Surse de poluare a solului cu metale grele, efecte si metode de depoluare

SURSE DE POLUARE A SOLULUI CU METALE GRELE, EFECTE SI METODE DE DEPOLUARE

INTRODUCERE

Ca rezultat al activitatii umane, in mediul inconjurator sunt eliminate diferite substante tehnogene, care pot avea influenta negativa asupra biotei . Unii dintre cei mai periculosi poluanti, conform datelor Organizatiei Mondiale a Sanatatii, sunt metalele grele si de aceea studierea poluarii cu elemente chimice a landsafurilor urbane este foarte actuala

Evacuarea in atmosfera a particulelor incarcate cu metale grele, rezultate din procesele tehnologice, determina poluarea mediului inconjurator la intensitati diferite, in functie de distanta fata de sursa de emisie, directia vanturilor dominante, topografia terenurilor .

Comportarea metalelor cu potential toxic in ciclurile biogeochimice ale ecosistemelor terestre produc implicatii de lunga durata afectand in principal productivitatea solurilor agricole si forestiere, ciclurile de nutritie ale plantelor si animalelor, dinamica vietii in sol .

In urma depunerilor pe sol a particulelor incarcate cu metale grele se produce o crestere accentuata a concentratiei metalelor grele, la nivele toxice, cu efecte negative asupra dezvoltarii plantelor, cresterii animalelor si sanatatii oamenilor

SOLUL, COMPONENTA A MEDIULUI INCONJURATOR

Resursele de sol impreuna cu celelalte componente ale mediului sunt implicate direct sau indirect in toate aspectele vietii social- economice . Solurile constituie o sursa esentiala pentru dezvoltare si de accea calitatea lor este importanta, iar pastrarea lor trebuie sa fie o preocupare permanenta a dezvoltarii durabile .

Pastrarea invelisului de sol este o cerinta vitala pentru omenire deoarece el are un rol determinant in crearea bazei alimentare, iar procesul formarii sau regenerarii sale necesita un timp indelungat (3 cm de sol se refac in 300 pana la 1000 de ani, 20 de cm se refac in 3-7000 de ani) .

Rezervele de sol ale Globului insumeaza aproximativ 1,6x1012 tone . Conditii pentru formarea lor se intalnesc numai pe circa 22% din suprafata Pamantului .

Prin pastrarea invelisului de sol trebuie inteleasa nu numai mentinerea fertilitatii ci mentinerea tuturor proprietatiilor care ii ofera capacitatea de a oferi produse nedaunatoare

In prezent societatea are de rezolvat numeroase probleme de poluare a solurilor cu elemente chimice nocive .

SURSE DE POLUARE A SOLULUI CU METALE GRELE

Desi metalele grele sunt omniprezente in materialele parentale ale solurilor, principalele surse antropice de metale grele in soluri sunt:

a)   Mineritul si topirea minereurilor metalifere;

b)  Materiale utilizate in agricultura si horticultura;

c)   Namoluri din apele reziduale;

d)  Arderea combustibililor fosili;

e)   Industria metalurgica, fabricarea si utilizarea metalelor;

f) Industria electronica, fabricarea si folosirea produselor electronice;

g) Industria chimica si alte surse industriale;
h) Deseuri orasenesti;

Mineritul si topirea minereurilor metalifere

Metalele folosite in procesul de fabricatie sunt obtinute prin extractia din mine a minereurilor sau reciclarea deseurilor metalice . Minereurile naturale contin minerale cu concentratii suficient de ridicate in metale pentru o exploatare economica . Odata cu cresterea cererii de metale si progresele din tehnologiile de extractie au fost extrase minereuri cu continuturi tot mai scazute de metale . Extractia acestor minereuri cu continuturi scazute de mineral util necesita o cantitate mare de roca pentru o tona de metal si drept consecinta determina producerea unei cantati imense de steril fin macinat . Tehnicile moderne de preparare a minereurilor extrag cea mai mare parte a metalului si prin urmare sterilul nu mai contine decat cantitati mici de metal . Totusi exploatarile miniere vechi din secolele al XIX-lea si inceputul secolului XX au produs steril cu continuturi ridicate de metale care mai pot fi separate eficient . Acest steril poate fi transportat de vant sau ape si constituie o importanta sursa de contaminare a solurilor cu metale grele (Popa, 2005) .

