Utilizarea Namolului de la Statia de Epurare Ca Amendament In Procesul de Fitoremedire

Utilizarea nămolului de la stația de epurare ca amendament în procesul de fitoremedire.

Cap. I Sadiul actual al cunoașterii privind fitoremedierea solurilor poluate cu produse petroliere

1.1. Fitoremedierea – aspect generale

Fitoremedierea reprezintă o ramură a biotehnologiilor.

Fitoremedierea se bazează pe utilizarea plantelor verzi pentru a curăța solurile, apele subterane ce sunt contaminate, dar și apele provenite din stațiile de epurare.

Fitoremedierea este o tehnologie în curs de dezvoltare ce se caracterizează prin îndepartarea din soluri, ape subterane și a apelor uzate, a poluanților, aceasta tehnologine este low – tech și cel mai mare avantaj este că are un cost redus, cu alte cuvinte se poate definii ca fiind o tehnologie care utilizează plante verzi (inclusiv ierbuiri și plante lemnoase) pentru a elimina sau a transforma în elemente inofensive diferite substanțe cum ar fi metale grele, compușii organici, compușii radioactivi.

Multe situri de deșeuri periculoase necesită curățare, solul contaminat, apele subterane, și / sau apa uzată conțin un amestec de diferite tipuri de poluanți, de multe ori la concentrații diferite. Acestia pot fi săruri, elemente organice, metale grele, oligoelemente și compuși radioactivi. Curățarea simultană a mai multor contaminanți, prin metode termice convenționale, chimice, este dificilă atât din punct de vedere tehnic, dar și foarte costisitoare, aceste metode de asemenea, pot distruge componenta biotică a solului

Conceptul de fitoremediere se bazează pe capacitatea bine-cunoscută a plantelor și a rizosferei asociate lor de a se concentra și / sau degrada pentru a dilua contaminanți. Această include toate procesele biologice, chimice și fizice influențate de plante, care ajuta la asimilarea, reținerea, degradarea, poluanților fie prin plante, fie de către organismele vii care constituie rizosferă plantei. Fitoremedierea profită de capacitațile unice și selective de absorbție a sistemului radicular al planei. Sistemele de remediere a solului pe baza de plante pot fi privite ca sisteme, „conduse” de soare, cu o vastă extindere a rețelei de absoție ( sistemul radicular) care îmbunatățește ecosistemul de la suprafața solului pana la apele subterane, pentru o utilizare ulterioară productivă (Negri, 2001).

1.2. Bioremedierea solurilor poluate cu hidrocarburi petroliere

Solul este un ecosistem cu o biocenoză și un biotop ce acționează în condiții specifice, fiind substratul nutritiv indispensabil pentru creșterea și dezvoltarea plantelor. Solul se caracterizează printr-o compoziție foarte complexă, constituind un sistem complex de natură organo-minerală. Acesta este un adevărat laborator chimic și biologic, ce reacționează prompt la orice intrări din afara ecosistemului și ieșiri din ecosistem. Solul poate fi catalogat ca un organism viu, care se naște, evoluează, se autoregenerează (Ghidra, 2004).

Organizația Mondială a Sănătății consideră că poluarea solului este consecința unor obiceiuri neigienice sau a unor practici necorespuntătoare. Poluarea solului este rezultatul oricărei acțiuni care produce dereglarea funcționării normale a solului, care se manifestă prin degradarea fizică, chimică și biologică a solului ce afectează negativ fertilitatea sa, respectiv capacitatea sa de producție. Datele statistice atestă că poluarea a devenit un fenomen de o gravitate deosebită în sol, ea fiind cauzată de deșeurile și pulberile industriale, reziduurile din sectorul zootehnic, îngrășăminte, substante fito-farmaceutice, ierbicide, produse radioactive. (Malschi, 2009)

În prezent, aproximativ 80% din terenuri sunt contaminate / poluate cu produse de origine petroliere (hidrocarburi, solventi etc) utilizate ca sursă de energie în industria petrolieră, precum și produse chimice. Există o varietate de poluanți care afectează solul și subsolul, cum ar fi combustibilul și produsele petroliere, reziduuri de hidrocarburi, țiței, alte produse rezultate din exploatarea (hidrocarburi saturate și nesaturate, alifatice, monociclice și policiclice aromatice).

Aceste tipuri de produse (în principal hidrocarburi) prezintă un risc nociv, care afectează calitatea apelor subterane, aceasta devine nociva și nu poate fii utilizata pentru o perioadă lungă de timp (apă potabilă, de irigare și diferite utilizări industriale). Acesta prezintă, de asemenea, riscurile pentru sănătatea umană, mediu biologic și a vegetației, compuși aromatici având un puternic caracter de efecte mutagene și cancerigene și, nu în ultimul rând, afectează securitatea mediului, care prezintă riscuri de explozie și incendiu, atunci când uleiul plutitoar ajunge la suprafața.

Surse potențiale de poluare directă a sol și subsolul pot fi parcurile de rezervoare, separatoare vechi de la stațiile de epurare a apelor uzate, bazine de decantare, reziduuri și gropi de deșeuri de gudron, rampa CF de încărcare și descărcare, conducte subterane, rețele de canalizare etc

Țițeiul și produsele petroliere chimice stocate și folosite în condiții necorespunzătoare constituie surse importante de poluare a solului, poluarea accidentală cu petrol devenind în zilele noastre un fenomen comun, care poate provoca dezastre ecologice și sociale (TOTI si colab. 2009).

1.2.1. Procedee de depoluare

Bioremediere, din punct de vedere al impactului asupra mediului, dar si din punct de vedere al costurilor, dintre tehnologiile disponibile astăzi pentru depoluarea și detoxifierea solurilor contaminate cu petrol, este cea mai sigura.

Pe de alta parte aceste tehnologii au și dezavantaje legate de dependența de condițiile meteorologice, de timpul relativ îndelungat pentru realizare și de incompatibilitatea anumitor microorganisme cu unele clase de hidrocarburi și metale existente în poluant (Mărculescu și colab. 2008).

Condițiile de aplicare a bioremedierii..

În ceea ce priveste eficiența decontaminării prin metode biologice, aceastea, depind de mulți factori (factorii chimici, fizici si biologici) și nu există o metodă standard care să garanteze succes în orice condiții.

În procesele de bioremediere, bacteriile ocupă un prim loc dar, se utilizează și ciuperci, levuri, alge etc. De cele mai multe ori microflora autohtonă zonei poluate poate constituii baza de microorganisme necesare în decontaminare.

În siturile contaminate sunt populații bacteriene care pot degrada pâna la un anumit nivel poluanți de tip hidrocarburi, solvenți clorurați, fenoli, PCB (bifenil policlorurați), diferite pesticide, însă acestea nu pot degrada toți poluanții, sau procesul este mult prea lent. Iar unii poluanți degradabili nu pot fi accesibili microorganismelor deoarece sunt strâns legati de particulele solului.

Hidrocarburilor ușoare pot fi degradate complet, însa este nevoie de mai multe specii de bacterii. Pentru a face o posibilă degradare este nevoie de populații de bacterii indigene, dar în cazul unor hidrocarburi mai grele este nevoie de preparate comerciale de bacterii pentru suplimentarea populației de bacterii native.

Tipurile Arthrobacter, Achromobacter, Novocardia, Pseudomonas, Flavobacterium etc, sunt specii naturale și sunt utilizate în cazul polulării cu hidrocarburi petroliere.

