Poluarea apelor de suprafata

Poluarea apelor de suprafata

Orice activitate umana e o potentiala sursa de poluare a apelor, eventual indirecta
(prin intermediul poluarii atmosferei sau solurilor). Poluarea a inceput probabil cu milenii
in urma, odata cu primele orase. Apoi a venit mineritul, despaduririle, gunoaiele,
devenind deja o problema majora in Imperiul Roman si China antica. Poluarea
radioactiva a inceput abia in anii '40 Despaduririle au fost masive in ultimii 200-300 de
ani, acum continua sa fie intensive in America de Sud si Africa. Dar si reimpaduririle pot
aduce poluare, caci inlocuirea padurilor de foioase cu conifere determina apreciabile
scaderi de pH. Continua sa se reduca zonele umede, a crescut mult uzul de fertilizante
si pesticide in agricultura, s-a intensificat mineritul, industria, consumul primar de energie
si s-au inmultit accidentele industriale grave

Poluarea apelor este definita in diverse moduri. Astfel, Conferinta de la Geneva din 1961 o prezinta ca Dmodificarea directa sau indirecta a compozitiei sau starii apelor unei surse oarecare, ca urmare a activitatii omului, astfel incat apele devin inadecvate utilizarilor pe care le au in mod obisnuit, ridicand risc pentru sanatatea omului si pentru integritatea ecosistemelor acvatice'.

Unii recunosc si notiunea de poluare naturala, in acest sens, o definitie simpla si larga a poluarii ar fi: DPoluarea apei = modificarea calitatii acesteia datorita activitatii umane sau in urma unor fenomene naturaleD. Definitiile sunt deci destul de arbitrare, pentru ca de fapt si poluarea 'naturala' uneori nu e chiar naturala - apa anoxica provine adesea de la fundul unui lac artificial, invaziile de alge apar mai ales pe terenul excesului de nutrienti generat de poluarea cu nitrati si fosfati, suspensiile dupa ploi masiv vin in mare parte de pe terenuri poluate sau defrisate de om.

Poluarea apelor de suprafata constituie la ora actuala o problema majora si care la scara globala se va amplifica, deoarece in lumea a lll-a se dezvolta rapid mari orase fara sanitatie corespunzatoare, industria chimica, agricultura cu tot mai mult uz de produsi chimici si minerit cu tehnologii cu grav impact de mediu.

Trebuie tinut cont si de interdependenta dintre apele de suprafata si cele din celelalte compartimente ale hidrosferei: Precipitatiile introduc poluanti din atmosfera, apele subterane aduc si ele diversi componenti, respectiv poluarea apelor de suprafata determina adesea poluarea celor freatice, raurile polueaza lacurile ti marile in care se varsa etc.

1 Surse de poluare

Sursele de poluarea a apei se clasifica in principal in surse organizate si neorganizate.

1.1. Surse de poluare organizate

Cele organizate sunt, in principal: apele reziduale comunale (fecaloid-menajere); apele reziduale industriale; apele reziduale agrozootehnice. Apele fecaloid-menajere sunt poluate mai ales chimic (substante organice, detergenti etc.) si bacteriologic si provin in principal din spalat si de la grupuri sanitare. De exemplu raul Zamuna care curge prin New Delhi are amonte o incarcare de 75.000 bacili coli / litru iar in aval de 240.000.000 bacili coli pe litru! in cadrul celor industriale, de mare diversitate, trebuie mentionate cazurile mai deosebite ale apelor uzate radioactive (din minerit, centrale nuclearo-electrice etc.), ale celor poluate termic (surse variate, mai ales centrale termice), din industria extractiva si prelucratoare de titei, din mineritul cu profil de metale neferoase, din industria chimica.

O mare sursa de poluare apelor de suprafata este mineritul hidraulic, procedeu cu impact deosebit de mare fata de mediu, in Australia, de exemplu, ultima mina cu astfel de tehnologie a fost inchisa abia in 1994.

Sursele organizate de regula polueaza continuu sau sistematic si sunt de obicei cunoscute si supravegheate, calculandu-se totalul emisiilor. Astfel, Rinul a trebuit sa transporte in anii '80 anual pana la 700 tone cadmiu, 130 tone mercur, 4000 tone de plumb si peste 1400 de substante poluante diferite!

1.2. Surse de poluare neorganizate

Sursele neorganizate sunt in principal: surse individuale fara sistem de canalizare; reziduuri solide depozitate il locuri / moduri neadecvate; pesticide, ingrasaminte spalate de apele meteorice sau de irigatie.

O importanta sursa neorganizata de poluare sunt sarurile folosite iarna pe sosele contra zapezii si poleiului. Multe tari dezvoltate au interzis sau limitat sever imprastierea de sare, dar la noi continua. Este o sursa de poluare importanta: De exemplu in SUA in iarna 1982 / 1983 s-au imprastiat pe 320.000 mile de sosele o cantitate de 2,5 milioane tone de sare (NaCI) si 200.000 tone clorura de calciu, precum si peste 5 milioane de tone de material antiderapant!

in sursele neorganizate se includ insa si sursele ocazionale (spalarea de animale, utilaje etc; topirea inului si canepii, deversari diverse) si accidentale (de exemplu inundatii si alte calamitati, deversari in urma unor accidente industriale, rutiere etc.), care sunt greu de monitorizat si raman adesea necunoscute.