Revarsarea accidentala a apelor din iazurile de decantare au produs poluari puternice in multe tari . Ajunse in sol fragmentele minerale de steril sufera procese de oxidare sau alte reactii din care rezulta ioni metalici cu mare potential de disponibilizare (Tab . 1) .

Tabel nr . 1 . Principalele minereuri comune metalelor neferoase (Lucas,1972)

Multe minereuri metalifere neferoase sunt sub forma de sulfuri ale caror oxidare duce la formarea de sulfati si la cresterea aciditatii, proces ce poate fi atenuat numai prin capacitatea ridicata de tamponare a solului . O mare cantitate de S0₂ este emisa in timpul prajirii si topirii acestor sulfuri . Acesta formeaza acid sulfuric cu vaporii de apa din atmosfera si depunerea acestuia pe suprafete intinse din jurul cosurilor de evacuare, daca acestea nu au un sistem adecvat de control al emisiilor gazoase . Depunerea acidului sulfuric poate distruge vegetatia si ca urmare se produc eroziuni puternice ale solului care raspandesc poluarea cu metale grele pe arii extinse . In tehnologia tarilor avansate, din gazele emise este retinut S0₂ dar fenomenele de poluare cu metale grele si de acidifiere a solurilor au aparut inaintea aplicarii masurilor de control a poluarii (Popa, 2005) .

Majoritatea minereurilor contin mai multe metale, iar solurile din jurul minelor si cuptoarelor de topire a concentratelor minerale sunt semnificativ contaminate cu aceste metale . Desi Cd a fost folosit pe larg doar in ultimii 50 de ani, cuptoarele de topire Pb-Zn au emis in mediul inconjurator pe langa Pb si Zn si cantitati importante de Cd, acesta insotind zacamintele de plumb si zinc .

2 . Materiale utilizate in agricultura si horticultura

Practicarea agriculturii constituie o foarte importanta sursa de poluare care determina o contributie semnificativa in soluri si in special in regiunile unde se practica o agricultura intensiva .

Principalele surse cu caracter potential poluant din acest domeniu sunt:

impuritatile din fertilizanti ce contin: Cd, Cr, Mo, Pb, U, V, Zn;

namoluri din apele uzate ce contin: Cd, Ni, Cu, Pb; Zn si multe alte elemente;

reziduuri organice de la cresterea intensiva a animalelor, in special porci si pasari,

ce contin: Cu, As, Zn;

pesticide ce contin:Cu, As, Hg, Pb, Mn, Zn;

deseuri din composturi (nu neaparat folosite in agricultura) ce contin: Cd, Cu, Ni, Pb

exploatarea padurilor de unde rezulta: As, Cu, Cr;

coroziunea obiectelor metalice de unde rezulta: Zn, Cd; Majoritatea solurilor agricole si horticole in tehnologiile tarilor avansate sunt in mod regulat fertilizate cu ingrasaminte chimice si organice si de asemenea, daca este cazul, amendate .

Concentratia metalelor grele din aceste materiale utilizate ca ingrasamintele chimice, ingrasamintele organice, amendamentele si composturile din deseuri in agricultura pot fi surse importante de metale grele(Tab . 2) .

Tabel nr . 2 Concentratia de metale grele in ingrasaminte chimice,
ingrasaminte organice, amendamente si composturi din deseuri (Munteanu,2000)

Ingrasamintele chimice cu fosfor sunt o sursa importanta de Cd in soluri si pot avea un efect de acidifiere a acestora si de aceea faciliteaza mobilizarea si absorbtia avansata de Cd in plante .