Natura oferă multe componente chimice necesare dezvoltării vegetației, unele fiind considerate elemente nutritive, necesare bunei dezvoltări a microorganismelor și pot fi clasificați în micronutrienți (fierul, cobaltul, nichelul și borul) și macronutrienti (azotul, fosforul, calciul, magneziul). În procesul de bioremediere sunt implicate multe microorganisme, iar pentru o dezvoltare și o reproducere optima a acestora trebuie ca în sol sa existe o cantitate sufucientă de nutrienți, în forme si concentrații specifice fiecarui proces.

În baza necesarului biomasei bacteriene și concentrației de hidrocarburi sunt estimate nivele de azot și fosfor cerute. În determinarea raporturilor carbon:azot:fosfor (C:N:P) și conținutului de apă, raportul C:N:P de 300:10:1 pare a fi potrivit deoarece o treime din substanțele petroliere sunt transformate în masă celulară și două treimi în bioxid de carbon.

Condiții de bază ale bioremedierii

Metodele de bioremediere în condiții optime pot fi destul de eficiente dacă includ următoarele aspecte:

● existența surselor de nutrienți;

● caracterizarea activității biologice a situ-lui existent (plante și microbi), precum și descrierea penei;

● biodisponibilitatea poluantului pentru un tratament eficient;

● aciditatea/alcalinitate solului pentru a determina nevoia de îngrășăminte și de aerare;

● forma chimică a speciilor radioactive;

● timpul de înjumătățire a radionuclizilor;

● specii de plante sau speciile microbiene cele mai potrivite pentru decontaminare situ-lui;

● conturul penei (Urs și Micle, 2010).

Propietățile fizice ale solului pot influența procesul de bioremediere, astfel:

Permeabilitatea solului – cu cât solul este mai permeabil cu atât procesul de fitoremediere poate avea mai mult succes, deoarece condițiile de aplicare sunt mai bune, acesta fiind valabil atat pentru zona saturată cât și pentru zona nesaturată.

pH-ul poate afecta activitatea biologică din sol, deoarece afecteaza solubilitatea, și, prin urmare disponibilitatea componentelor din sol. Valoarea pH-ului trebuie sa fie cuprins in 6-8, iar valoarea ideala este in jur de 7.

Temperatura – reprezintă o propietate a solului ce afectează activitatea microbiană din mediul înconjurător. Procesul biodegradare va încetini odată cu scăderea temperaturii. De obicei solubilitatea contaminanților crește odată cu creșterea temperaturii; însă, unele hidrocarburi sunt mai solubile la temperaturi scăzute decât la temperaturi ridicate. Temperatura este un factor care influențează bioactivitatea astfel încât rata de biodegradare a hidrocarburilor aproape se dublează, la fiecare variație de 10º C peste o temperatură medie cuprinsă între 5 și 25º C.

Umiditatea solului – reprezintă o caracteristică foarte importantă în modalitatea de tratare a zonei nesaturate, deoarece microorganismele au nevoie de apă ca suport pentru procesul metabolic. În procesul de bioremediere umiditatea ideală a solului este de 50%.

În procesul de bioremediere, caracteristicile solului au o importanță deosebită deoarece este foarte greu să urmarești și să controlezi procesele care au loc în sol, iar aceste propietăți, sunt un indicator foarte important ce condiționeaza procesul de bioremediere. În tabelul urmator sunt prezentate condițiile de mediu care afectează degradarea și sunt prezentate condițiile de mediu a unui carburant produs din țiței: motorina(Adrian F. Potra și colab.2012).

Tabelul 1

Condiții de mediu care afectează degradarea.

Sursa: Studiu privind bioremedierea solurilor contaminate cu hidrocarburi petroliere (Adrian F. Potra și colab.2012)

Stuctura chimică a componentelor de mediu face ca biodegradabilitatea produselor din petrol să fie dependentă de acestea, astfel dacă avem de-a face cu hidrocarburi petrolieri solubile ele sunt biodegradabile. Ca și regula bine cunoscută, structurile chimice simple sunt mai ușor de degradat decât cele ramificate, care se degradeaza foarte greu, de exemplu hidrocarburile cu vâscozitate mare sunt mai puțin biodegradabile din cauza dificultăților fizice în stabilirea contactului între poluanți și microorganisme, sau între nutrienți și acceptori. Cel mai important rol in degradarea hidrocarburilor il au micoorganismele.

Principalele tehnologii de bioremediere inculd tehnici sau procede care au la bază utilizarea microorganismelor pentru tratarea solurilor și apelor freatice pentru degradarea ori descompunerea hidrocarburile petroliere.(tabelul 2)

Tabelul 2

Principalele tehnologii de bioremediere a solurilor contaminate cu hidrocarburi.

Sursa: Studiu privind bioremedierea solurilor contaminate cu hidrocarburi petroliere (Adrian F. Potra și colab.2012)

Cercetări privind utilizarea plantelor hiperacumulatoare în fotoremedierea solurilor

Bioremedierea este privită ca o strategie promițătoare pentru reabilitarea solurilor agricole contaminate. Studiile au arătat că multe plante pot degrada hidrocarburile petroliere din soluri, datorită substanțelor exudate de către rădăcina plantelor, acestea fiind bogate în acizi organici și azot mineral, dar pot crește, în acelaș timp populația de bacterii indigene, inclusiv microorganismele care pot degrada hidrocarburile petroliere. Alte studii au arătat faptul că unele plante pot chiar inhiba eliminarea de hidrocarburi petroliere din solul contaminat. Concurență pentru substanțe nutritive între plante și microorganismele din sol pot împiedica eliminarea hidrocarburilor petroliere în rizosferă.

Lucerna (Medicago sativa L.), este cea mai răspândită în lume, este o specie perena, ce are rădăcini foarte adânci, care pot avea un mare potențial pentru remedierea unui număr de contaminanți organici, cum ar fi bifenili policlorurați și hidrocarburile petroliere. Mai mult decât atât, Chenget și colab. (2008) au constatat că aplicarea îngrășămintelor organice pot spori biodegradarea hidrocarburilor petroliere în rizosfera solului Cu toate acestea, cele mai multe dintre aceste studii au fost efectuate experimental (artificial) pe solurile contaminate ce au avut concentrații de hidrocarburi petroliere cu greutate moleculară mică, cum ar fi fenantren și piren. Dar nu au fost făcut studii în ceea ce privește utilizarea lucernei și a îngașământului organic pe solurile contaminate. Iar efectele pe care le poate avea un îngășământ organic asupra fitoremedierii solului contaminat, nu pot fi decât unele pozitive deoarece acesta ajută planta oferindu-i substanțele nutritive.

Într-un studiu realizat de către Dengqiang Fu si colab. (2012) acestia au folosit pentru bioremedierea solurilor contaminate cu țiței, atât lucerna cât și un îngrășământ organic. Obiectivul acestui studiu a fost analiza efectelor pe care le au lucerna, dar și îngrășământ organic, asupra eliminării sau disipării hidrocarburilor petroliere dintr-un sol contaminat. În plus, azotul mineral din sol și pH au fost determinate pentru a observa relațiile dintre proprietățile solului și hidrocarburile petroliere.

Acest experiment a fost realizat într-un climat controlat pentru a studia efectele pe care le are cultura de lucerna și îngrășământilui organic asupra solului contaminat, iar toate materialele folosite au fost sterilizate. Rezultatele au arătat, ca plantarea pe termen scurt a lucernei pe solurile contaminate cu hidrocarburi peroliere a inhibat disiparea poluantului, iar ingrășământul organic a contribuit semnificativ la indepărtarea poluantului din sol. În cifre, rezultatul experimentului arată ca peste 78% din poluant a fost îndepartat, cu ajutorul lucernei, iar îngrășământul poate facilita biodegradarea poluantului. (Dengqiang Fu si colab. 2012)

O altă plantă folosita des in fitoremedierea solurilor poluate este rapița ( Brassica napus).

