Universitatea de Stiinte Agricole si Medicina Veterinara Ion Ionescu de la BradIasiPoluarea solului cu metale grele

Popa Alexandru Master E.E.F.F.

CuprinsGeneralitati1.1Generalitati privind metalele grele din solCap I Metalele grele si impactul lor asupra degradarii solurilor. Distributia in Romania a metalelor grele1.1 Plumbul1.2 Cadmiu1.3 SeleniuCap II Limite admisibile si praguri de alerta pt metale grele1.1 Plumbul1.2 Cadmiu1.3 SeleniuCap III Modalitati de ameliorare a solurilor degradate cu metale grele1.1 Plumbul1.2 Cadmiu1.3 SeleniuConcluziiBibliografie

GeneralitatiSolul este un mediu complex i dinamic, caracterizat de o faun i flor specifice,de un ansamblu de elemente minerale i organice i de o circulaie proprie a aerului i apei, care mpreun cu climatul local determin calitatea solului.Solul este un mediu viu i dinamic, esenial existenei i perpeturii vieii, este o pelicul fin la suprafaa uscatului, limitat ca ntindere. Politicile de amenajare a teritoriului trebuie s se bazeze pe proprietile i fertilitatea solului ct i pe serviciile social-economice pe care solul le poate oferi n prezent sau n viitor.Conceptul de calitate a solului este expresia aciunii integrate a factorilor care favorizeaz creterea plantelor.Indicatorii calitii solurilor se mpart n:- indicatori fizici: densitatea, higroscopicitatea, granulometria;- indicatori chimici: pH-ul, coninutul n materii organice, capacitatea de schimb cationic, coninutul de elemente nutritive (P,N,K), coninuturile de metale alcaline i alcalino-pmntoase, metale grele, fier;- indicatori biologici: microorganismele i nevertebratele din sol, diversitatea speciilor, numrul i funciile lor, biodiversitatea, vigoarea plantelor, recoltele (boabe,fructe, biomasa, e.t.c.).Indicatorii de calitate a solurilor trebuie s fie msurabili i cuantificabili, s semnaleze la timp deteriorarea calitii solului, s poat fi folosii la monitoringul calitii solului i la predicia efectelor asupra sistemelor agricole prin aplicarea de relaii sau modele matematice adecvate.Metale grele au asupra vegetaiei i sntii animalelor i oamenilor implicaii deosebit de importante.Solul se comport ca un depozitar al metalelor grele emise n mediu, comportament favorizat i de capacitatea acestora de a se acumula n timp . Diferii factori pot aciona asupra acestor depozite mobilizndu-le, fiind preluate sub form de particule n aer i ap, sau fiind absorbite de ctre plante. Metalele grele au un efect potenial toxic asupra tuturor organismelor vii, fiecare dintre ele fiind periculoase n afara unui anumit domeniu de valori. Astfel, plantele pot acumula metalele grele direct din sol. Animalele, n special erbivorele, le preiau din plantele cu care se hrnesc sau direct din pmntul pe care l ingereaz cnd pasc. Oamenii sunt expui aciunii metalelor grele att prin alimentaie, ct i ocupaional. Capacitatea de acumulare se manifest i n cazul absorbiei de ctre organismele vii, unde, metalele grele se vor acumula n diferite pri ale corpului, disturbnd buna funcionare a acestuia la nivel enzimatic i celular i mbolnvindu-l.Mercurul prezint o mare afinitate fa de sulful din moleculele proteice, afectnd activitatea enzimatic i a mitocondriilor, permeabilitatea membranelor, provoac aberaii cromozomiale, afecteaz celulele nervoase. Produce afeciuni grave:orbire, deteriorarea coordonrii nervoase, anomalii psihice, moarte.Plumbul inhib dehidrogenarea acidului aminolevanilic din eritrocite, provocnd anemie. Intoxicaiile cronice duc la tulburri ale sistemului nervos (saturnism). Unele plante i animale concentreaz Pb n organismul lor (arbori, stuf, scoici).Zincul este un microelement indispensabil tuturor organismelor, dar n unele mprejurri poate deveni toxic (se manifest prin oprirea creterii).Cadmiul este un toxic puternic, iar efectele variaz de la o specie la alta; au loc scderea longivitii, omorrea spermatozoizilor, scderea numrului indivizi-lor reproductori.Cuprul intr m compoziia unor enzime i a hemocianinei; carena lui poate duce la anemie. Cuprul folosit n pesticide este foarte toxic.Aprecierea gradului de poluare a solului cu metale grele se poate realiza prin mai multe metode: - stabilirea unei limite maxime admisibile (LMA); exist n acest caz dou nivele de referin - primul avertizeaz asupra periculozitii transferului lor din sol n altecomponente din mediu, iar al doilea impune msuri de reconstrucie ecologic;- exprimarea cantitativ a metalelor din sol prin indici de abunden.

Folosirea noiunii de "abunden" pentru a desemna cantitatea de metale grele din sol, n locul termenelor "coninut" sau "concentraie" este justificat de cuantificarea acestora n raport cu cota de participare a elementelor chimice la alctuirea global sau secvenial a solului. Noiunea de "abunden" definete deci genetic cantitatea sau frecvena relativ a unui element chimic ntr-o componen omogen a mediului nconjurtor.Coninutul mediu al unui element chimic n litosfer poart denumirea de CLARK (Cl). Abundena natural este, de regul, n acord cu abundena primar din roci i cu necesarul cerut de procesele geochimice i biogeochimice n care sunt implicate elementele. n unele zone, exist abateri de la distribuia uniform a elementelor din scoara terestr, n special al metalelor, concretizate prin anomalii geochimice majore, numite zcminte de minereuri. La nivelul solului, apar n aceste zone fie boli la animale i oameni, fie adaptri ale plantelor; acestea sunt "plante indicatoare" pentru astfel de zone.