Ingrasamintele organice contin multe metale in sortiment diferentiat si concentratii ridicate . Ingrasamintele de porc si de pasare au continuturi ridicate de Cu si Zn pe langa As care este folosit in furajare (Mitchel,1974) . In tarile cu agricultura avansata (din UE, SUA si nu numai) in controlul agrochimic curent se introduc o multitudine de date analitice care pot caracteriza atat produsele introduse in sol cat si compozitia solului ca atare .

Namoluri din apele uzate

Namolurile din apele uzate sunt reziduuri rezultate din tratamentul apelor uzate menajere sau industriale . In 1990 Marea Britanie a produs 1,1 milioane tone namoluri solide pe an, SUA 5,4 milioane tone anual, iar Comunitatea Europeana 6,3 milioane tone (Tab . 3)

Tabel nr . 3 Concentratia de metale din namolurile apelor uzate si limitele
maxim admise in Comunitatea Europeana si SUA (Alloway,1990)

In Anglia in 1993, 43% din totalul namolurilor au fost aplicate pe terenuri agricole si 30% deversate in mare . Aceasta cale de evacuare s-a sistat incepand cu 1998 si ca atare o mai mare cantitate de namoluri vor fi aplicate pe terenurile agricole .

Namolurile sunt o sursa importanta de nutritie a plantelor si de materie organica, iar unele tratate special ca cele care contin var sau praf de ciment se pot folosi la amendarea solurilor acide .

Totusi proprietatile benefice ale namolurilor sunt limitate de continutul lor in substante potential periculoase precum metalele grele si micropoluantii organici (pesticide) . Desi toate namolurile contin o larga varietate de metale si alti contaminanti in diferite concentratii, acelea din industrie au cel mai ridicat continut de metale . Metalele grele sunt cel mai probabil cauza problemelor pentru produsele agricole obtinute pe solurile fertilizate cu namoluri si care au continuturi ridicate de Cd, Cu, Ni si Zn .

Continutul de N si P, in materie uscata, este cuprins intre 0,2 - 2,2 % N si 0,1 - 3,7 % P, de aceea cantitati importante de namoluri fiind folosite pentru asigurarea nutrientilor necesari obtinerii recoltelor scontate . Aplicarea unei cantitati de namol de 25 to/ha este suficienta pentru a mentine un continut normal de P in sol pe o perioada de 2-3 ani . Cantitatile aplicate pe teren arabil sau pasuni sunt de 3-5 to/ha .

Din cauza concentratiei ridicate a metalelor grele in namolurile uzate acestea reprezinta o sursa importanta de poluare in cazul folosirii lor . Multi cercetatori au aratat ca transferul metalelor grele din solurile pe care s-au aplicat namoluri in recolta este semnificativ mai scazut decat din sursele anorganice precum sarurile metalice sau sterilul minier (Munteanu,2000) .

In ultimii ani concentratiile majoritatii metalelor din namoluri, in tarile cu tehnologii avansate, prezinta o descrestere pronuntata ca rezultat al ameliorarii efluentilor si minimizarii pierderilor .

Datorita procentului relativ redus al terenurilor agricole pe care se aplica namoluri uzate, acestea raman o sursa mai putin importanta pentru multe metale .

3 . 4 . Arderea combustibililor fosili

In general la arderea combustibililor fosili rezulta metale dispersate in gazele evacuate precum Pb, Cd, Cr, Zn, As, Sb, Se, Cu, Mn, U si V, pe o foarte mare arie, desi nu toate aceste elemente sunt in concentratii semnificative in diferite tipuri de combustibili . Metalele acumulate in carbuni sau produse petroliere sunt emise in mediul inconjurator sub forma de particule aeropurtate rezultate in timpul arderii, sau acumulate in cenusa, pot contamina solul sau apele . Arderea produselor petroliere aditivate cu compusi ai Pb poate fi o sursa importanta de poluare cu acest element a mediului inconjurator, afectand o buna, parte a suprafetei terestre . Introducerea Pb in benzine ca starter s-a practicat incepand cu 1972 in Japonia si 1975 in SUA . Tarile europene au introdus in perioada 1986-1989 limitarea continutului maxim de Pb in toate produsele petroliere la 0 . 15 µg/1 .