Rapița aparține familiei Brassicacea, în unele studii realizate, unele plante care fac parte din această familie, au demonstrat calitățile lor de acumulare a unor diferiți poluanți. Ca de exemplu muștarul indian (Brassica Juncea) este folosit in fitoremedierea solurilor afectate cu Cd, Cu, Ni, Zn, Pb, deoarece este cunoscut ca fiind un bun hiperacumulator al acestor metale grele. Rapița are o scară largă în ceea ce priveste fitoremedierea, aceasta conține 40 -44% ulei din semințe și, prin urmare, fitoremediere folosind rapița este importantă atât pentru decontaminarea sol și producția de biodiesel rezultat.

Într-un experiment realizat de către Jiyeon Park și colab. (2012) aceștia au folosit rapița pe solurile poluate cu metale grele. Acest experiment a avut mai multe obiective și anume: evaluarea rapiței în vederea fitoremedierii solurilor contaminate cu metale grele, investigarea caracteristicile de acumulare a metalelor grele în plante; examinarea posibilitații de extragere a uleiului produs din semințele de rapiță. În acest experiment, a fost folosită analiaza extracției secvențiale pentru a estima fitodisponibilitatea metalelor grele pentru plante. Conform rezultatelor, plantele care pot asimila metalele grele din sol au o puternică legătura cu fracțiunea schimbabilă în sol. Aceste rezultate arată fezabilitatea producției de petrol extras din rapita, care a fost cultivată în solul contaminat cu metale grele. Semințele conțin o concentrație scăzută a metalelor grele în sol , cu excepția Zn, care este esențial pentru creșterea semințelor. Concentrațiile de metale grele din semințe pot fi afectate de translocarea metalelor grele din lăstari. Mai mult de jumătate din cantitatea de metale grele este lăsată în reziduuri în timpul procesului de extracție a uleiului din semințe și acest ulei produs din rapita, pe solurile contaminate, este acceptabil ca o viitoare sursă de energie (Jiyeon Park si colab. 2012)

1.3. Teritorii din România afectate de poluarea solurilor cu țiței

În România predomină poluarea solurilor cu țiței, urmată de poluarea cu apă sărată, acesta din urma fiind utilizată în procesul de extracție al petrolului, provenită de la sonde. În urma acestui tip de poluare rezultă un dezechilibru ecologic al solului, dar și a apei fretice pe o suprafață de 2654 ha, dintre care cel mai rău se resimte pe 1205 ha. Dar și procesele fizice care au loc pentru a extrage țițeiul duc la poluarea solului, în cadrul parcului de exploatare, prin deranjarea stratului fertil de sol suprafețe excavate, ( rețea electrică, conducte sub presiune și cabluri îngropate sau la suprafața solului, rețea de transport rutier etc.)

De exemplu, Compet S.A. este unul dintre cei mai mare distribuitori de petrol din România, societatea operează o rețea de conducte cu o lungime de 3800 km, ce traversează 24 de județe ale țării. 

Sursa: www.COMPET.ro

În România predomina poluarea ascendentă, care rezultă în general în urma spargerii conductelor sub presiune, scurgerile putând ajungând în pânza pedofreatică. Un rol foarte important il are continultul de argila din sol, acesta depinzând de capacitatea de reținere în sol a produselor petroliere, putându-se infiltra până la 70-80 cm, această valoare putând fi depașită, îngreunâd procesul de depoluare. Cel mai important indicator care evidențiează reținerea acestui poluant în sol, îl reprezintă raportul carbon/azot (C/N). 5 județe (Bacău, Covasna, Gorj, Prahova și Timiș) au fost înregistrate că sunt afectate 751 ha, dintre care, puternic-excesiv sunt afectate 278 ha. (puternic de 248 ha, foarte 5 ha, excesiv de 25 ha).

La nivel național mai sunt identificate următoarele situri contaminate:

– industria extractivă – 170 de situri contaminate cu o suprafață totală de 2725,46 hectare;

– industria petrolieră (incluzând zone de extracție, separatoare, conducte de transport, unități prelucrătoare, depozite, batale de deșeuri petroliere, stații PECO etc.) – 232 de situri contaminate cu o suprafață totală de 2664,78 hectare.
Cele mai afectate zone din țară de poluarea cu petrol și apă sărată datorată exploatărilor petroliere sunt Borzești, Onești, Ploiești, iar suprafețele cele mai mari se întâlnesc în județele Teleorman, Brăila, Bihor, Dolj, Dâmbovița, Giurgiu și Gorj. (Adrian F. Potra si colab.2012)

Toate aceste tipuri de poluare au ca efect tasarea solului, modificarea formei acestuia, și în final reducea suprafetei productive din punct dinpunct de vedere agricol, dar și silvic.

Tipurile de poluare determina procese chimice astfel: poluarea cu petrol, sau cu petrol și apă sărată (mixtă); poluare ascendentă, descendentă și suprapusă.

1.4. Valorificarea nămolurilor pentru stimularea culturilor in procesul de fitoremediere

1.4.1. Caracteristiciel nămolului

Nămolurile se pot caracteriza din punct de vedere fizic și aici putem enumera: culoare și mirosul, umiditatea, greutatea specifică, filtrabilitatea, puterea calorică a nămolului, caracteristicile din punct de vedere chimic: valorea pH-ului, substanțe solide totale, fermentabilitatea, metale grele și nutrienți, dar unele dintre cele mai importante caracteristici sunt cele bacteriologice și cele biologice.

Caracteristicile biologice și bacteriologice. Nămolurile prospete din cadrul unei stații de epurare prezintă caracteristici biologice si bacteriologice asemanatoare cu cele ale apei uzate supuse epurarii, cu mențiunea ca diminuarea lor in faza apoasă se traduce ca o concentrare în faza solidă (nămol). Nămolul proaspăt poate sa conțină microorganisme patogene, oua de helmiți, etc, care se regăsesc în apele uzate. Deci, din punct de vedere epidemico-igienic, nămolul proaspăt este extrem de periculos. În condițiile fermentării anaerobe, bacteriile patogene si ouale de helminți vor fi distruse, totuși nămolul fermentat trebuie în prealabil pasteurizat la temperatura de 70 ͦ C înainte de a fi utilizat în agricultura ca îngrașamânt, eliminând riscul unei contaminari bacteriologice a culturilor.

O alta soluție constă în compostarea nămolului pe bază proceselor boichimice complexe ce produc o humificare a materiei organice, iar datorită temperaturii se produce și o dezinfecție a nămolului.

Unele categorii de ape uzate ce nu prezintă un mediu prielnic de viață pentru microorganisme (pH-ul, prezența unor metale toxice etc.), conduc la formarea de nămol dără potențial patogen.

1.4.2. Epurarea biologică nămolului

În tehnologia epurarii se utilizeaza mai multe procedee având la bază procese chimice, fizice și biologice : aceste procese se combină în cazul unui anumit procedeu sau în diferite procedee, ceea ce permite obțierea unor eficiențe ridicate de epurare, precum și posibilitatea eșalonarii investițiilor necesare execuției stației de epurare.

