Polimeri utilizati pentru conditionarea si refacerea solurilor

Polimeri utilizati pentru conditionarea si refacerea solurilor

Folosirea polimerilor pentru ameliorarea însusirilor fizice ale solului este cunoscuta în ultimii 50 de ani, Polimerii folositi în acest scop au structuri chimice si proprietati foarte diferite, asa cum se vede din clasificarea prezentata în fig. 2.

Polimerii insolubili în apa, administrati în doze de 3,3 t/ha în stratul arat al solurilor cu textura fina (luto-argiloase si argiloase), au avut ca efect îmbunatatirea permeabilitatii si regimului termic, fara sa modifice regimul nutritiv. Imbunatatirea regimului termic se datoreaza continutului mai mic de apa înmagazinata, fiind cunoscut ca solurile umede se încalzesc mai greu decat cele uscate, datorita caldurii specifice mai mari a apei. Polimerii hidrofobi (polistiren, poliacrilati, bitum) micsoreaza scurgerea apei la suprafata, favorizând retinerea si acumularea apei în sol.

Polimerii solubili în apa sunt eficienti la valorificarea superioara a solurilor cu textura fina (argila peste 32%). Efectul polimerilor asupra solurilor depinde de însusirile fizice ale acestora si de zona pedoclimatica în care se afla. Spre exemplu, rezultatele obtinute prin tratarea unor soluri din Bulgaria, Republica Buriata (Rusia), insula Hokkaido (Japonia), cu un polimer ca poliacrilamida au evidentiat o crestere a diametrului si a stabilitatii agregatelor structurale, micsorarea erodabilitatii, îmbunatatirea drenabilitatii, cresterea nivelului productiei agricole.

Fig. 8. Clasificarea polimerilor utilizati ca agenti de conditionare a solului

Polielectrolitii, definiti mai sus, sunt dintre cei mai importanti agenti de conditionare a solurilor agricole. Acesti polimeri îmbunatatesc însusirile fizice, chimice si biologice ale solului, cu exceptia solurilor saraturate (salinizate si/sau alcalizate). Acest efect ar putea fi datorat proprietatilor de adsorptie si floculare ale polielectrolitilor. Polimerii si copolimerii pe baza de acrilati si acrilamida sunt cel mai mult utilizati. Poliacrilamida determina stabilizarea structurii solurilor nisipoase de duna, previne formarea crustei, micsoreaza intensitatea de împrastiere a particulelor de sol elementare de catre picaturile de ploaie si, implicit, intensitatea eroziunii prin apa. Îmbunatatirea structurii solului are ca efect cresterea vitezei de infiltratie a apei. Caracterul hidrofil al poliacrilamidei mareste capacitatea solului de a retine apa si micsoreaza pierderea apei prin evaporare si infiltratie din solurile nisipoase.

Copolimerii acidului maleic (polielectroliti maleici) O categorie importanta de polielectroliti utilizata cu rezultate bune ca agenti de tratare a solurilor sunt copolimerii acidului maleic (polielectroliti maleici), obtinuti din copolimeri ai anhidridei maleice. Structura fizico-chimica specifica a acestor polimeri le confera proprietati de utilizare deosebite, inclusiv în tratarea solurilor, confirmate de rezultatele experimentale obtinute în laborator, vase de vegetatie si câmpuri experimentale.

Anhidrida maleica (AM) nu homopolimerizeaza decât în conditii energice, în schimb copolimerizeaza relativ usor cu unul, doi sau mai multi comonomeri, obtinându-se copolimeri binari, ternari sau multicomponenti. Mecanismul de copolimerizare al AM este deosebit de acela clasic, datorita faptului ca AM, care este un acceptor de electroni, poate forma cu monomerii donori complecsi cu transfer de sarcina (CTS). În functie de natura comonomerului, CTS participa, într-o masura mai mare sau mai mica, la reactiile de propagare a lantului, astfel încat copolimerii AM au în general o structura alternanta, ceea ce conduce la o buna reproductibilitate a sintezei si a rezultatelor obtinute la utilizare. Formula generala a unui copolimer binar al AM este prezentata în fig.8.

(a)(b)

Fig.9. Structura chimica a unui copolimer al anhidridei maleice (a) si a unui copolimer de acid maleic (polielectrolit maleic) (b)

Prin hidroliza blânda a copolimerilor anhidridei maleice (a), urmata de neutralizare cu hidroxizi sau carbonati, se obtin polielectrolitii maleici (b), sub forma acida sau sub forma de saruri de sodiu, amoniu, calciu etc.

In general, polielectrolitii, ca si alte categorii de polimeri, contribuie la ameliorarea însusirilor solului prin unul sau mai multe din urmatoarele efecte:

marirea gradului de agregare a elementelor structurale ale solurilor cu structura degradata

prevenirea formarii crustei în perioada dintre semanat si rasarirea plantelor, mai ales a celor cu seminte mici, care sunt foarte vulnerabile

marirea rezistentei la eroziune hidrica si eoliana a solurilor situate pe pante si a celor cu textura grosiera (argila sub 12%)

marirea permeabilitatii solurilor cu drenaj intern deficitar, cum ar fi luvisolurile, vertisolurile, solurile gleice si stagnogleice.

