APA - Calitate si cantitate

De-a lungul istoriei, cantitatea si calitatea apei disponibile populatiei umane a constituit un factor vital in viata acesteia. Schimbarile climaterice pot determina scaderi drastice a rezervelor de apa ceea ce uneori poate avea ca efect chiar disparitia unor civilizatii. Chiar si in zonele cu climat temperat, fluctuatiile precipitatiilor cauzeaza probleme.

Problemele legate de cantitatea si calitatea apei sunt permanente, iar in unele cazuri sunt foarte severe. Aceste probleme includ cresterea consumului de apa datorat cresterii populatiei, contaminarea surselor de apa datorita deversarii in acestea de diverse deseuri (ape reziduale, deseuri solide sau lichide), precum si distrugerea vietii acvatice datorita poluarii.

In acest capitol vor fi tratate proprietatile apei si a substantelor din ea, incluzand ape subterane, rauri, lacuri, oceane, precum si fenomenele care determina distributia si circulatia speciilor chimice in apele naturale. Orice discutie legata de chimia acvatica necesita intelegerea notiunilor de: sursa, transport, caracteristici si compozitie a apei. Reactiile chimice care au loc in apa si speciile chimice care se gasesc in ea sunt puternic influentate de mediul in care se gaseste apa respectiva (de conditiile de mediu). De exemplu, chimia apei care este expusa la atmosfera este diferita fata de cea a apei situata la fundul lacului. Microorganismele joaca si ele un rol important in determinarea compozitiei chimice a apelor. Deci, trebuie avut in vedere o serie de factori care influenteaza procesele chimice din apa.

Ciclul apei, surse si utilizari

Rezervele de apa sunt distribuite in 5 parti ale ciclului hidrologic (fig.1). Cea mai mare parte a apei se gaseste in oceane, o alta fractie se gaseste sub forma de vapori in atmosfera (nori). O parte se afla in stare solida (gheata, zapada). Iar, cele mai importante surse pentru consumul uman le reprezinta apele de suprafata: rauri, lacuri si acumulari si apele subterane.

Figura 1. Circuitul apei in natura

In ciclul apei exista o stransa legatura intre hidrosfera, litosfera si vegetatie, iar activitatile umane afecteaza toate aceste componente. De exemplu, modificarile aduse pamantului prin conversia pasunilor sau padurilor in terenuri agricole sau intensificarea productiei agricole, conduc la reducerea vegetatiei acoperitoare si implicit la scaderea transpiratiei plantelor (pierdere in apa datorata vaporilor eliminati de plante) ceea ce conduce in final la modificarea microclimatului. Rezultatul se concretizeaza in cresterea drenarilor de ape din precipitatii, a eroziuni si acumularii de mal in ape. Ciclurile nutrientilor pot fi accelerate, conducand la o crestere a cantitatii de nutrienti in apele de suprafata, ceea ce poate afecta profund caracteristicile chimice si biologice ale apei.

Apa destinata consumului uman este asigurata in cea mai mare parte din apele de suprafata (dulci) si apele subterane, numai o foarte mica parte din necesarul de apa este asigurat din oceane - in regiunile aride. Aceasta ultima sursa devine totusi din ce in ce mai importanta in ultima vreme, pe masura ce rezervele de apa dulce nu fac fata cererii. Apele saline (ale oceanelor sau apele subterane bogate in saruri) sunt utilizate in unele regiuni.

Apele de suprafata si cele subterane au caracteristici considerabil diferite. In apele de suprafata se gasesc multe substante care fie sunt dizolvate fie se afla sau trec sub forma de suspensii. Apele de suprafata din lacuri sau acumulari contin nutrienti minerali esentiali pentru dezvoltarea algelor, nutrienti care, in unele cazuri, pot conduce la o crestere masiva a populatiilor de alge. Apele de suprafata care contin materii organice biodegradabile, contin in mod automat si o mare populatie de bacterii care se hranesc cu ele. Toti acesti factori au o mare influenta asupra calitatii apelor de suprafata.

Apele subterane pot dizolva minerale din straturile geologice prin care trec. Marea majoritate a microorganismelor prezente initial in apele subterane sunt eliminate treptat prin filtrare la trecerea prin formatiunile geologice. Ocazional, continutul in saruri minerale nedorite devine excesiv, cu mult superior apelor de suprafata care servesc drept sursa pentru uz domestic.

Asigurarea necesarului de apa nu este intotdeauna usor de realizat. O problema ce constituie de multe ori si un subiect de disputa intre state este cea a repartitiei neuniforme a rezervelor de apa in timp si spatiu.

Proprietatile apei

Stiinta care se ocupa de studiul apei poarte denumirea de hidrologie si poate fi divizata in:

Limnologie - ramura care se ocupa de caracteristicile apelor dulci,: proprietati fizice, chimice si biologice;

Oceanografie - ramura care se ocupa de apa oceanelor si proprietatile ei fizice si chimice caracteristice.

Apa are o serie de proprietati unice care sunt esentiale vietii, multe dintre aceste sunt datorate capacitatii apei de a forma legaturi de hidrogen. Aceste caracteristici sunt prezentate succint in tabelul 1.