Procesele fizice, având la bază fenomene de separație lichid – solid, sau lichid- substanțe plutitore, datorită diferenței lor de greutate, constituie unele dintre cele mai importante procese ce intervin în cadrul epurării apelor uzate.

Procesele chimice intervin în cazul dezinfectării apelor uzate în compoziția cărora predomină bacterii patogene, sau la eliminarea substanțelor în suspensie, coloidale și dizolvate cu ajutorul substantelor chimice (reactivi).

Pentru eliminarea din apele uzate a substanțelor organice în stare de soluție, acționeaza procesele chimice în paralel cu cele biologice, constituind așa-numitele, procese de natură biochimică. Procesele biologice care inervin la epurarea apelor uzate sunt procese aerobe condiționate fiind de existența micoorganismelor aerobe a căror activitate de oxidare și mineralizare a substanțelor organice de realizarea unui mediu aerob definit de existența oxigenului furnizat de atmosferă sau de apă.

Procesele de epurare mecano-biologică se bazează pe acțiunea comuna a proceselor mecanice și biologice și pot avea loc în condiții naturale sau în condiții artificiale prin filtrare biologică sau în bazine de aerare cu nămol activ de mică sau mare încarcare, cu aerare normală sau prelungită.

Construcțiile si instalațiile în care se realizează procesele de biochimice de epurare, se alcatuiesc din treapta secundară a statiei de epurare având drept scop final reținerea materiilor solide în soluții, în special a celor organice. Nămolul produs în treapta biologica este reținut în decantarele secundare. În acesta treapta de epurare sunt necesare, dat fiind complexitatea proceselor, unele instalatii de deservire, de exemplu instalații pentru producerea și introducerea artificială a aerului, stații de pompare și conducte pentru transportul și distribuția nămolului”

1.4.3. Tratarea nămolurilor

Figura 2. Structura unei stații de tratarea a apei uzate menajere.

Sursa: Institutul Național de Cercetare

Tratarea nămolurilor rezultate din epurarea apelor uzate în cele trei trepte de epurare constă în fermentarea si deshidratarea lor. Deși fermentarea anaeroba ca proces biologic de stabilizarea a nămolurilor organice este frecvent aplicată în stațiile de epurare, totuși, în ultimul timp, se promovează soluția de fermentare aeroba la temperaturi și presiuni ridicate care prezintă avantaje tehnice și economice superioare primului sistem. Îngroșarea convențională sau prin flotare este folosită pentru concentrarea nămolurilor brute și nămolurilor fermentate până la 4-12 % în funcție de natura nămolului. Pentru deshidratate nămolului se poate aplica soluția naturală cu platforme de nămol, iar pentru cantități mari de nămoluri se recomandă deshidratarea artificială pe cale termica sau mecanică (vacuumfiltre, centrifugare, filtre prese etc.). Nămolurile stabilizate și deshidratate se pot valorifica sub forma de ingrașamât organic în agricultira sau alte forme utile. (Dima, 2005)

Compostarea nămolurilor

Compostarea nămolurilor constitue un procedeu de mineralizare a materiei organice conținute în nămol cu ajutorul microorgamismelor, realizându-se în final un material inofensiv, cu volum și greutate redusă, ce poate fi utilizată fara dificultați, din punct de vedere igienic ca îngrașământ agricol. Compostarea nămolului se poate face împreuna cu gunoiul de grajd, iar când se adoptă soluția de copostare numai a nămolului, atunci trebuie sa se adauge materii uscate (turbă) pentru a favoriza trecerea aerului prin stratul de compost. Se urmarește să fie suficient oxigen în din aerul atmosferic pentru ca procesul să se desfașoare în condiții aerobe fără degajare de mirosuri neplăcute.

Compostarea se poate realiza pe cale naturală sau pe cale artificială. În primul caz materialele se compostează în grămezi – depozite de dimensiuni adecvate. În interiorul acestor grămezi temperutura se ridica spontan la 70 ͦ C având o diminuare avansată a potențialului patogen și o igienizare a materialului. Procesul dureaza în anotimpul calduror aproximativ 2- 3 luni. Compostarea artificială se realizează într-un tambur rotativ unde amestecul menționat mai întâi este încalzit la temperatura de 60 ͦ C timp de 6 -7 zile, dupa care materialul rezultat este așezat în grămezi de 1,50 m înaltime, unde după câteva zile de fermentare anaeroba poate fi folosit ca îngrățământ. (Dima, 2005)

1.4.4. Utilizarea nămolului în agricultură

Prin Legea Mediului nr 137/1995 s-a stabilit cadrul legislativ global în cadrul careia urmează să se emita ordine, directive și instructiuni specifice pe domeniu, între care se va detalia și problema reciclarii nămolului provenite de la stația de epurare și valorificarea agricultură, în colerare cu parametrii fizico-chimici ai nămolului, între care foarte important rămâne conținutul în apă, conținutul de substante organice biodegradabile, concentrația în metale grele și agenți patogeni.

Valorificarea nămolurilor nu constituie un scop în epurarea apelor uzate urbane; ea trebuie considerată numai ca fiind un mijloc de îndepărtare rațională a substanțelor nocive din apele uzate.

Analizând valorile substanțelor fertilizante din nămolului proaspăt și cel fermentat, rezultă că nămolul proaspăt și cel fermentat, rezultă că nămolul fermentat conține cu 40-50 % mai puține substanțe decât nămolul proaspăt, însă prezintă avantaje în comparație cu nămolul proaspăt. Folosirea nămolului în agricultură se face sub formă de nămol lichid proaspăt, nămol lichid stabilizat aerob, nămol lichid pasteurizat, nămol deshidratat, nămol compostat, nămol uscat, în toate cazurile fiind obilgatoriu a respecta normele si restrictiile ecologice recomandate de agentiile de protectia mediuliu. Deasemenea, in aceste recomadari si norme sunt specifice si limite pentru metalele toxice fie in namolul utilizat ca fertilizant, fie in sol, dupa amestec cu namol.

In Statele Unite ale Americii depozitarea namolurilor este reglementata de Legea privind Recuperarea si Conservarea Resurselor si de Decretul pentru Apa Curata( Clean Water Act ), aprobate de Congresul SUA si aplicat in toate statele.

La nivel european , valorificarea in agrucultura a namolului din statiile de epurare a facut obiectul unei regemenatri comune (Consiliul European – 1986) cunoscuta sub denumirea Directiva CEE 86/278 care are rolul de a regementa utilizarea namolului in agricultura in asa fel incat sa evite efectele nocive asupra solului, vegetatiei, animalelor si omului, inconjurand , totodata, utilizarea lui de catre agriculori tocmai pentru a coordona legislatia interna a tarilor componente astfel incat sa nu apara disfunctionalitati in comercializarea produselor agricole dar si pentru protectai sanitara. (Mihai Dima, 2005)

În România studiile legate de nămol folosit ca îngrășământ organic au început în anul 1980, când o echipă de profesori, majoritatea ingineri agronomi, conduși de către profesorul universitar dr. Mihai Vîjială, au pus bazele unui expetiment care s-a întins pe 4 ani și a avut drept scop major „cercetări privind valorificarea ca îngrășământ organic a nămolului de la stația de epurare zonală Dâmbovița”. Acest experiment a avut loc în câmp, în casa de vegetație si în solar.