1.3. Sursele accidentale intervin mai rar, dar pot avea deosebita gravitate, iar poluarea poate surveni pe cai neasteptate, lata cateva poluari accidentale deosebite, survenite in Franta in anii 1986-1988, si care au afectat surse de apa ce deserveau peste 500000 locuitori: Un incendiu la uzina Sandoz, in cursul stingerii caruia apa utilizata de pompieri a antrenat in Rin produse organofosforice si organomercurice; prabusirea in apele Loirei a unui camion incarcat cu detergent; deversarea, in urma unui accident rutier, a 20000 l benzina usoara dintr-o cisterna . Tot studiul precedent citeaza alte numeroase poluari in urma stingerii unor incendii, prin cadavre de oameni si animale ajunse in castele de apa, poluari voluntare si chiar criminale, inundatii, refularea canalizarii in uzine de apa si chiar poluare accidentala a unei surse considerate prefect

protejate, prin prabusirea unui avion exact in acel loc. in Berlin un poluant organo-

clorurat a ajuns in canalizare si a dizolvat materialul de etansare dintre segmentele de conducte, ducand la exfiltrari masive ale apelor uzate in sol, deci o catastrofa in lant. in SUA in deceniul 1974-1984 au fost inregistrate anual intre 11000 si 14500 poluari accidentale ale apelor. De exemplu in 1984, cele 10745 de poluari accidentale s-au grupat astfel: 245 petroliere, 545 barje petroliere, 1667 alte nave, 554 la conducte petroliere, 707 de la vehicule terestre, 1108 constructii si instalatii pe tarm, 198 la constructii si instalatii costiere, 521 la constructii si instalatii in largul marii, 176 de la constructii si instalatii in interiorul continentului.

Daca scufundarea unor vapoare a provocat mari poluari accidentale, nu mai putin grave sunt descarcarile intentionate si sistematice de reziduuri in mari si oceane. De regula sunt substante mai putin periculoase, dar in schimb in cantitati foarte mari. Nu e vorba de deversarile costiere de ape neepurate sau de aportul raurilor poluate, ci de faptul ca foarte multe tari, incluzand pe loc fruntas tarile dezvoltate, au deversat sistematic in ocean cantitati imense de deseuri cu vapoare speciale de 'gunoi'. Dupa 1990 multe tari au redus drastic sau stopat aceste deversari, altele insa continua. De exemplu SUA au aruncat in ocean anual milioane de tone de deseuri industriale (5,051 milioane tone in 1973, 2,548 milioane tone in 1978, dar apoi 'numai' 304500 tone in 1983), namol de la apele uzate (4,890 milioane tone in 1973, 5,535 milioane tone in 1978, 8,312 milioane tone in 1983), moloz de la constructii (974000 tone in 1973, dar deloc in 1983), chimicale incinerate (800000 tone in 1982), lemn ars (11.000 tone in 1973, 31.000 tone in 1983), explozibil (300 tone in 1981) etc. Germania a deversat in 1978 o cantitate de 728000 tone de deseuri industriale in mare, iar Marea Britanie peste 5 milioane de tone!

Daca sursele localizate au sansa de a fi monitorizate, cele difuze sunt greu de evaluat si se manifesta adesea indirect (din ploile acide, bunaoara) si sunt incadrate la categoria de surse neorganizate, desi sunt adesea pe ansamblu de departe mai importante decat cele organizate.

2. Tipuri de poluare a apelor si modele de comportament a poluantilor in rauri, lacuri si ape subterane

2.1. Tipuri de poluare - surse, caracteristici, efecte si evolutie

Distingem mai multe tipuri de poluare: cu germeni, virusuri si alte organisme patogene; cu substante organice biodegradabile (ce consuma oxigenul); cu substante organice greu- / nebiodegradabile;

cu ingrasaminte agricole; cu substante minerale diverse; cu substante uleioase si reziduuri petroliere; cu substante radioactive; deversari de ape calde etc.

Fiecarui tip de poluare ii corespund efecte specifice asupra calitatii apei, sanatatii omului si mediului. De fapt orice poluare a apei se rasfrange asupra lumii vii inclusiv a omului, direct sau prin intermediul florei si faunei, uneori prin lungi lanturi si cicluri trofice.

Poluarea cu nitrati provine mai ales din agricultura. Azotul e element esential pentru viata si in ape sufera foarte multe procese chimice si biochimice. Apare mai ales ca azotat, azotit, amoniu, azot gazos si cel fixat in compusi organici, grupe intre care exista continue transformari / tranzitari, formandu-se 'ciclul azotului'. Excesul duce la eutrofizare, contaminarea acviferelor, posibila afectare a sanatatii umane: methemoglobinemie la copii, cancer gastric

Sursele de azotati in ape sunt naturale si antropice. Sursele naturale sunt : Din precipitatii: Oxizi de azot din atmosfera, produsi de fulgere si de arderea combustibililor fosili; Aportul prin spalarea din roci si cenusa de vegetatie arsa ajunsa in ape); Din nitrificarea amoniului (prin microorganismele nitrosomonas si notrosococcus) si a nitritilor (prin nitrobacter); Din izvoare in urma dizolvarii lor la adancime in roci (nitratul avand solubilitate crescuta in ape); Din eroziunea solurilor ce contin azotat. Aceste surse 'naturale' sunt adesea indirect tot antropice. Surse antropice 'directe' sunt cele punctiforme (deversari de ape uzate continand azotati) si difuze, in principal azotatii proveniti din agricultura, din ingrasamintele chimice si din ingrasamintele naturale - gunoi de grajd - aplicate pe campuri, sau de la latrine. Dejectiile contin de fapt uree si amoniu, care se transforma in azotat de catre microorganisme prin nitrificare. Pentru zootehnie putem calcula echivalenta aproximativa de productie de dejectii 1,5 vite adulte = 7 porci = 100 gaini ouatoare.

Apare frecvent exces pe camp de azotat pe care plantele nu-l pot absorbi, fie pentru ca pe ansamblu cantitatea e prea mare, fie pentru ca a fost aplicata la momentul gresit, in afara perioadei de vegetatie. Acest fapt se intampla frecvent prin imprastiatul toamna sau iarna a gunoiului de grajd pe camp. (Multe tari interzic gunoirea in perioada 15 octombrie - 15 februarie). Astfel excesul de nitrati ajunge in sol si in ape, pe care le polueaza.