Pb este evacuat de autovehicule sub forma de aerosoli cu diametrul de 0 . 01 - 0 . 1 µg particule care contin in special Pb, Br, Cl si poate reactiona cu alti poluanti atmosferici formand diverse combinatii complexe . Particulele cu continut de Pb din gazele evacuate de motoare se raspandesc pe suprafete intinse de teren, mai ales in zonele urbane, dar si in zone rurale, evident in apropierea retelelor de drumuri si autostrazi .

3 . 5 . Industria metalurgica

Industriile metalurgice pot contribui la poluarea solului pe diferite cai dintre care urmatoarele sunt mai cunoscute:

evacuarea de aerosoli si prafuri care sunt transportate de vant si depozitate pe sol sau vegetatie;

evacuarea de efluenti lichizi care ar putea polua solul in timpul

inundatiilor;

crearea de halde de deseuri in care metalele incep sa corodeze si
prin spalare ajung in orizonturile inferioare ale solurilor;

Multe metale grele sunt folosite pentru obtinerea de oteluri si aliaje: V, Mn, Pb, W, Mo, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Sn, Si, Ti, Te, Ir, Ge, Tl, Sb, Cd, Li, As, Ag, Os, Nb, Gd . De aceea fabricarea acestor materiale, folosirea lor sau reciclarea deseurilor metalice pot duce la poluarea solului cu metale in cantitati diferite .

3 . 6 . Industria electronica

Un mare numar de metale grele se folosesc la fabricarea semiconductorilor, cablurilor, contactelor si altor componente electronice: Cu, Zn, Au, Ag, Pb, Sn, W, Cr, Se, Sm, Ir, In, Ga, Ge, Re, Co, Mo, Hg, Sb, As, Gd . Poluarea mediului inconjurator se poate produce accidental la fabricarea acestor componente .

Industria chimica

O alta sursa semnificativa de poluare cu metale grele a solurilor poate fi fabricarea si/sau folosirea urmatoarelor produse:

clor, Hg;

baterii, Pb, Sb, Zn, Cd, Ni, Hg;

pigmenti si vopsele, Pb, Cr, As, Sb, Se, Mo, Cd, Co, Zn;

catalizatori, Pt, Sm, Sb, Ru, Co, Rh, Re, Pd, Os, Ni, Mo;

stabilizatori de polimerizare, Cd, Zn, Sn, Pb;

cerneluri si tusuri, Se, Pb, Cd, Zn, Cr, Ba;

produse medicale, Ag, As, Ba, Cu, Hg, Sb, Se, Sn, Pt, Zn;

aditivi pentru combustibili si lubrifianti, Se, Te, Pb, Mo, Li;

3 . 8 . Deseuri

Eliminarea deseurilor industriale sau orasenesti pot conduce la poluarea solurilor cu metale grele pe diferite cai . Evacuarea si depozitarea deseurilor solide orasenesti pot conduce la existenta mai multor metale printre care: Cd, Cu, Pb, Sn, Zn dispersate pe sol, subsol, suprafata apelor sau dizolvate in acestea .

Terenurile ocupate cu deseuri au o concentratie ridicata de cloruri complexe ale metalelor prezente care sunt adesea mai usor mobile si mai putin adsorbite decat cationii liberi . Incinerarea deseurilor conduce la emisii de aerosoli metalici cu continut de Cd si Pb . Depozitarea temporara a deseurilor poate cauza contaminarea semnificativa a solurilor care nu au fost decopertate in prealabil .