Studiul s-a bazat pe doua experimente. Primul s-a intins pe un an, modul de lucru a acestui experiment s-a bazat pe folosirea nămolului ca îngrășământ organic pe culturile irigate de porumb, fără influența ingrășămintelor chimice și a avut loc in câmpul experimental de la Bobesti-Glina (1985), iar cel de-al doilea a durat patru ani (1986, 1987, 1988, 1989). În al doilea experiment s-a folosit nămol de la stația de epurare Bobesti-Glina (Dâmbovița), și s-a desfașurat in câmpul experimental și didactic fermei Moara Domnească a IANB-București, în câmpul experimental Bobești-Glina, în casa de vegetație și serele IANB-București, scopul acestui experiment a fost de a urmarii influența fertilizării cu nămol, tratat prin fermentare.

Rezultatul acestor doua experimente arată că nămolul influentează dezvoltarea creșterii producției de substanță uscată pe pajistile temporare, însă doar în anumite condiții: nămolul trebuie adminitrat sub arătură în timpul înfințării culturii, aceasta metodă trebuie repetată în fiecare an, toamna. Prin aplicarea nămolului sub arătură și în fiecare an, toamna, la suprafața pajiștii, fără îngrășăminte chimice, sporurile de producție față de martor sunt de 26 % până la 64 % (cel mai mare spor s-a înregistrat la varianta fertilizată cu 70 t/ha nămol).

O alta concluzie trasă de specialiști o reprezintă importanța dozării cantității de nămol, altfel spus in urma experimentului s-a arătat ca pe culturile unde s-a folosit mai puțin de 10t /ha, nu influențează producția de substanță uscată, indiferent de modul in care este administrat. Din punct de vedere al producției este recomandat utilidarea în doze de la 30t la 70 t/ ha de nămol repetându-se anulal și neutilizând fertilizanți chimici.

În ceea ce privește modul în care namolul poate influența din punct de vedere chimic, planta, în urma analizelor efectuate asupra plantei nu s-au găsit modificări ale compoziției chimice, având termen de comparație o probă martor, și asta în cazul aplicării dozelor de nămol de până la 70%.

Un alt studiu realizat de către cercetătorii din România s-a derulat intre 1994-1996 și a avut ca scop testarea valorii agonomice a unui compost. Acesta din urmă a reprezentat un amestec de resturi vegetale cu nămol, tratat prin fermentare anaeroba. Plata folosita a fost raigras (Lolium perene), aceasta fiind folosita de mulți certcetători atât din țară cât și din străinatate. Un al doilea scop important pe care l-a avut acest experiment a fost acela de a caracteriza toleranța plantei fața de metalele grele prezente în astfel de deșeuri urbane.

În anul în care s-a montat experimentul s-a urmărit efectul dozelor de compost (0, 5, 10 și 20 % g/g) asupra producției de raigras, dar și asupra calității producției, comparativ cu o probă martor, in condiții artificiale realizate în vase de vegetație (1,03; 1,30 și 1,47 g/cm³). Raigrasul a fost colectat prin tăiere odata la 40 de zile, iar producția a fost exprimată in grame de substanță uscată/ vas.

Rezultatele acestui experiment au arătat că la prima recoltare, ca și la cea de-a treia, producția de raigras a fost corelată pozitiv cu doza de compost. La cea de-a doua recoltare, producția obținută, atât la varianta martor cât și la variantele tratate cu compost urban, a fost mult mai mare, iar varianta cea mai bună a fost cu 10 % compost aplicat în anul precedent. În ceea ce privește sporurile de producție, cele mai mari s-au realizat în varianta la care s-au aplicat doze de 10 și respectiv 20 % compost urban.
În ceea ce privește metalele grele, aceste au fost in cantități mai mari in al 2-lea an al experimentului, deoarece s-a urmărit efectul remanent al compostului. În plantele raigras s-a depășit valoarea normală de zinc, nichel, cobalt, crom și plumb, dar nu au existat fenomene de fitotoxicitate.

O primă concluzie trasă de catra cercetători a fost asupra cantității de compost utilizată sau mai bine spus ce urmeaza a fii încorporată în sol, aceasta trebuie calculată în funcție conținutul solului și a compostului în metale grele. O a doua concluzie este despre calitatea compostului urban, calitatea acestui compost in ceea ce privește fertilizarea, s-a constat o refacere rapidă a plantelor după fiecare recoltare.(Studiu pentru analiza situației actuale a efectelor utilizării nămolurilor de la stațiile de epurare în agricultură- Institutul de Studii și Proiectări Energertice București)

În ceea ce privește cercetarile aplicării nămolului ca amentament in culturile horticole, acestea s-au realizat in perioada 2001-2003, unde s-a folosit deșeu din industra lemnului cu nămol, ambele fiind compostate. Acest compost din namol de epurare și rumeguș din rășinoase a fost produs în colaborare cu Asociația "Rhododendron" pentru Protecția Mediului de la Târgu Mureș, și a avut ca scop valorificarea superioară a acestui tip de deșeu. Acest compost a fost realizat pe baza unor caracteristi și analize, pentru a putea fi utilizat ca fertilizator.

Experimentul a fost realizat într-un solar acoperit cu polietilenă, având o suprafață de 125 m2, așezarea a fost liniara cu 4 repetiții. În fiecare an compostul s-a aplicat toamna la suprafața solului în strat unifom corespunzător dozelor calculate, iar ulterior s-a încorporat în sol cu casmaua. Însă cantitatea de compost aplicata a diferit in fiecarea an, analizele facute ulterior au avut ca probă de comparatie o variantă martor în care nu s-a folosit compost, iar în anul II si III, ca termen de comparație au avut o variantă în care s-a folosit gunoiul de grajd. Plantele folosite au fost tomatele, în prilul an au fost utilizatecele din hibridul Export II, în anul II și anul III hibridul ARLETTA F1.

Rezultatele obținute in urma acestui experiment din punct de vedere al producției timpurie și producției totale, reprezentând cantitatea de fructe recoltată a evidențiat valori semnificative la toate variantele la care s-a folosit compost.

În primul an, s-a urmarit, producția timpurie și producția totală, având o producție de tomate foarte mare acolo unde s-a folosit cel mai mult compost 70 t/ha compost s-au înregistrat 39,42 t/ha tomate, iar la 90 t/ha compost s-au înregistrat 41,55 t/ha tomate.

În anul II s-a urmarit dinamica recoltărilor, cele mai bune rezultate s-au înregistrat la variantele cu 70 t/ha și, respectiv, 90 t/ha compost, la care s-au determinat fructe legate în număr mare până la nivelul celei de-a 6-a inflorescențe în comparație cu varianta martor cu cea țn care s-a folosit gunoi de grajd.

În anul trei producția timpurie și producția totală de tomate a avut valori apropiate, semnificative, la variantele în care s-a folosit compost din nămol de epurare și rumeguș de rășinoase și gunoi de grajd fața de proba martor, unde solul a fost feretilizat.

Analizele efectuate atât asupra solului cât și asupra plantei, la sfârșitul perioadei de vegetație, nu au evidențiat conținuturi excesite de metale grele. Metalele grele fiind sub limita maximă admisă.