Posibilitati de utilizare a polielectrolitilor pentru decontaminarea - recuperarea solurilor poluate cu metale grele. Procesele de degradare a terenurilor prin activitati antropice sunt foarte variate. Uneori ele determina deteriorarea solului sau chiar anihilarea totala a functiilor pe care acesta le îndeplineste în cadrul ecosistemelor. Degradarea terenurilor agricole din România are loc si prin procese de contaminare/poluare cu metale grele ca: fier, mangan, cupru, zinc, plumb, cadmiu, crom, cobalt, nichel. Ponderea acestor metale în solurile necontaminate este de ordinul a câteva procente (fier, mangan) sau parti per milion (cupru, cobalt s.a). Nivelul scazut al acestor elemente chimice din sol si planta, precum si rolul lor biologic au condus la desemnarea ca microelemente. În anumite zone continutul acestor elemente chimice este mai mare decât limita maxima admisibila pentru dezvoltarea vegetatiei. Cauza acumularii metalelor grele / elementelor potential toxice în sol poate fi de natura geogena (rezultate în urma proceselor geochimice de alterare a rocilor si mineralelor, de transport si depunere) sau de natura antropogena (rezultate în urma activitatilor umane). Metalele grele pot ajunge în sol sau plante deoarece se gasesc în îngrasaminte, amendamente sau pesticide folosite în procesul de productie, sau pot sa provina din gazele degajate în atmosfera de la diverse industrii si din combustii. Pulberile si gazele sunt purtate de curentii de aer si depozitate în cele din urma pe plante, pe sol sau în apele de suprafata Intensitatea efectului negativ al metalelor grele depinde de concentratie si de unele însusiri fizice si chimice ale solului, precum compozitia granulometrica, continutul de materie organica, pH-ul, potentialul redox etc. Datorita contaminarii/poluarii solului se depreciaza calitatea recoltei si se micsoreaza sau se compromite productia agricola, consecintele resimtindu-se în întregul lant trofic sol-microorganisme-plante-animale-om. Când este contaminat cu deseuri organice sau insalubrizat solul are o capacitate naturala de autoepurare, fiind considerat ca o statie biologica de epurare cu multiple trepte de tratare (separare mecanica, oxidare biologica, schimb de ioni, precipitare chimica, adsorptie, absorbtie si asimilare de catre plante si organisme vii), a carei capacitate de prelucrare depinde de proprietatile solului si de conditiile climatice si, pentru a putea functiona corespunzator, nu trebuie supraâncarcata cu produse reziduale Efectul poluarii solurilor se resimte în mediu si se estimeaza în functie de impactul asupra activitatii biologice din sol si asupra cresterii plantelor, în functie de concentratia elementului chimic în furaje sau alimente si în functie de impactul asupra calitatii apelor freatice si subterane.

Pentru protectia solului împotriva poluarii este nevoie sa se identifice sursele potentiale de contaminanti si sa se evalueze riscurile de contaminare/poluare. In functie de aceasta se stabilesc masurile de limitare sau contracarare a efectelor nedorite: instalatii de epurare a apelor uzate, tehnologii adecvate de prelucrare a produselor reziduale. În unele cazuri se aplica în sol, ca îngrasamânt, namoluri sau ape uzate care contin pe lânga elemente nutritive si contaminanti potentiali. În aceste situatii se impune respectarea normelor de aplicare, fara a depasi concentratiile maxime admisibile, întrucât contaminantii care se acumuleaza în sol nu prezinta efecte nefavorabile un anumit timp. Principalele metode recomandate în remedierea solurilor poluate sunt: stabilizarea, instalarea unor bariere de protectie, tehnici de depoluare termice si microbiologice. Se pot utiliza de asemenea tratarea chimica si separarea fizica.

Prin structura lor chimica polielectrolitii si în special polielectrolitii maleici au capacitatea de a interactiona cu ionii metalelor grele, dând compusi solubili sau insolubili, în functie de raportul polielectrolit/metal, de compozitia chimica a polielectrolitului maleic (natura comonomerului) si de conditiile de lucru (prezenta sau absenta unor saruri cu molecula mica). Astfel, s-a demonstrat ca adaugarea unor cantitati mici de polielectrolit maleic (sub 1%) favorizeaza retinerea ionilor de crom în pieile tanate cu saruri bazice de crom, conducând la scaderea drastica a cromului în efluentul de la tanare al tabacarilor. Exista premize favorabile pentru a estima un efect benefic al tratarii solului cu polielectroliti maleici ca o masura complementara în decontaminarea solurilor poluate cu EPT si în special metale grele. Polielectrolitii maleici ar putea actiona prin retinerea ionilor metalici în matricea solului, cu scoaterea lor din solutia solului si implicit, din circulatia metalelor grele în ecosisteme / lanturi trofice.