Ȋndepartarea nitratilor din apa potabila este scumpa si complicata. S-au experimentat tehnici chimice (schimbatori de ioni) si biochimice sau se recurge la amestecarea apelor contaminate cu altele cu concentratie mai redusa de azotati. Dar e mult mai usor si ieftin sa previi, in plus, pentru surse individuale (fantani) preventia e singura sansa, altfel trebuie abandonate. Exista posibilitatea tehnica de a masura de rutina azotul din sol inainte de insamantare, in timpul si dupa recolta, ceea ce permite aplicarea dozei exacte necesare, fara exces. Trebuie analize periodice, nu ajunge ca ai studiat o data acel sol si 'stii ce tip este'.

Ȋn apa subterana, NOa' este modificat, transformat de microorganisme, reactioneaza cu fier, sulfati sau bicarbonati etc. Astfel solul este un 'filtru' bun dar daca i se depaseste capacitatea, concentratia de azotat va creste brusc in apele de suprafata sau subterane sau nu va creste azotatul ci sulfatul pe care il dezlocuieste din combinatii azotatul! in plus nitratii pe care ii tot deversam actualmente in sol vor ajunge in unele acvifere peste doar ani sau decenii, cand ne putem trezi brusc cu o prabusire a calitatii multor ape.

Azotatii au asupra organismului animal efect de toxicitate prin multe mecanisme, direct sau prin alti compusi pe care ii formeaza (azotiti, nitrozamine etc.).

Acidifierea apelor dulci vine in principal de la ploile acide. Ele au fost observate inca din secolul XVII in Anglia. Termenul de ploaie acida l-a introdus chimistul Robert Angus Smith in 1872, vazand cum ploaia ataca plantele si cladirile. Doar din anii '50 s-a constatat ca problema e transfrontaliera. Suedia a constatat ca ii mor lacurile prin acidifiere si a identificat ca si cauza emisiile de poluanti transfrontalieri din Europa centrala si de vest. Era si rezultatul cosurilor foarte inalte de fum din Germania si alte tari, care nu disperasera poluarea ci o impinsesera mai departe. Problema a fost luata in serios numai cand fenomenul a aparut si in Europa centrala si de vest. in 1978 s-a lansat programul european EMEP de cercetare si monitoring in domeniu, iar SUA au lansat initiative similare in 1980, ajungandu-se apoi la programe mondiale.

Cauza principala sunt bioxidul de sulf si oxizii de azot degajate in atmosfera. Pe plan global sursele naturale au aceeasi magnitudine cu cele antropice, care sunt in principal arderea combustibililor fosili, dar care in zone industriale le eclipseaza pe cele de origine naturala. Astfel oamenii au emis in 1975 80x 10⁶ tone de oxizi de sulf si 90x 10⁶ tone in 1985. Europa a contribuit cu 44%, America de Nord cu 24%, Asia cu 23%, America Centrala si de Sud cu 5,2%, Africa cu 3% si Oceania cu 1%. Productia de oxizi de azot e estimata la 50x 10⁶ tone anual, din care 35% din surse naturale, 25% din arsul biomasei si 40% din arderea de combustibili fosili - jumatate de la motoarele vehiculelor si jumatate din termocentrale si alte surse stationare. S-a reusit ca emisiile de bioxide de sulf sa nu mai creasca ba chiar s se reduca dupa 1970 in tarile dezvoltate, insa cele de oxizi de azot continua cresterea. Mecanismul de formare a ploii acide consta in oxidarea in atmosfera a oxizilor de azot si sulf la acid azotic si sulfuric sau aerosoli de azotat si sulfat, prin procese complexe incomplet elucidate de oameni. Ajung pe sol si in ape pe cale umeda sau uscata. Pe cale umeda ajung prin ploaie sau ninsoare sau 'ocult' prin ceata, chiciura etc. Stationarea in atmosfera dureaza in medie mai multe zile, permitand astfel afectarea unor regiuni departate. Pe cale uscata ajung prin difuzie ca si gaze sau in particule de aerosoli, ca azotat de amoniu sau sulfat de amoniu, in aceste cazuri stationeaza putin in atmosfera, astfel ca afecteaza mai mult regiunea inconjuratoare nu marile departari.

O alta sursa importanta de ape acide vine de la poluarea solului cu amoniu, care bacteriile il nitrifica rezultand insa si ioni de hidrogen, ce dau aciditate. De asemenea din minerit pirita expusa la aer si umiditate elibereaza H⁺ acidificand puternic apele.

Solurile si apele au capacitatea de a neutraliza aciditatea prin bicarbonatii de calciu si magneziu. Capacitatea insa e limitata si se pierde la bombardarea cu un aflux ridicat de ioni de hidrogen si de sulfat sau azotat. Acidifierea lacurilor nu e data de simpla crestere a H⁺ atmosferic, ci prin procese complexe mediate de sol. Acidifierea apelor nu apare in zone calcaroase. De aceea ea s-a manifestat mai ales in nordul Americii si Europei, unde a fost glaciatiune si nu prea este calcar, in lipsa carbonatilor, aciditatea e anihilata de aluminosilicati, dar nu asa de eficient, existand riscul acidifierii. Dupa riscul de acidifiere si capacitatea de tamponare, rocile se clasifica in 4 tipuri: l sensibilitate foarte mare: granit, gresie quartitica; II sensibilitate crescuta: gresii, conglomerate; III sensibilitate redusa: multe din rocile vulcanice; IV sensibilitate nula la acidifiere (capacitate te tamponare teoretic infinita): calcare, dolomite

Sulfatul este un 'ion transportor'. Venit din atmosfera ia cu el calciu si magneziu. Daca nu sunt destule, scoate din roci aluminiu si HT, provocand acidifiere. De aceea solurile care au capacitatea de a retine sulfatii previn acidifierea apelor. Azotatul creaza mai putine probleme caci e folosit ca nutrient de organismele acvatice. Daca e in exces poate genera acidifiere prin acelasi mecanism ca ionul sulfat.