Arderea si ingroparea deseurilor cu continut de metale in gradini particulare pot duce la acumularea metalelor in solurile folosite pentru cultivarea legumelor .

4 . Efectele poluarii cu metale grele asupra calitatii vietii

Metalele grele sunt toxice, atunci cand ating concentratii ce se apropie de limita maxim admisa .

Controlul si calitatea produselor alimentare vegetale constituie o problema majora pentru sanatatea populatiei, datorita implicatiilor negative ale metalelor grele in metabolismul organismului uman

Urmarirea poluarii produselor agroalimentare cu metale grele este o problema actuala

speciile chimice respective sunt complexate cu liganzi organici sau anorganici, fapt ce influenteaza toxicitatea acestora

Efectul global al poluarii cu metale grele il constituie scaderea fertilitatii solurilor si inrautatirea conditiilor de nutritie pentru plante, influentand procesele de crestere si dezvoltare a acestora (Ionescu, 1973) .

Noxele anorganice influenteaza procesele de crestere si dezvoltare a plantelor, procesul de foosinteza si regimul de absorbtie a apei . Procesele fiziologice sunt posibilitati de testare a interferentei poluare-dezvoltare ele precedand simtomatologia foliara (Ionescu,1973) .

Incarcarea solurilor cu metale grele a avut ca efect acidifierea acestora si debazificarea complexului absorbit . Totodata are loc degradarea calitatii materiei organice prin cresterea continutului de acizi fulvici care formeaza cu metalele grele compusi cu grad avansat de mobilitate si accesibilitate pentru vegetatie (Rauta, 1992)

Ca urmare a poluarii se produc dezechilibre in nutritia minerala a plantelor . Aceste dezechilibre de nutritie se datoreaza atat conditiilor generale nefavorabile de nutritie (reactie acida, continut redus de fosfor, calciu si magneziu) cat si absorbtiei pasive a unor poluanti din aer si sol care au un efect toxic asupra tesuturilor vegetale . Rezultatul acestor dezechilibre il constituie reducerea cresterilor, uscarea prematura avegetatiei, disparitia fructificatiei si implicit diminuarea productiei .

In cadrul poluantilor metalici majori, plumbul si cadmiul ocupa primul loc fiind elemente neesentiale organismelor vii . Cuprul si zincul sunt elemente esentiale organismelor, ele devenind toxice numai peste anumite limite .

Datorita interactiunii ionilor metalelor grele cu proteinele se exercita o actiune puternic inhibitoare asupra sistemelor enzimatice, Reactiile initiate au loc la nivelul membranei celulare si sunt urmate de patrunderea substantelor toxice in celule, cu modificari ale fiziologiei normale a acesteia (Ionescu, 1973) .

5 . Metode de depoluare fizice, chimice si biologice

5 . 1 Metoda prin excavare
se extrage pamant poluat pentru a fi tratat si apoi, se pune la loc . Aceasta metoda este extrem de scumpa datorita transportului si stocarii .

5 . 2 . Metoda prin injectare « venting »
se injecteaza azot, aer sau abur care va capta poluantii . Aerul este aspirat printr-un put de tragere si filtrat cu biofiltre sau filtre de carbune . Incalzirea solului amelioreaza eficacitatea tratamentului

5 . 3 . Metoda prin extragere electrica
Solul trebuie sa aiba o buna conductibilitate (prezenta apei din exemplu) . Aceasta tehnica consta in crearea unui camp electric printr-o pereche de electrozi . Contaminantul, care trebuie sa fie o molecula mica, migreaza in campul electric spre unul dintre poli, unde este fixat . Acest procedeu are avantajul de a limita riscurile de contaminare a muncitorilor cu poluantii respectivi . Acest procedeu

5 . 4 . Metoda de plutire
Dupa extragere, pamantul este trecut printr-o sita . I se adauga apa si agenti tensioactivi . Aerul injectat in acest amestec capteaza poluantii .

este folosit pentru extragerea acidului acetic, fenolului si a metalelelor precum zinc, plumb si cupru in solutii .

