COMPUSI ORGANICI IN APELE DE SUPRAFATA

COMPUSI ORGANICI IN APELE DE SUPRAFATA

Apa este una dintre cele mai importante resurse pentru om si pentru intregul regn vegetal si animal. Ea reprezinta viata, dar si calitatea vietii. Apa, element indispensabil vietii, este, in acelasi timp, resursa naturala fundamentala, fara de care nu ar fi posibila desfasurarea activitatilor omului si nici viata de pe Pamant. Calitatea apei se apreciaza in raport cu utilizarea acesteia, prin determinarea unor indicatori fizici, chimici si biologici. Conditiile ce trebuie indeplinite de apa potabila sunt prevazute in normative (in Romania Legea nr. 458/2002, privind calitatea apei potabile, modificata si completata de Legea nr. 311/2004), precizandu-se caracteristicile organoleptice, fizice, chimice, radiochimice, biologice si alimentare. Ca agent de racire trebuie limitat continutul apei in suspensii si substante corozive, iar pentru apa de irigat este foarte importanta concentratia de saruri solubile. In cazul utilizarii industriale, apa va indeplini caracteristici fizico-chimice specifice pentru procesele respective (puritatea maxima pentru productia de medicamente).

Prin poluarea apelor se intelege, conform concluziilor Conferintei de la Geneva (1961), modificarea compozitiei sau starii apelor unei surse, survenita ca urmare a activitatii omului, astfel incat apele devin mai putin adecvate tuturor, sau numai unora dintre utilizarile pe care le pot capata in stare naturala'. Poluantul poate fi reprezentat de o substanta, un microorganism sau un transfer de energie care produce poluare. Apele uzate (poluate prin procesele de productie in care au participat) care se varsa intr-o apa curgatoare sau statatoare se numesc efluenti. Cand receptorii (ape curgatoare, statatoare, bazine artificiale etc.) au posibilitatea de a curge catre o alta apa de suprafata, careia ii pot transmite substantele poluate, acestia devin emisari. Amestecarea efluentului cu apele receptorului nu se face uniform si instantaneu. In cazul raurilor si fluviilor ca receptori, deversarea efluentilor este conditionata de adancimea, viteza si orientarea curgerii acestora in raport cu adancimea, viteza si orientarea curgerii receptorului. In cazul receptorilor lacuri si ape marine, deversarea si omogenizarea apelor uzate este conditionata de adancimea si viteza de curgere a emisarului, precum si de curentii marini, temperatura apei si prezenta vanturilor. Debitul efluentului depinde de caracterul activitatii industriale care-l genereaza. Cum activitatea industriala este relativ constanta in tot timpul anului, rezulta ca si debitul efluentului este relativ constant.

Poluarea organica este specifica mai ales fabricilor de hartie si celuloza, care folosesc si polueaza volume foarte mari de apa si ca urmare, chiar la o epurare in proportie de 95%, rezulta cantitati mari de ti, astfel ca raul receptor trebuie sa aiba un debit mare, pentru ca apa, dupa preluarea efluentilor, sa poata realiza un grad de dilutie corespunzator. Ca produsi de descompunere a substantelor organice rezulta: fenoli, amine, uree, amoniac, hidrogen sulfurat, nitrati si nitriti etc. Descompunerea substantelor organice si a produsilor generati prin descompunerea lor are loc atat prin actiunea microorganismelor (in special a bacteriilor), cat si prin intermediul unor procese chimice consumatoare de oxigen.   

Industria petrochimica si chimica organica de sinteza (in special a maselor plastice si a fibrelor sintetice), industria fito-farmaceutica, a detergentilor, medicamentelor, colorantilor, folosesc cantitati mari de apa 50 - 300 l/s. Poluantii aparuti in aceste ape sunt in cantitati mari, iar unii dintre acestia, chiar daca se gasesc in cantitati mici, cum sunt pesticidele, erbicidele, devin toxice pentru organisme.

Trebuie mentionat ca poluantii sub forma compusilor organici de sinteza au in general o persistenta ridicata in mediu. Astfel, pesticidele organoclorurate se acumuleaza in organism prin fenomenul amplificarii biologice, astfel incat pot ajunge la concentratii toxice in consumatorii de ordin superior, printre care se numara si omul.