Pot aparea acidifierii temporare 'naturale' la topirea zapezilor, dar majoritatea sunt din cauze antropice. Scaderea pH-ului atrage o crestere a solubilitatii metalelor grele, toxice pentru viata, care sunt mobilizate din sedimente sau nu se mai sedimenteaza. Unele metale toxice pot fi dezlocuite si mobilizate chiar din combinatii stabile din sol. De aceea degeaba tratezi lacul acidifiat cu var, ca ridici din nou nivelul de pH dar metalele grele sunt si raman in apa, deci nu mai poti de fapt 'insanatosi' lacul. Mortalitatea piscicola este numai manifestarea extrema a acidifierii, varful aisbergului! De fapt deja la scaderea sub pH 6 mor unele componente ale ecosistemelor si pestii isi pierd sursele de hrana , ajung la deficite de minerale, consecinta fiind debilitate fizica, decalcifiere a oaselor, infertilitate. De asemenea, reducerea pH-ului duce la reducerea oxigenului, cresterea bacteriilor anaerobe, reducerea biodiversitatii, dezvoltarea algelor filamentoase si macrofitelor acidotolerante etc. Ploaia acida afecteaza si padurea, agravand criza apei, favorizand inundatiile etc. deci consecinte in lant. Apele acide sunt agresive si pentru conducte, beton etc.

2.2. Poluarea cu compusi organici biodegradabili

De rutina pentru a evalua aceasta poluare se determina indicatori indirecti cum sunt consumul chimic de oxigen (CCO) si consumul biochimic de oxigen (CBO), plus concentratia oxigenului. Multi specialisti considera ca CCO si CBO sunt mult prea generali si informatia rezultata nu este suficienta.

Trebuie intelese si respectate metodologiile de analiza si interpretare, altfel se risca concluzii gresite. O parte din substantele organice din ape sunt in continuare cunoscute doar vag, in linii generale, de exemplu cele naturale complexe gen 'acizi humici' sau 'humus acvatic'. Evolutia nivelelor de compusi organici degradabili aval de o deversare intr-un rau se poate modela si corela bine cu evolutia oxigenului dizolvat, dioxidului, amoniului, azotitilor si azotatilor, a bacteriilor, protozoarelor, algelor, crustaceelor si rotiferelor, pestilor etc., existand succesiuni tipice previzibile.

Cea mai tipica poluare cu compusi organici biodegradabili este cea cu ape fecaloid-menajere. Un om de exemplu polueaza zilnic in medie la nivel de: 45-55 g CBOs, 1,6 - 1,9 x CBO₅ g CCO-Cr, 0,6 -1,0 x CBO₅ g carbon organic total, 170-220 g suspensii totale, 10-30 g grasimi, 4-8 g cloruri, 6-12 g azot total (circa 40% organic), 0,6 - 4,5 g fosfor total (circa 30% organic). Stiind aceasta se poate prezice cantitatea de poluanti produsa de un oras cu un anumit numar de locuitori si s-a introdus pentru aceasta categorie de poluare o unitate de masura numita locuitor-echivalent. in SUA; dupa adoptarea in 1972 a 'Clean Water Act', CBO a scazut cu 45% in apele fecaloid-menajere si cu 70% in cele industriale.

Alte poluari frecvente cu compusi organici biodegradabili provin de la industrie, mai ales de la cea a celulozei, alimentara etc. Biodegradabilitatea practica scade mult pana la zero daca sunt prezente in apa substante toxice sau inhibitoare pentru bacteriile ce realizeaza biodegradarea compusilor organici.

Compusii organici din lacuri si rauri se oxideaza si descompun, sau se depun ca particule pe fundul apelor. Exista si degradare fotolitica, dar redusa. Baza este degradarea microbiologica. Daca exista oxigen dizolvat destul degradarea este aeroba, cu consum de oxigen si productie de bioxid de carbon si apa (respiratie). Daca oxigenul e insuficient, se trece la procese anaerobe cum sunt denitrificarea, dezaminarea, reducerea sulfatului, fermentarea. Acestea produc oxigenul necesar descompuneri substantelor organice dar si compusi nedoriti precum hidrogenul sulfurat, metanul etc. Aceste procese anaerobe sunt rare in rauri dar frecvente in lacuri adanci si comune in mlastini. Aparent paradoxal, daca un rau e poluat cu substante organice biodegradabile, e de dorit sa fie poluat si cu azotati, caci prin denitrificare bacteriile pot obtine oxigenul necesar descompunerii substantelor organice, altfel raul devine anoxic, deci poluarea cu nitrati contracareaza poluarea cu compusi organici biodegradabili!

Bioxidul de carbon CO2 s-a dovedit a nu fi totdeauna corelat cu nivelul de incarcare organica, mai ales cand substantele organice in cauza sunt putin sau deloc biodegradabile sau cand curgerea este turbulenta si deci CO2 se degaja usor in atmosfera.

Distinctia intre carbonul organic particulat (COP)si cel dizolvat (COD) este relativ arbitrara, in functie de diametrul moleculei, testat practic prin trecerea sau nu prin filtrul cu o anumita porozitate. COP e de regula mai mare decat COD in rauri, dar sunt exceptii cum sunt raurile din Arctica sau America de Sud La nivel global se estimeaza transportul in rauri la 0,42-0,57 x 10⁹ tone / an pentru COP si 0,11 - 0,25 x 10⁹ tone / an pentru COD. Estimarile sunt foarte dificile si multe 'adevaruri consacrate' au fost infirmate in ultimul deceniu, inclusiv corelatiile debit - COP - COD. sau CBO - 02 dizolvat. COP poate fi stabil sau labil (metabolizabil) cum sunt zaharurile, aminoacizii etc. (6-30% din COP). Din COP ajuns pana in mare, 30-70% e degradat in estuare, restul ramane ca sediment pe fundul marii. COD poate fi si el degradabil sau nedegradabil.