În urma centralizării datelor din rapoartele anuale privind utilizarea nămolurilor de la stațiile de epurare rezultă ca nivelul de utilizare a nămolului în agricultură este în crestere . De la utilizarea în agricultură a 18% din nămolul generat în anul 2003 s-a ajuns la utilizarea a 29% din nămolul generat în anul 2005. Aceasta se datorează modernizării stațiilor de epurare care prevăd și modernizarea liniei de tratare a nămolului. (ISPE 2005)

1.5. Beneficii și limite ale utilizării nămolurilor.

1.5.1. Limite ale utilizării nămolului.

Aplicarea nămolului de epurare pe solurile agricole este reglementată, așa cum s-a prezentat mai sus, de Directiva 86/278/1986. Se recomandă ca anual, în medie pe 30 ani, să nu se aplice pe terenurile agricole mai mult de 0,15 kg/ha/an cadmiu, 6 kg/ha/an cupru, 3 kg/ha/an nichel, 6 kg/ha/an plumb, 18 kg/ha/an zinc și 0,1 kg/ha/an mercur. La stabilirea acestor valori limită s-a luat în calcul faptul că nămolul urban nu constituie singura sursă de poluare cu metale grele a solului agricol. Dacă terenul pe care se aplică nămolul este unul foarte sărac în elemente nutritive (de exemplu haldele de steril rezultate de la exploatările miniere la zi, terenuri poluate cu petrol, haldele de cenușă, haldele de fosfogips, etc.), se poate accepta ca dozele de nămol aplicate să ia în considerare necesarul de azot al culturii, nevoia de materie organică a solului, etc., deci elemente ce impun aplicarea unor doze ce vor depăși cantitatea maximă anuală de metale grele. Folosirea nămolului de epurare în procesul de ameliorare a solului permite aplicarea unor doze anuale mari de nămol, dar astfel calculate încât în 30 de ani să nu se atingă valorile maxime admisibile pentru elementele poluante în sol.

Dozele maxime admise în procesul de ameliorare a solului vor lua în calcul necesarul de azot al culturii astfel încât să nu apară riscul de poluare a apelor de suprafață și a celor freatice cu nitrați.

1.5.2. Beneficiile aplicării nămolului în agricultură

Utilizarea nămolului în agricultura, devine o metodă din ce în ce mai populară, reprezentând o modalitate de eliminare a acestuia ca potențial deșeu. Acesta conține diferiți compuși ce pot fi utili mediului, ca de exemplu concentrații importante de materie organică, azot, fosfor, potasiu și în concentrații mai mici calciu, magneziu și sulf. Tocmai datorită conținutului important de N și P, interesul asupra valorificării nămolului este in continuă creștere, deoarece acesta poate fii un înlocuitor eficient a îngașământului chimic. Menținerea conținutului de materie organică adecvat este esențial pentru menținerea fertilității solului și a productivității. Compostarea deșeuri municipale solide și a nămolurilor este o modalitate bună de a reduce cantitatea de deșeuri generate în zone dens populate și utilizarea agronomică a nămolului compostat este o metodă de a crește materiile organice. Procesele de compostare vor reduce disponibilitatea de metale în sol. Metalele sunt puternic legate de substanța de compost și de materiile organice, limitând solubilitatea lor și biodisponibilitatea în sol, duce la protejatea solurilor de impactul negativ pe care il poate avea acumularea de metale grele asupra acestuia.

Aplicarea nămolurilor provenite din stația de epurare s-a dovedit a avea multe avantaje, inclusiv furnizarea unei game variate de elemente nutritive în sol, crescând numărul organismelor benefice în sol , reducerea agenților patogeni și îmbunătățirea capacității de reținere a apei în sol.

Folosirea metodei de valorificare agricolă a nămolurilor de epurare nu îi privește doar pe agricultori ci, de asemenea, un întreg lanț de intervenienți, între care producătorii de nămoluri de epurare (gestionarii stațiilor de epurare), transportatorii, eventual o întreprindere specializată în realizarea tehnicii de împrăștiere și încorporare a nămolurilor de epurare etc.

Pentru a reuși o agricultura durabilă cu ajutorul nămolului, trebuie un control eficient al rețelelor de colectare, pentru a produce nămoluri curate, un control analitic bine organizat pentru a garanta cunoașterea nămolurilor ce urmeză a fi folosite în agricultură, dar in primul rând o bună gândire a aplicării nămolului pentru a valorifica cel mai bine calitațile de fertilizant. (ISPE 2005)

Cap II

Material și metode

2.1. Specii de plante utilizate în experiment.

În acest experiment plantele folosite au fost rapița și lucerna. Aceste plante au fost alese în urma rezultatelor extraordinare avute in studiile legate de fitoremedierea solurilor poluate, studii realizate de către cercetătorii din întreaga lume.

Rapița

Rapița este o plantă din familia cruciferelor Brassicaceae, cuprinde 34 specii, din care 5 sunt cultivate. La nivel global, se cultivate, pe o suprafață de peste 27 milioane hectare, ocupând un loc important in economia mondială, ca sursă de uleiuri vegetale.
Progresele realizate pe plan mondial și în țara noastră, în ameliorarea acestei plante și în utilizarea multiplă a uleiului motivează pe deplin reconsiderarea suprafețelor cultivate cu aceasta plantă și în România (Pirnă și colab. 2011)

Lucerna

Lucerna (Medicago sativa) este o plantă furajeră din familia leguminoaselor.

Lucerna este o plantă ierboasă care poate atinge 1 m înălțime. Rădăcinile plantei ating o adâncime de peste 4,5 m, această caracterstică permite plantelor să supraviețuiască în perioadele de secetă. Ca și celelate leguminoase la fel și lucerna are la rădăcină nodozități, unde trăiesc bacterii fixatoare de azot cu care planta trăiește în simbioză.

În momentul de față, pe plan mondial, lucerna se cultivă pe o suprafață de circa 40 milioane de hectare, cele mai mari suprafețe se găsesc în SUA, Argentina, Rusia, Italia, Franța și Canada. În țara noastră suprafața anuală variază, între 400 000- 500 000 ha, cu lucernă în cultură pură, și în jur de 1 milion de hectare cu lucernă în amestec cu specii de graminee perene

2.2. Organizarea experimentului.

2.2.1. Înființarea culturilor de rapiță și lucernă

În acest experiment a fost aplicată metoda de fitoremediere a solurilor poluate cu țiței, unde am folosit ca plante experimentale rapița și lucerna, datorită rezultatelor excepționale avute în studiile anterioare. Pentru îmbunătațirea creșterii, dar și pentru dezvoltarea plantelor s-a folosit nămol provenit din stația de epurare Găești – Dâmbovița, însă s-a urmărit și influența pe care acesta o are asupra capacității plantelor de adsorție a produsului petrolier.

Plantele folosite sunt certificate și sunt procurate de la Fermierul Târgoviște – SC Chemical Agro SRL.

Culturile au fost înființate, în laborator, pe vase de creștere ce au un volum de 270 cmc (L= 25 cm, l = 10 cm, h = 6 cm.), pe soluri poluate cu țiței și cu un adaos, în cantități diferite, de nămol, astfel pentru fiecare specie au fost înființate câte patru variante, un martor și alte trei variante, cantitatea de nămol și sol a variat păstrându-se aceași cantite de poluant, astfel s-a ajuns la o masă invariabilă a amestecului, astfel:

O variantă martor în care s-au folosit o cantitate de 700g de sol de gradină și 50 ml țiței;

Varianta 1 – V1 – în cae s-au folosit o cantitate de 600g sol de gradină amestecat cu 100g nămol provenit din stația de epurare și 50ml ml țiței;

Vatianta 2 –V2 – în care s-au folosit 500g sol de grădină , 200g ămol provenit din stația de epurare și 50 ml țiței;

Varianta 3 – V3 – în care s-au folosit 400g sol de grădină, 300g nămol provenit din stația de epurare și 50 ml țiței.

Pentru evitarea erorilor experimentale s-au realizat câte 3 repetiții pentru fiecare variantă în parte, dar cele 3 repetiții au fost realizate și pentru creșterea acurateții rezultatelor.