Poluarea apei cu substante organice de sinteza este datorata in principal, detergentilor si pesticidelor. In S.U.A., de exemplu, s-a evaluat la 13,1 % proportia de dermatoze (afectiuni ale pielii) provocate de detergenti. La fel de mare este si gradul de poluare a apelor cu PCB (policlorobifenili), care se utilizeaza foarte mult in industria materialelor plastice sau care apar datorita intrebuintarii in orezarii a octoclordifenilului. Pe langa aceste substante, mai participa nenumarate alte substante organice de sinteza, cum sunt fenolii in apele continentale.

Poluantii organici din apa sunt de o enorma diversitate, in concordanta cu spectaculoasa inmultire a spectrului de substante sintetizate de industria actuala. Exista peste 10.000.000 de substante chimice, din care peste 100.000 se comercializeaza si deci au raspandire tot mai larga. Din punct de vedere al toxicitatii doar circa 3500 sunt studiate relativ complet, din care 600 au fost declarate ca prezentand risc pentru sanatatea omului. Exista si compusi toxici organici naturali, cum sunt toxinele cianobacteriilor, ce pot fi hepatotoxice, neurotoxice sau iritante cutanate etc. si care au fost gasite chiar si in conducte de alimentare cu apa potabila.

Determinarile substantelor organice toxice nefacand parte din analizele uzuale privind calitatea apei, contaminarile ne- sau tardiv descoperite sunt frecvente. In SUA, intr-un numar foarte mare de surse subterane de apa s-au decelat concentratii de poluanti organici (indeosebi derivati halogenati) peste normele admise, fiind necesara in sute de cazuri renuntarea la utilizarea respectivei surse. Si in Europa, compusii chimici de sinteza apar adesea in concentratii neadmisibile in apele de suprafata si pot fi putin sau deloc eliminate in cadrul proceselor de potabilizare, ajungand in retelele de alimentare a populatiei. In Romania, situatia este ingrijoratoare: In orasele de pe Dunare, 86% din probele de apa de retea indica depasiri ale concentratiilor maxime admise la insecticide organoclorurate. Dintre fantani, erau depasite concentratiile maxime admise pentru insecticide organoclorurate in 64 % din cazuri si pentru erbicide tiazinice in 73% din cazuri. OMS pune mare accent pe supravegherea si limitarea lor.

Provenienta poluantilor organici:

. deversarea deseurilor industriale lichide rezultate din productia celulozei si hartiei;

. procesele de productie chimica;

. deversarea deseurilor industriale lichide provenite din utilizarea antisepticelor contaminate sau a colorantilor pentru textile, pielarie, lemn etc.

. deversarea deseurilor lichide provenite din operatiunile menajere normale (masini de spalat rufe, masini de spalat vase etc.)

Deversarea deseurilor lichide sub forma de levigat in apele de suprafata si / sau in apele freatice poate fi deliberata sau nu. Levigatul apare cand apei de ploaie i se permite sa migreze inspre panza freatica

Transferul poluantilor organici persistenti in verigile ecosistemului acvatic

Orice substanta chimica ajunsa in mediu se deplaseaza intre diferitele compartimentele de mediu (aer, apa, sol/sedimente, biota), fiind subiectul distributiei (partitiei) fata de acel sector la care are cea mai mare activitate, functie de proprietatile sale fizico-chimice.

Altfel spus substantele chimice au "tendinta de a parasi sistemul cu gradul cel mai mare de constrangere" . Partitia reprezintǎ fenomenul de tranfer partial, selectiv, al unei substante intre douǎ medii nemiscibile aflate in contact panǎ la atingerea stǎrii de echilibru. In noul mediu concentratia substantei este un multiplu al concentratiei substantei din mediul initial:   C₁/C₂ = K₁₂ = ct. Aceastǎ constantǎ se numeste coeficient de partitie. 

Se definesc astfel urmatorii factori de caracterizare a fenomenului de transfer intre compartimente de mediu:

• factorul de bioacumulare (FBA= K₁/K₂) ca fiind raportul dintre concentratia poluantului organic persistent in sediment fata de concentratia acestuia in mediul inconjurator, respectiv pentru mediul acvatic - apa. FBA este folosit ca masura a partitiei directe a substantei chimice din apa in sediment;
• factorul de bioconcentrare (FBC = K₁/K₂) ca fiind raportul dintre concentratia poluantului organic persistent intr-un organism dat fata de concentratia acestuia in mediul inconjurator, respectiv pentru mediul acvatic -apa. FBC este folosit ca o masura a partitiei directe a substantei chimice din apa in biota, dar poate fi aplicat si la specii terestre (plante si animale) in functie de solul sau apa contaminata.