Poluarile petroliere - caz particular de poluari cu substante organice - sunt un mare dusman al apelor, deoarece culoarea, gustul si mirosul sunt afectate chiar la concentratii reduse. Sunt grav afectate multe organisme acvatice, ceea ce duce la dezechilibru ecologic. Fiind mai usoare ca apa, produsele petroliere formeaza pelicula / strat la suprafata apei, ce impiedica oxigenarea, in ape subterane sunt si mai persistente, caci biodegradarea e redusa sau absenta in lipsa oxigenului si luminii Pe apele navigabile provin de cele mai dese ori de la accidente cu petroliere sau de la spalarea ilegala a rezervoarelor navelor

Suspensiile in rauri si lacuri. Suspensiile sunt un transportator major de nutrienti si poluanti organici si anorganici. Particulele transportate de rauri nu sunt doar suspensiile clasice ci si particulele tarate / rostogolite pe fundul apei ('bed load'). Suspensiile provin din poluare, dar si din eroziunea naturala (si cea provocata de om!) si din productia endogena din ape (care provine din alege - pana la 20 mg / litru in ape eutrofe - si din precipitarea carbonatului de calciu la ape dure si alcalinitate ridicata). Activitatile umane cele mai mari generatoare de suspensii sunt araturile - mai ales pe panta -, suprapasunatul, despaduririle, exploatarea padurilor cu drumuri de tractor sau partii de alunecare / tarare in panta, incendierea vegetatiei si mai puternic ca toate mineritul la suprafata. Majoritatea suspensiilor nu ajung in ocean ci se depun pe fundul apelor, in lacuri sau in zonele inundate. Suspensiile depind mult de panta raului, de natura geologica a regiunii etc. Apa potabila nu trebuie sa contina suspensii. Cele organice si anorganice fine sunt greu de indepartat si creaza probleme: infundare filtre; gust si miros neplacut; perturbarea dezinfectiei, transportul de toxice, metale grele, poluanti diversi; creste CBO₅-ul

in rauri concentratia de suspensii e foarte variabila in timp si chiar in cadrul sectiunii pe un rau, ceea ce o face mai greu de monitorizat corect.

Eutrofizarea se defineste ca imbogatirea apei cu substante nutritive pentru plante -in primul rand azot si fosfor (ceilalti zeci de compusi necesari dezvoltarii fiind foarte rar limitanti) - conducand la o crestere puternica a algelor si macrofitelor ('inflorire') care apoi mor, cu consecinte grave: Scaderea calitatii apei (culoare, gust, miros, tulburare, scaderea oxigenului, cresterea concentratiei de fier, mangan, bioxid de carbon, amoniu, metan, hidrogen sulfurat etc.); corodarea conductelor; afectarea functiunilor recreative (turbiditate crescuta a apei si miros ce o fac neatractiva, afectarea inotatorilor prin dermatite si conjunctivite de contact cu apa alcalina, risc crescut de diverse boli ex. schistostomiaza, risc boli diareice la inghitirea apei incarcate cu toxice algale); afectarea pisciculturii (mortalitate piscicola, dezvoltarea speciilor nedorite); alte consecinte diverse: infundarea filtrelor, tevilor etc. Unele boli apar mai des odata cu eutrofizarea deoarece ea determina cresterea macrofitelor (plante de apa) ce favorizeaza cresterea unor organisme ce sunt gazde ale parazitilor. De asemenea, inmultirea algelor albastre duce la producere de toxine ce pot otravi animalele care se adapa si cresc si nitratii de pot produce methemoglobinemie. Uneori plantele acvatice crescute exploziv si excesiv pot bloca navigatia pe rauri si lacuri.

Eutrofizarea se produce mai rar in rauri si e mai putin grava ca cea pe lacuri. Eutrofizarea se produce in multe zone si pe cale naturala, dar de regula lent. de aceea cel mai corect ca poluare de origine antropica ar trebui sa vorbim de eutrofizare accelerata. Ea a devenit o mare problema in tarile dezvoltate, unde se ajunsese ca in 1985 65% din lacuri sa se considere eutrofe (numai 12% in Canada, 28% Africa de Sud, dar 70% in SUA!). Suedia avea deja in 1990 la 80% din statiile de epurare si treapta tertiara pentru eliminarea fosforului. NU sunt bani aruncati, deoarece odata produsa eutrofizarea, costurile de 'reparatie' sunt enorme. Austria a platit peste 750 milioane USD pentru 28 de lacuri, peste 1 milion USD / km² lac!

Eutrofizarea se poate reversa (Metode sunt descrise intr-un subcapitol ulterior) dar trebuie o mare grija deoarece fenomenul este foarte complex si in ciuda intenselor cercetari este inca incomplet cunoscut si inteles de oameni. Se pot face deja predictii, exista si formule de calcul. Lupta cu eutrofizarea accelerata a inregistrat succese dar si esecuri multe. Ea nu se poate rezolva cu masuri tehnice punctiforme, deoarece e o adevarata boala a civilizatiei moderne, trebuind abordata strategic, p escara larga de spatiu si timp, in toate politicile de dezvoltare urbana, investitii, legislatie etc.