Culturiile au fost monitorizate pe întraga perioada a experimentului, temperatura a variat între 15 și 17º C, iar umiditarea între 71 și 80,5 %.

Norma de udare

În momentul înființăii culturilor au fost administrați câte 25 ml de apă de la robinet, pentru fiecare variantă în parte, iar apoi în funcție de necesitatea culturiile au fost udate cu câte 25 ml de apă, la 2 – 3 zile.

Codarea probelor

Probele au fost codate în funcție de cantitatea de nămol administrat, dar și în funcție de plantă:

Îngrașământul – N;

Specia L/R (lucernă/ rapița);

Varianta: M, V1, V2, V3

unde: M – martorul ;

V1 – varianta 1;

V2 – varianta 2;

V3 – varianta 3.

Ex. NRM – nămol, rapiță, martor.

Tab. 4 Codarea probelor

Fiecare variantă constă în trei repetiții a câte 100 de semințe.

2.2.2. Germinația plantelor de rapiță și lucernă

Germinatia planteor reprezintă cea mai importantă caracteristică a semințelor destinate însămânțării.Secaracterizează prin:

-capacitatea (facultatea) germinativă;

-energia germinativă.

Facultatea germinativă reprezintă numărul de semințe pure exprimate procentual careîn condiții optime de temperatură și umiditate produc germeni normali într-un timp stabilit pentru fiecare specie în parte.

Energia germinativă reprezintă procentul numeric de semințe germinate într-un timpmai scurt (1/3 sau 1/2) din timpul stabilit pentru facultatea germinativă. Timpul stabilit pentru determinarea germinației pentru lucernă si rapită se regăsesc în tabelul 3.

Tab. 3

Timpul necesar pentru determinarea germinației

3.3. Metode de analiză

3.3.1. Monitorizarea cresterii si dezvoltarii plantelor

Germinatia plantelor reprezintă cea mai importantă caracteristică a semințelor destinate însămânțării.Secaracterizează prin:

-capacitatea (facultatea) germinativă;

-energia germinativă.

Facultatea germinativă reprezintă numărul de semințe pure exprimate procentual care în condiții optime de temperatură și umiditate produc germeni normali într-un timp stabilit pentru fiecare specie în parte.

Energia germinativă reprezintă procentul numeric de semințe germinate într-un timp mai scurt (1/3 sau 1/2) din timpul stabilit pentru facultatea germinativă. Timpul stabilit pentru determinarea germinației pentru lucernă si rapită se regăsesc în tabelul 3.

Tab. 3

Timpul necesar pentru determinarea germinației

3.3.2. Compostarea nămolului

Atunci când se aleg procesele de tratare a apelor uzate, ar trebui acordată atenție cantității și tipului de nămol care se va produce, dar și a caracteristicilor sale legate de utilizarea finală propusă sau eliminarea nămolului (Iorga 2010).

Calea principală prin care poate fi redusă cantitatea de nămol după tratare este reducerea volumului de apă prezent într-un nămol prin îngroșare și deshidratare (Iorga 2010).

Nămolul folosit în experiment a fost tratat într-o unitate specială destinată pentru deshidratarea sedimentului care se formează în cursul sedimentării cu aplicare de floculant KEMIRA – K504, după care a fost tratat prin compostare, pentru a ajunge la standardele necesare utilizării acestuia în experiment.

Deshidratarea se realizează într-o unitate tip gravitațional, cu saci speciali de filtrare. Sedimentul vine printr-o conductă de presiune de la stația de pompare într-o conductă de admisie a pompei pentru dozarea sedimentului. Pompa pentru dozare alimentează cu floculant mixerul static prin intermediul unei valve de contrapresiune și al unui injector. În mixer, este amestecat floculantul cu sedimentul. Apoi sedimentul vine într-un colector, din care este distribuit în saci de filtrare.

Sacii sunt umpluți până la opritorii de filtrare. După aceea, alimentarea cu sediment este oprită. Deshidraterea suplimentară, în modul static este realizată în decurs de o zi.

Înaintea următorului ciclu de deshidratare, este necesar să se strângă sacii cu sediment cu ajutorul unor cleme de plastic și să se transfere sacii pe platforme de depozitare. Trebuie să se monteze saci noi cu ajutorul clemelor cu eliberare rapidă.

Filtratul este evacuat datorită gravitației în rețeaua exterioară și returmat pentru tratament prin compostare (Caiet de sarcini, Stația de epurare Gura Ocniței).

Nămolul compostat este definit de către biroul de standardizare din Qebec ca fiind un produs ce rezultă în urma proceselor de bio-oxidare a substratului organic heterogen solid incluzând o fază termofilă.

Utilizarea unui material energetic în procesul de compostare are trei scopuri principale: reducerea umidității nămolului, aerarea grămezii de compostare și realizarea unui raport C:N optim pentru fermentare.
Procesul de compostare a constat în trei faze:

• faza 1, stadiul de fermentare mezofilă, care este caracterizat prin creștearea bacteriilor și temperaturi între 25 și 400C;

• faza 2, stadiul termofil în care sunt prezente bacteriile, ciupercile și actinomicetele (primul nivel al consumatorilor) la o temperatură de 50-600C, descompunînd celuloza, lignina și alte materiale rezistente; limita superioară a stadiului termofil poate fi la 700C și este necesar să se mențină temperatura ridicată cel puțin o zi pentru a asigura distrugerea patogenilor și contaminanților;

• faza 3, îl constituie stadiul de maturare, unde temperaturile se stabilizează și se continuă unele fermentații, transformând materialul degradat în humus prin reacții de condensare și polimerizare; ultimul obiectiv este de a produce un material care este stabil și poate fi judecat cu privire la raportul C:N; materialele bine compostate au un raport C:N redus; de ex. raportul C:N poate scădea de la 30 la începutul procesului de compostare la 15 în compostul matur (Anghelina și colab. 2008).

3.3.3. Determinarea pH-ului

O influență aparte asupra calității solului o are pH-ul, astfel solurile acide sunt sarace sau uneori total lipsite de calciu, care este un element important pentru viața plantelor, iar alcalinitatea determină imobilizarea unor microelemente și prin urmare devin indisponibile pentru plante. Cunoașterea reacției solului ajută la stabilirea formei sub care trebuie folosite ingrășămintele chimice pe diferite tipuri de sol.

Cunoașterea pH-ului este foarte importantă, deoarece ajută la stabilirea formei sub care trebuie pus îngrășământul pe diferite tipuri de sol, acesta evidențiind gradul de mobilitate și rezistență a activității microorganismelor din sol. Astfel solubilitatea și accesibilitatea majorității elementelor nutritive din sol este optimă pentru nutriția plantelor atunci când pH –ul este cuprins intre 6 – 6,5.

Determinarea pH-ului cu ajutorul pH-metrului

Metoda este potențiometrică, concentrația ionilor de H+ în suspensia apoasă de sol fiind determinată cu ajutorul cuplului de electrozi, electrodul de sticlă și un electrod de referință extern.

Mod de lucru:

Se cântăresc 10g sol uscat cu ajutorul balanței analitice;

Proba cântărită se introduce într-un pahar Berzelius de 200 ml în care se adaugă 50 ml KCl, 1N;

Conținultul se agită 15 min și se lasă în repaus 30 min;

Înainte de citirea ph-ului, suspensia formată se agită incă o dată și se introduce electrodul pH-ului;

După 0,5-1 min., se citește valoare pH-ului ce corespunde valorii acidității se sol cercetat;

Se repetă măsurarea până ce la un interval de 1 min valorile pH-ului se reproduccu o precizie de ± 0,5 variații pH.