In conditiile de stabilizare a procesului de transfer (dC_p/dt = 0) factorul de bioconcentrare/bioacumulare se poate exprima si prin raportul dintre concentratia poluantului in veriga investigata si concentratia sa in apa: K = C_p / C_w .     

Pe baza datelor experimentale, ce arata caracterizarea generala a gradului de poluare a ecosistemelor luate in studiu, acest capitol aduce ca o contributie personala caracterizarea transferului acestor compusi intre verigile ecosistemului acvatic prin aplicarea si utilizarea factorilor de partitie (FBC - factor de bioconcentrare; FBA - factor de bioacumulare) si modelarea transferului cu ajutorul modelului de fugacitate.

Indicatori de calitate

Consumul biochimic de oxigen (CBO₅) reprezinta cantitatea de ozigen necesara microrganismelor pentru a degrada compusii organici dintr-un litru de apa in cinci zile.

Consumul chimic de oxigen se poate determina prin doua metode : metoda cu permanganat de potasiu (CCO_Mn) si metoda cu bicromat de potasiu (CCO_Cr).

Carbon organic total (COT) reprezinta cantitatea totala de carbon organic existenta intr-un litru de apa. Compusii organici sunt oxidati pana la dioxid de carbon si apa. Apoi dioxidul de carbon este adsorbit in apa si masurat.

Consum total de oxigen (CTO)

Efectul compusilor organici asupra mediului si a sanatatii umane

Substantele poluante organice, in special cele de sinteza, pun probleme mai deosebite, cateva fiind amintite in continuare. Substante teoretic putin poluante pot fi in practica un greu balast, prin mecanisme neprevazute. Astfel, multi detergenti neionici, teoretic biodegradabili, s-a constatat ca se transforma adesea in nedoriti derivati stabili, rezistenti chimic si biochimic.

Multe substante nu pot fi suspicionate organoleptic sau proprietatile in cauza pot deruta. De exemplu, la clorinarea apei, daca ea contine fenol, apar derivati tip clor-fenol (mono-, di-, tri-, tetra, pentaclorfenoli). Cei inferiori modifica puternic gustul apei, dar pe masura ce procesul de clorurare avanseaza se ajunge la policlorfenoli care nu mai au gust specific.

O atentie marita se cauta sa se acorde poluantilor cu efect carcinogenetic, cum sunt benzenul, substantele poliaromatice HAP (de exemplu benzpirenii), clorura de vinil, derivatii polihalogenati, deoarece sunt potential periculoase la orice doza, efectul carcinogenetic neavand prag, iar sursele de contaminare a apei sunt multiple, inclusiv endogene (sinteza de catre organisme acvatice).

Detergentii sunt foarte persistenti, afecteaza proprietatile organoleptice, produc spumare (ingreunand oxigenarea, prelucrarea apei) si, desi nu sunt toxici in sine, favorizeaza mult absorbtia toxicelor prin mucoase, perturband in plus oxigenarea apei, autoepurarea si posibilitatile de prelucrare in scop de potabilizare.

Unii compusi organohalogenati sunt mai greu solubili in apa dar sunt solubili in alte medii, inclusiv in sol in straturi impermeabile. Astfel ei pot patrunde pana la acvifere protejate fata de ape poluate si substantele dizolvate in acestea, pe care le puteam crede 'la adapost' de asemenea poluari.

Uneori, poluarea este chiar consecinta nedorita a masurilor luate in scop de depoluare. Astfel, la clorinarea apei se formeaza si trihalometani, incriminati pentru efecte cancerigene. O alta situatie unde concentratia poluantului organic in apa nu este relevanta se intalneste in cazul compusilor liposolubili, in particular derivatii halogenati utilizati pe scara larga in agricultura ca insecticide / ierbicide. Ei se concentreaza in organismul uman, in tesutul adipos (si nu numai), dozele cumulandu-se de-a lungul vietii. Asemenea substante pot ajunge din apa in organismul uman nu doar prin ingestie, ci si percutan, si de asemenea pot prezenta risc indirect, dar chiar mai grav, prin consumul de peste sau alte produse acvatice.

Se estimeaza ca cercetarile indica deocamdata numai partea vizibila a aisbergului, deoarece procentul de surse de apa monitorizate pentru poluanti organici este inca redus (desi in crestere) si multe necesita pentru detectare si mai ales identificare metode foarte complexe si costisitoare.