Agenti patogeni care ajung in ape pot fi bacterii, virusuri sau paraziti. Ei provoaca la om si animale boli transmise hidric, fie prin ingestie fie prin contact direct sau inhalare de aerosoli din apa contaminata. Cresterea procentuala a bolilor virale din ultimele decenii este nereala, explicatia fiind cresterea procentului de diagnosticare prin imbunatatirea tehnica. Rezervoarele de patogeni pot fi oamenii sau anumite animale, dar sunt si specii ubiquitare. Multe specii de bacterii au tulpini patogene si tulpini nepatogene, sau nu sunt patogene ci doar oportuniste, provocand boli la organisme slabite, cu imunitatea slabita. De exemplu un om elimina zilnic prin fecale miliarde de bacili coli, in principiu nepatogeni. Majoritatea bacteriilor sunt specifice de specie, dar sunt si unele ce provoaca boli si la om si la animale. Virusii sunt specifici fiecarei specii, neinfluentand alte specii. Bolile pot fi de contact (piele, mucoase), digestive sau generale, in practica de regula nu se determina prezenta agentilor patogeni in ape, ci prezenta contaminarii fecale, care indica sanse crescute ca sa existe si patogeni. Indicatorii de poluare fecala (coliformi totali, coliformi fecali, streptococi fecali etc.) insa nu sunt adecvati estimarii riscurilor de boli transmise prin contact cu apa, nu prin ingestie. in plus, ape dezinfectate prin clorinare pot avea indicatorii de poluare fecaloida cu valori foarte joase, indicand teoretic sanse reduse de existenta a patogenilor. Dar clorinarea nu distruge multi dintre virusi si paraziti, motiv pentru care in aceste cazuri valoarea 'indicatorilor' este redusa. Monitorizarea bacteriologica este obligatorie oricat de perfecta ar fi considerata o statie de epurare sau tratare. Epurarea clasica nu reuseste sa elimine decat partial agentii infectiosi. Autoepurarea apelor reduce si ea din contaminarea bacteriana, dar putin in caz de temperatura joasa sau nivel ridicat de poluare

Contaminarea salina a apelor este cea mai raspandita poluare a apelor subterane dar afecteaza indirect si apele de suprafata. Cauzele sunt in principal irigatiile si infiltratiile apelor marine in acviferele dulci. Problema nu e noua. Acum 6000 de ani, sumerienii si-au distrus propria civilizatie prin irigarea excesiva a Mesopotamiei.

Sursele de salinizare sunt naturale (evaporatie crescuta; dizolvarea de minerale; sarea de mare adusa de vant pe continent; ape vulcanice sau de mare saline ce erup) si antropice (irigatii; exfiltratii din canale si halde de gunoi; intruzie salina de la minerit, dezghetarea soselelor cu sare; extractia petrolului sau altele inclusiv minerit hidraulic pentru sare). Fierul e frecvent in exces in unele ape, subteran si in apa proaspata nu se vad modificari, dar ulterior da precipitat brun de hidroxid de fier. La fel si borul in concentratii excesive (ce apar mai ales in zone vulcanice) e toxic pentru plante.

Principala sursa de salinizare a apelor raman irigatiile excesive: Se apreciaza ca peste 50% din apa prelevata pentru irigatii de fapt nu ajunge la destinatie! in plus, din cauza aplicarii in exces, doar 40-80% din apa este efectiv 'consumata' de plante, restul se evapora (dar sarurile raman) sau se infiltreaza in sol la adancimi mai mari decat cele ale radacinilor (ajungand in apa freatica dupa ce pe drum a dizolvat saruri) sau se scurge la suprafata si dizolva diverse substante si le antreneaza in ape Din canalele deschise si din lacurile de acumulare create pentru irigatii se produce evaporare intensa si deci creste mineralizarea acelor ape; in acumulari la nivel crescut apa prin presiune se infiltreaza in maluri dizolva din sol sare si o scoate la suprafata solurilor inconjuratoare sau la scaderea nivelului aduce sarurile in lac.

S-a inceput 'spalarea' solurilor saraturate cu mari cantitati de apa, dar aceasta nu face decat sa mute excesul de saruri in alta parte. Frecvent se salinizeaza apa subterana si creste si nivelul freatic din care, devenind apropiat de nivelul solului, incepe evaporare intensa ceea ce produce salinizare secundara, deci un adevarat cerc vicios. Prin acesti multipli factori, irigarea a produs numeroase catastrofe ecologice.

O alta mare sursa de contaminare salina este mineritul, in special cel pentru carbune, fosfati si uraniu, si in oarecare masura cel pentru metale. Efectuandu-se sub nivelul freatic, se pompeaza la zi ape de mina foarte mineralizate, in plus apele de siroire dizolva saruri din haldele de steril. Extractia petrolului implica si ea mari cantitati de ape sarate, ce trebuie puse in bazine de evaporare sau reinjectate profund. Pe sosele se mai pune la noi multa sare, in schimb in multe tari dezvoltate se renunta pe cat posibil.

Salinitatea crescuta in principiu nu afecteaza direct sanatatea, dar degradeaza terenurile agricole si sursele de apa potabila. Sunt insa saruri ce au impact direct negativ: Cele de fluor, de fier, sulfatul etc.

Poluarea cu metale grele. Problema s-a manifestat acut in anii '50 - 70 in tari dezvoltate, unde au fost mari scandaluri si grave afectari ale sanatatii publice (inclusiv cazuri cu sute de morti in Japonia de exemplu). Desi in toate tarile s-au luat masuri, problema este departe de a fi stapanita. Chiar daca de maine teoretic nu s-ar mai deversa in apa metale grele, avem in continuare apele de mina, cele provenind din haldele de gunoaie orasenesti (unde decenii intregi au ajuns, si in unele tari - inclusiv Romania - continua sa ajunga si deseurile periculoase) si mai ales sedimentele depuse de-a lungul multelor decenii pe fundul raurilor puternic contaminate cu metale grele, de unde la dragare sau viitura sau modificarea chimismului apei se pot usor mobiliza cantitati imense de metale grele.