Un sol este alcalin dacă pH-ul său este mai mare de 7 și este acid dacă esențial inferior acestei valori. În general plantele au nevoie de un sol cu pH cuprins între 6,5 – 7,2 pentru o dezvoltare normală.

3.3.4. Determinarea activitații peroxidazei.

Reacțiile peroxidative catalizate de peroxidază pot avea loc în rezenta p-crezolului, guaiacolului, rezorcinolului etc.ca substrat. Peroxidaza poate de asemenea cataliza și alte tipuri de reacții cum sunt : oxidative, catalazice și de hidroxilare. Peroxidazele sunt larg răspândite în diferite plante și animle.

Peroxidazele în general au o stabilitate termică, rezistând la temperaturi cuprinse între 85-115ºC, observându-se adesea reacția lor după tratamentul termic al diferitelor materiale vegetale care le conțin. Din acest motiv determinarea activitații perocidazei din diferite fructe și legume sunt supuse tratamentelor termice pentru a putea observa eficacitatea tratamentului.

Metoda se bazează pe propietatea peroxidazei de a oxida în prezența apei oxigenate sau a altor peroxizi compuși de natură aromatică. Rezultă chinone care prin polimerizare dau compuși de culoare brună, meloane. Reacția este foarte sensibilă.

Mod de lucru:

s-au combinat 5-10 g produs (rapița) și s-au mojatar fin cu 25 ml clorura de sodiu 2%;

conținutul mojarului se trece plintr-un cilindru gradat de 100 ml cu apă diluată și s-a adus până la semn; s-a omogenizat și s-a lasat 15 min pt extracție;

s-a filtrat prin filtru cutat, într-un vas curat și uscat;

din filtrat s-au luat 10 ml și s-au adăugat în alt vas impreună cu 1 ml apă oxigenată 0,5 M; 3 ml guaiacol 1% s-au omogenizat și s-au lăsat 30 min

Se obține o culoare brună mai mult sau mai puțin intensă în funție de cât de activă este enzima.

Se determină extracția soluției la un fotocolorimetru de undă 420 nm, prin cuva de 1 cm folosind ca fond apa distilată.

Mod de calcul

În funcție de extracția determinată și de diluțiile efectuate, se exprimă activitatea peroxidazei în extracție de 1 g produs.

A = * d

Unde:

E – extincția determinată;

G – cantitatea de preparat enzimatic sau sursa de enzime în g sau ml;

d – diluția.

Capitolul III

Rezultatele experimentului

3.1 Monitorizarea creșterii și dezvoltării plantelor

În graficul 1 se poate observa evoluția plantelor de rapiță pe parcursul a 14 zile. Energia geminativă a plantei de rapiță a inceput în a 3-a zi când procentul de energie germinativă (procent din semințele ce au străpuns la suprafața solului) pentru toate cele patru variante a fost cuprins între 13 si 17 %. Cel mai mare procent a fost observat la varianta 1- 17%, iar cel mai mic procent a fost înregistrat la variantele martor și vaianta 3, pentru ambele variante procentul fiind de 13%. În ziua 5 diferienta de energie germinativă între varianta 1 și celelalte variante este de 15 %, diferență ce se menține până la sfârșitul exteprimentului. În ziua a 7-a, am observat un procent de germinare cuprins între 66 – 93 %, valoarea cea mai mare fiind la varianta 2, iar valoarea cea mai mica fiind la varianta martor, aceaste valori se mentin până la finalizarea monitorizorii plantelor.

În ceea ce privește facultatea germinativă pentru rapiță, aceasta s-a evidențiat în ziua a 7 – a, se încadrează în timpul stabilit. Se poate observa o diferență, ca și în cazul energiei germinative de 15% între varianta 1 si celelalte variante, procentul cel mai mic fiind de 69% pentru varianta martor, iar procentul cel mai mare este de 94% pentru varianta 1. Aceasta diferență se menține pe întreaga durată a monitorizării experimentului neaparând modificări ale valorii facultății germinative. Valoarea este comparabila doar pentru variantele martor (69%), varianta 2 (76%) și varianta 3 (77%).

Grafic 1. Curba de germinație a plantelor de rapiță

În graficul 2 se poate observa evoluția plantelor de lucernă pe parcursul a 14 zile, perioadă cât a durat experimentul. Energia germinativă a plantei de lucernă a începul încă din a 3-a, zi în care procentul este cuprins între 43 și 61 % observându-se o diferență de 21 %, intre proba martor (64%) și varianta 3 (43%), varianta 1 având o valoare de 61%, iar varianta 2 având o valoare de 56 %. În ziua 4, moment în care se stabileste energia germinativă se observă o diferențiere între varianta 1 (86%) și varianta 3 (53 %), rezultatele cele mai bune fiind înregistrate la varianta martor (80 %) și varianta 1 (86 %). În ziua 5 se observa o crestere de aproape 8 % în cazul variantei 1 ( 94% ) și de 11 % în cazul variantei 3 care ajunge la o valoare de 69%. În ziua a 9-a doar trei dintre cele patru variante au înregistrat rezultate bune având un procent de peste 85 % , dar incepând din această zi energia germinativă a stagnat.

Facultatea germinativă este evidențiata în ziua a 10-a, moment în care se stabileste facultatea germinativă a semințelor de lucernă, se observa și o diferențiere a procentului de germinatie a plantelor, rezultatele cele mai bune fiind înregistrate la varianta 1 (95%), in timp ce proba varianta 3 a inregistrat o intarziere a germinatiei si un procent de germinatie de numai 70%. La finalul prioadei de monitorizare valorile ce au avut valori comparabile ale vacultății germinative au fost proba martor, varianta 1 și varianta 2, cu un procent cuprins între 85 și 95 %.

Grafic 2 Curba de germinare a plantelor de lucernă

3.2. Dezoltarea plantelor

Monitorizarea înălțimii culturii de rapiță s-a efectuat pe parcursul a 14 zile, cât timp a durat monitorizarea experimentului, înălțimea medie a culturilor de rapiță fiind de 5 cm.

In graficul 3 se poate observa că varianta 3 a avut cea mai bună înalțime, media fiind de 5,5 cm, urmată de variant 2 care a avut o medie de 5 cm, variant 1 a avut o medie de 4,5 cm, iar varianta martor a avut cea mai mică înalțime 4,3 cm.

Putem trage o concluzie dacă urmărim graficul, înălțimea este mai mare la variantele unde s-a folosit o cantitate mai mare de nămol, astfel putem spune ca înălțimea este direct proportională cu cantitatea de nămol, rezultă că nomolul a influențat în mod direct dezvoltarea plantelor.

Grafic 3 Dezvoltarea plantelor de rapiță

Monitorizarea înălțimea și dezvoltarea culturilor de lucernă s-a efectuat pe o perioadă de 14 zile. Înalțimea medie a culturii de lucernă este de 1,9 cm. În graficul 4 se poate observa că varianta care a avut cea mai bună înalțime este proba martor 2,5 cm, urmată de variant 1 – 1,6 cn, variant 2 – 1,57 cm și variant 3 – 1,5 cm.

Influența nămolului pentru cultura de rapiță nu a fost una bemefică, înălțimea fiind invers proportional cu cantitatea de nămol.

Grafic 4 Dezvoltarea plantelor de lucernă

3.3. Monitorizarea efectelor de fitotoxicitate a țițeiului asupra plantelor

Monitorizarea