratele solide poluate, cum ar fi: papură, stuf, pipirig etc.