Metalele grele includ plumbul, arsenul, mercurul, cadmiul, cobaltul, nichelul,

seleniul, fierul, argintul, zincul, cromul, cobaltul, manganul.. De regula nu se ajunge la

intoxicatii acute, insa metalele grele au proprietatea de a se concentra in organismele vii, manifestandu-se toxicitatea cronica. Nivelele toxice sunt relativ bine cunoscute pentru om, dar nici pe departe pentru imensa diversitate de organisme acvatice. Contaminarea omului depinde mult de obiceiurile alimentare, varsta, stare de sanatate etc. Conteaza foarte mult si forma, nivelul de absorbtie si de toxicitate find diferit intre Cr³⁺ si Cr⁶⁺ sau intre mercurul metalic si cel legat organic. Aluminiul a produs uneori mortalitate piscicola sau a algelor.

Principalele surse de poluare a apelor cu metale grele sunt: surse geologice (naturale); industria miniera si prelucratoare de metale; utilizarile industriale si casnice ale sarurilor de metale grele de exemplu cele de crom la tabacarii, cele de cupru si arsen in pesticide, sau plumbul in benzina; din excretiile umane si animale; din infiltratiile de la haldele de gunoi. Monitorizarea concentratiilor de metale grele este destul de dificila.

Micropoluantii organici sunt compusi organo-clorurati, fenoli, cetone etc. Multi intra in clasa biocidelor (pesticide, fungicide, ierbicide, insecticide etc.). Exista peste 10 milioane de compusi chimici, din care zeci de mii sunt in uz in industrie, ceea ce face ca in apa sa poata ajunge o uriasa varietate, imposibil de identificat si dozat individual. De aceea se monitorizeaza numai compusii mai frecventi si mai toxici. Exista in legislatie liste cu substante prioritare ce trebuie eliminate. Frecvente sunt pesticidele organo-clorurate si organo-fosforice, triazinele, derivatele de uree, erbicidele tip hormon vegetal, solventii de uz casnic, substantele de sinteza si reactivi din industrie, de exemplu cei pentru fabricarea de polimeri Unele produse cum sunt DDT si alte pesticide organoclorurate au fost interzise aproape in toate tarile sau sunt foarte strict controlate, dupa ce s-a constatat ce dezastre au produs.

Efectele toxice ale diversilor micropoluanti pot fi letale sau neletale, atat pe termen scurt cat si la expunere cronica. Mari probleme si controverse sunt cu privire la efectele cancerigene si genotoxice in general la expuneri cronice la cantitati reduse de substanta, deoarece informatia stiintifica e incompleta.

Degradabilitatea biologica si chimica a diversilor micropoluanti este extrem de diferita. Unii persista saptamani (de exemplu insecticide organofosforice), altele luni (triazine de exemplu) iar altele foarte mult (10 ani DDT-ul!). Unele sunt retinute / descompuse de procedeele obisnuite de epurare / preparare a apei, altele insa trec aproape nemodificate (lindan, pentaclorfenol etc.).

Pentru identificarea micropoluantilor se folosesc metode de laborator foarte diverse: evaporare, ultrafiltrare, spumare, extractie, schimb de ioni, adsorbtie pe carbon activat, pe oxid de aluminiu, pe namol activ, precipitare cu saruri de fier sau aluminiu, cromatografie gazoasa, spectrofotometrie etc.

2.3. Modele de comportament a poluantilor in ape

Evolutia concentratiei unei anumite substante ajunse in apa, depinde de caracterul reactiv sau non-reactiv al substantei, de dimensiunea acelei mase de apa, de timpul mediu de rezidenta a apei (in acel lac, rau sau acvifer) si de intensitatea proceselor de amestec si difuzie in acea masa de apa. Cunoasterea si intelegerea acestor factori ne permit sa prezicem consecintele si evolutia concentratiei unei anumite substante ajunse intr-un rau, lac sau acvifer, fapt foarte important mai ales in cazul ca e vorba de un poluant.

Cea mai mare parte a substantelor ajunse in apa nu sunt complet nonreactive in sensul ca nu se comporta exact ca apa. Se pot precipita, pot fi absorbite pe roci, complexate sau fixate pe particulele in suspensie, incluse in diverse cicluri biologice, suferi diverse procese chimice sau fotochimice etc. Sodiul, ti clorul pot fi aproximate bine ca nonreactive in rauri si lacuri, la fel tritiul. Dimensiunea masei de apa variaza enorm, cu cinci sau sase ordine de marime. Cel mai mare rau are peste 175.000 m³/s (Amazonul), cel mai mare lac 23.000 km³ (Baikalul) iar acviferul cel mai mare (cel nubian, din Africa de nord, cu volum de mii de miliarde de metri cubi) se intinde pe 10⁶ km² (Alte mari acvifere se gasesc in Asia centrala si Australia). Timpul de rezidenta a unei molecule de apa poate atinge un an in cele mai lungi rauri, secole in lacurile mari si milenii in unele acvifere cu ape 'fosile'. Mixajul se produce in rauri destul de repede, nu si in cele mari si lente, unde poate necesita sute de kilometri dupa confluenta (Amazonul cu Rio Negro, Mississippi cu Missouri etc.). in lacurile adanci poate aparea termostratificatia ce duce la o separare neta si impiedica amestecul. Acviferele de regula permit o mixare si difuzie mult mai lenta, dar depinde mult de tipul de acvifer.

De exemplu, intr-un rau, o poluare punctiforma va produce in aval la o anumita sectiune de control o crestere temporara a concentratiei cu un grafic in forma de clopot. Maximul va fi atins mai repede la debit mare dar nu va avea amplitudinea celui atins la debite mici, cand unda de poluare ajunge mai lent dar concentratiile sunt mai mari. Tot asa, o poluare cronica intr-un lac mic atinge mai repede un palier de concentratie; intr-un lac mai mare cu acelasi timp de rezidenta a apei, palierul e atins mai tarziu si e la un nivel mai jos, fiind dilutia mai puternica. Diferenta de timp de rezidenta a apei face ca nivelul concentratiilor peste limita critica sa se mentina mai mult timp daca e un lac sau acvifer cu timp lung de rezidenta si sa scada mai rapid sub concentratia critica la mase de apa cu timpi scurti de rezidenta.