Tabel 1. Proprietatile esentiale ale apei

Caracteristicile maselor de ape

Caracteristicile fizice ale maselor de ape influenteaza puternic procesele chimice si biologice care se desfasoara in acestea.

Apele de suprafata se regasesc sub forma de :

rauri

lacuri

acumulari

Lacurile pot fi clasificate la randul lor in:

oligotrofe

eutrofe

distrofe

Lacurile oligotrofe sunt adanci de regula limpezi, cu un continut scazut de nutrienti si ca urmare fara multa activitate biologica.

Lacurile eutrofe au mai multi nutrienti, in ele se dezvolta mai multe organisme si au o turbiditate mai ridicata.

Lacurile distrofe sunt de adancime mica, cu o flora puternic dezvoltata, iar apa este colorata si cu un pH scazut.

O alta categorie o reprezinta mlastinile - zone inundabile, in care apele au o adancime foarte scazuta astfel incat in ele se pot dezvolta plante cu radacini (terestre).

Unele acumulari sunt similare cu lacurile, pe cand unele difera foarte mult de acestea. Exista 2 tipuri de acumulari : (i) Acumularile de volum mare comparativ cu debitele de intrare si de iesire sunt denumite acumulari de stocare; (ii) Acumularile cu debite mari de apa la intrare si iesire comparativ cu volumul lor. Proprietatile fizice, chimice si biologice a celor doua tipuri de acumulari pot varia considerabil. Apele din prima categorie de acumulari pot fi apropiate de cele ale lacurilor, in timp ce apele din cea de a II-a categorie de acumulari se aseamana mai mult cu cele din rauri.

Apa stocata in acumulari poate avea caracteristici diferite functie de diversi factori cum ar fi: debit (viteze de curgere) , timp de stationare in acumulare, raport suprafata / volum. Unele modificari datorate stationarii apei pot fi benefice, spre exemplu: scaderea concentratiei in materii organice, reducerea turbiditatii si duritatii (continutul de saruri de calciu si magneziu). Alte modificari cum ar fi: scaderea nivelului de oxigen dizolvat (datorita diminuarii reaerarii), scaderea omogenizarii, acumularea de poluanti, cresterea populatiilor de alge, pot avea in schimb un efect defavorabil. Dezvoltarea algelor este favorizata atunci cand in apa sunt mai putine suspensii (acestea se sedimenteaza) permitand astfel luminii solare sa patrunda mai usor.

Apa care stagneaza pe fundul acumularii poate fi de o calitate mai scazuta. Aici concentratia oxigenului tinde spre zero, aparand frecvent mirosul de hidrogen sulfurat produs din reducerea compusi lor cu sulf in lipsa oxigenului. Elemente ca: fierul (III) si manganul (IV) insolubile sunt reduse la fier (II) si mangan (II) compusi solubili care trebuie sa fie eliminati din apa inainte ca acesta sa fie data spre consum.

Estuarele reprezinta un alt tip de ape. Acestea sunt constituite dintr-un "brat al oceanului" care patrunde pe uscat intr-un rau (la gura de varsare a acestuia). Aici are loc o amestecare a apelor dulci cu cele saline cea ce confera estuarelor proprietati chimice si biologice aparte. Estuarele constituie, pentru multe organisme marine, o zona de reproducere fiind astfel foarte importante in prezervarea speciilor.

Relatia unica temperatura - densitate existenta in cazul apei conduce la formarea unor straturi distincte intre care nu se realizeaza schimburi de materie semnificative.

In timpul verii stratul superficial epilimnion este incalzit de radiatia solara si, datorita densitatii scazute, "pluteste" deasupra stratului inferior (de la fundul lacului) - hipolimnion. Acest fenomen poarta denumirea de stratificare termica (Fig. 2). Cand exista un gradient termic semnificativ intre cele doua straturi, acestea nu se amesteca, fiind independente si avand proprietati chimice si biologice foarte diferite.

Epilimnion, care este expus la radiatia solara, poate avea o dezvoltare a algelor mai mare. Ca rezultat al expunerii la atmosfera si, pe timpul zilei, datorita activitatii de fotosinteza a algelor, epilimnion contine, de regula, cantitati apreciabile de oxigen. Fenomenele care au loc aici sunt in general aerobe. In hipolimnion, bacteriile care actioneaza asupra materiilor organice biodegradabile pot determina un regim anaerob in aceasta regiune. Drept consecinta, speciile chimice care predomina aici sunt cele in forma redusa.

Stratul de interfata intre epilimnion si hipolimnion porta denumirea de metalimnion sau termoclin. In perioada de toamna, cand stratul epilimnion se raceste, se atinge un punct de echilibru in care temperatura acestuia este egala cu cea a stratului hipolimnion. Disparitia stratificarii termice conduce la o comportare a celor doua straturi ca o singura unitate hidrologica, rezultand o amestecare a acestora - denumita generic "rasturnare". Un astfel de fenomen se produce si primavara. In timpul acestei "rasturnari" caracteristicile fizice si chimice ale apei devin mult mai uniforme, aparand numeroase modificari fizice, chimice si biologice. De exemplu, activitatea biologica poate creste datorita difuziei nutrientilor. Schimbarile care apar in compozitia apei pot cauza perturbari in procesul de tratare al apei.