5 . 5 . Extragere prin incalziri
Tehnica este aplicabila componentilor usori care pot fi transformati in apa si dioxid de carbon, precum hidrocarburile . Pamantul este excavat, tamizat si tocat . Apoi este incalzit la 600-800°C . Gazele care ies sunt retratate pentru ca pot contine componente de sulf sau NOX toxice .

5 . 6 . Spalare cu solventi
Spalarea este indicata in poluarea cu produse de hidrocarburi grele tip gudron si pesticide . In general se procedeaza « hors-site » sau pe o platforma multimodala prevazuta pentru depoluarea solurilor poluate . Pamantul este excavat si spalat cu un solvent de extragere . Poluantul este separat prin distilare . Solventii care au incarcat solul, se extrag din el prin incalzire . Solventul este readus in faza lichida pentru a fi din nou folosit . Poluantii sunt recuperati si stocati .

5 . 7 . Folosirea bacteriilor pentru depoluari

Se stie de mult timp ca microorganismele si mai ales bacteriile au capacitatea impresionanta de tratare a substantelor . Pe acest principiu, deja functioneaza de mult timp majoritatea statiilor de epurare a apelor uzate in Europa unde bacteriile glutone digera poluantii ca sa le reduca sau sa le elimine .

Efluentii minieri sunt tratati si acum cu aceste tehnici folosite de ani . S-a constatat de asemenea ca deseurile menajere puse in groapa de gunoi, degaja gaz metan prin activitatea bacteriana anaeroba care poate fi exploatata ca o sursa de energie .

Astazi, bacteriile degradeaza fenolul, hidrocarburile, pesticidele, contribuie la eliminarea arsenicului si a metalelor grele . Alte perspective se vor deschide pentru reducerea impactului de CO₂ . Astfel, hidrocarburile extrase prin foraj sunt contaminate de CO₂ si H₂S care trebuie separate prin tehnici costisitoare .

In stare naturala, aceste microorganisme vor reduce impactul poluarii intr-un timp destul de lung . Aici, intervine mana omului astfel incat putem accelera procesul de reabilitarea a terenului .

Prezenta unor metale grele in apele freatice este o problema frecventa cu implicari grave asupra sanatatii . Cercetarile in acest domeniu au ajuns la implementarea tratarii prin

bacterii sulfo-reductoare . Aceste bacterii transforma sulfatul in sulfuri care precipita metalele grele in ape, putand astfel fi recuperati si eliminati .

Cercetarile au condus la implementarea tratarii cromului si arsenicului: Bacteriile modifica starea de oxidare a metalului precum cromul, care trece din starea Crom 6 poluant solubil, periculos pentru sanatate si cancerigen, la starea Crom 3 putin solubil, putin toxic si chiar la doze mici, necesar sanatatii .

Bibliografie:

Alloway, B . J . , 1990, Growth and cadmium acumulation of plants grown on a soil treated with a cadmium enriched sewage sludge, Environ . Sci . Tehnol .

Ionescu, Al . , 1973, Efectele biologice ale poluarii mediului, Ed . Academiei, Bucuresti

Lucas, R . E . , 1972, Climatic and soil condition promoting micronutrient deficiencies in plants soil, Sci . Soc . Amer . Inc . Madison

Munteanu, V . , 2000, Teza de doctorat, USAMV, Cluj-Napoca

Popa, M . , 2005, Metode si tehnici moderne de determinare a poluarii mediului cu metale grele, Ed . Casa cartii de stinta, Cluj-Napoca

Rauta si colab . , 1994, Lucrarile Conferintei Nationale pentru Stiinta Solului

Proiect despre poluarea solului - referatele.com, 14 . 01 . 2009, 22:45