Aceste modelari ale evolutiei concentratiei diverselor substante aproximeaza mai bine ape cu proprietati uniforme, in practica insa amestec bun exista numai in rauri cu curgere turbulenta, sezonier in lacuri cu ocazia 'turnoverului' si niciodata in apele subterane. De asemenea asa cum am aratat nu exista substante perfect 'nereactive' si nici masuratorile cele mai exacte nu pot caracteriza perfect un rau, lac sau acvifer, motiv pentru care calculele teoretice si predictiile matematice vor avea intotdeauna o precizie limitata si trebuie obligatoriu facute observatii concrete pe teren prin prelevarea de probe de apa.

3 Efectele poluarii apelor de suprafata

Poluarea apelor de suprafata, ca de altfel si a celor subterane, are efecte grave asupra biosferei, afectand viata acvatica de la microorganisme la insecte, pesti si pasari, dar si sanatatea animalelor si plantelor terestre, in plus, poluarea afecteaza posibilitatea oamenilor de a folosi apa. in functie de natura ti intensitatea poluarii poate fi diminuata sau anulata utilizabilitatea aproape in aproape orice scop (fiziologic, igienic, industrial, recreativ etc.).

Cea mai grava implicatie este cea asupra sanatatii diverselor specii de plante si animale care traiesc in ape sau vin direct sau indirect in contact cu acestea. Fiecare specie are necesitatile ei cantitative si calitative si poate fi afectata mai mult sau mai putin grav, mai mult sau mai putin direct, de poluarea apelor, prin mecanisme foarte diferite.

Omul nu face exceptie si de aceea vom prezenta implicatiile directe si indirecte ale poluarii apelor de suprafata asupra sanatatii umane. Ne-am putea astepta ca efectele sa fie putine si minore, stiind ca in principiu omul nu foloseste pentru baut apele de suprafata netratate. Si totusi vom vedea in continuare cat poate fi de afectat. Prin urmare e lesne de imaginat ce implicatii poate avea poluarea apelor asupra altor vietuitoare, care nu beneficiaza ca noi de statii de tratare apei si sunt deci expuse mult mai mult.

Un mare numar de boli pot fi transmise pe cale hidrica prin contact direct (imbaiere, spalare, contact cu apa in cursul diverselor activitati). Dintre bolile infectioase, amintim diversele conjunctivite si afectiuni ORL (oto-rino-laringologice: nas - gat - urechi) ce pot rezulta in urma imersiei in apa contaminata. Leptospiroza, tularemia si schistostomiaza se transmit prin contact direct cu apa infestata. Multi poluanti din ape pot cauza afectiuni dermatologice, prin mecanism alergic, chiar chimic. Toxici liposolubili prezenti in apa (cum sunt derivatii halogenati) se pot absorbi prin piele. Alte elemente pot patrunde indirect, prin degajarea din apa si inhalarea lor, cum este radonul, in special in cazul pulverizarii apei la dus sau in instalatii de conditionare a aerului.

Poluarea apei de suprafata poate sta si la baza imbolnavirilor prin ingestie, deoarece se realizeaza procesul de prelucrare in scopul potabilizarii, dar acesta nu poate inlatura decat partial multi poluanti chimici dar si parazitologici si virusologiei. Astfel, OMS considera prezenta virusurilor enterice in apa de suprafata ca risc pentru sanatatea populatiei, in unele cazuri, apele de suprafata sunt utilizate direct, in scop potabil, implicatiile asupra sanatatii fiind identice cu cele ale apei potabile.

Efectele posibile ale poluarii apei asupra sanatatii omului sunt prezentate mai pe larg in fasciculul 'Apa potabila', deoarece poluarea ei e cea mai directa amenintare pentru specia noastra.

4 Autoepurarea apelor de suprafata

Pana la un punct, apele au capacitate de purificare naturala, denumita impropriu autoepurare sau autopurificare, si definita prin Dcapacitatea pe care o are apa naturala de a neutraliza impuritatile ajunse in ea si de a restabili echilibrul ecologic existent anterior impurificariiD. Autopurificarea se realizeaza prin:

>     procese fizice: diluare, amestec, difuzie, sedimentare, coagulare, dizolvarea de
oxigen, degajare de gaze in aer, influentate si de radiatia solara IR si UV,
temperatura apei;

>     procese chimice: neutralizare, oxidare, reducere, floculatie, precipitare, adsorbtie,
absorbtie, descompunere fotochimica;

>     procese biologice: prin biocenoza proprie ce concureaza elementele straine, fie
direct, prin actiune litica (bacteriofagi), filtrare (scoicile), consum (de catre
protozoare) sau secretia de substante toxice pentru DintrusiD (actinomicetele);

>     procese biochimice - in cadrul ciclurilor azotului, sulfului si carbonului, pe baza
activitatii microorganismelor specifice (bacterii, fungi). Acestea sunt mult
influentate de diversi factori, cum sunt pH, insorirea, saturatia in oxigen,
temperatura. Aceasta din urma actioneaza conform legii lui VantU Hoff:
descompunerile se dubleaza la cresterea cu 10°C.

Autoepurarea este influentata negativ de curgere lenta si neturbulenta, de temperaturi prea joase sau prea inalte ale apei, de concentratii prea mari de toxice, de spume sau substante ce formeaza pelicule la suprafata apei etc.

Esentiala este oxigenarea apei, care se face exogen (dizolvarea oxigenului atmosferic: cele linistite preluand 1,4 mg oxigen / zi / m², cele ce curg f. turbulent insa chiar 50 mg!) si respectiv endogen (prin fotosinteza: Un m³ de alge poate da ziua la temperatura optima 23 grame de oxigen zilnic! Acesta este factorul limitant care la eutrofizarea apei poate duce la catastrofa prin cresterea exagerata a consumului de oxigen peste nivelul aportului posibil endogen sau exogen.