Cap I Metalele grele si impactul lor asupra degradarii solurilor. Distributia in Romania a metalelor grele.

Metalele grele sunt componentele naturii nconjuratoare, care apar cu o concentratie semnificativ si n conditii naturale. n secolul XX, ncrcarea metalifer a aerului, apelor, solurilor si n consecinta, a plantelor si organismului uman a devenit o preocupare urgent a polurii naturii. Astfel, a crescut semnificativ efectul de stres al metalelor grele ce nu se dezintegreaza si se acumuleaz n organismul viu, si importanta ecologic a acestuia.n cele ce urmeaz, vom schita caracterizarea succinta a actiunii metalelor grele examinate.Plumbul din sol apare legat de materiile organice si coloide. Se leag aproapeinseparabil pe suprafetele de schimbare. Acest fapt explic de ce se concentreazmarea parte a metalului greu pe partea superioar de 5-15 cm a solului poluat cuplumb, iar cobornd in profilul de sol, concentratia acestuia scade brusc. n scoartaterestr, concentratia medie a plumbului este de 16 ppm. Cresterea concentraieiplumbului poate fi cauzat de acumularea reziduurilor de combustie din combustibilul vehiculelor de transport, plasarea aluviunilor din apa menajer i gunoi, respective utilizarea pesticidelor (arseniatului de plumb) n grdini si livezi. Cresterea nivelului pHului solului poate determina scderea absorbtiei plumbului. Plantele sunt capabile s acumuleze plumb n cantitti semnificative - 300 - 400 ppm - n conditii de poluare si fr simptome vizibile de contaminare. n cazul plantelor, rdcinile sunt mai ncrcate de regul la tulpin, iar urcnd pe aceasta, scade coninutul de plumb. Consecina principal a toxicittii plumbului este scderea capacittii de fotosintez a plantelor. n acelasi timp, acumulndu-se pe frunzele plantelor si la suprafata solului, plumbul poate fi deosebit de periculos si pentru oameni. Fiind metalul greu cu cea mai mare toxicitate, concentratia ridicat a plumbului afecteaz n mod deosebit functiile neurovegetative, previne productia sngelui, si poate cauza emfizem cronic.

Concentraiile de plumb n sol au avut valori sub 50 ppm (13.9%) valori situate n intervalul 50-150 ppm(25. 8%), valori situate n intervalul 150-500 ppm (33.5%), valori situate n intervalul 500-1000 ppm (18%),respectiv valori peste 1000 ppm (8.8%).Distribuia procentual a concentraiilor de plumb n solCategorii de concentratiiNumar de probe Procent

1000178.8%

Valorile medii i deviaiile standard pentru concentraiile de plumb n sol au fost urmtoarele:304.9229.2 la 5 cm, respectiv 295275.6 la 30 cm -pentru solul destinat utilizrii agricole, 422.4538.9 la 5cm, respectiv 323.9379.7 la 30 cm - pentru solul destinat utilizrii pentru punat, 1635.52037.4 la 5 cm, respectiv 111.384.1 la 30 cm - pentru solul pdurilor,997.51133.3 la 5 cm, respectiv 3713.48808.2 la 30 cm- pentru solul rezidenial.Media i deviaia standard ale concentraiilor de plumb n solul cu diverse utilizri i numrul de probe recoltate de la nivelul diferitelor locaii

AdancimeTeren cu utilizare agricolaFanetePadureTeren rezidential

5304.9422.21635.5997.5

229.2538.92037.41133.3

30295323.9111.33713.4

275.6379.784.18808.2

Valorile superioare admise ale metalelor grele exprimate n ppm conform standardelor canadiene si olandeze

Metal greuStandard CanadianStandard Olandez

CuZnCdPbArat

1506003375Zona locuita1005005500Zona industriala1506003375Arat

361400.885Zona locuita1005005150

Zona industriala500300020600

Concentratia medie a cadmiului n sol este de 0,11 ppm, iar a solului nencrcat este de 0,1-1 ppm. Mare parte a cadmiului ajuns n atmosfer este consecinta activittii umane, iar n msur mai mic, si actiunea vulcanic poate genera emisie de cadmiu. Sursa cadmiului ajuns n atmosfer este prelucrarea metalelor neferoase, arderea deseurilor, productia ngrsmintelor chimice de fosfat si negestionarea apei menajere si aluviunilor menajere. Cadmiul este legat ireversibil de ctre oxidele ferice si de mangan din sol, respectiv de ctre mineralele argiloase, astfel influennd mobilitatea cadmiului. n acelasi timp, cadmiul se afl n legtur chimic strns cu zincul, deoarece n sol proportia Zn/Cd este constant. Admisibilitatea de ctre plante poate fi influentat de concentratia cadmiului n sol, conditiile pH-ului, temperatura, cantitatea de materii organice, respectiv prezenta altor metale.Seleniul ca i molibdenul are o molititate ridicat la p4-uri mari. $n soluri n mod normal apare ntr-o concentraie de 0.01-5 ppm iar limita de toleran este de 5 ppm.

Cap II Limite admisibile si praguri de alerta pt metale grele

n Romnia, conform Ordinului nr.756/1997 emis de Ministerul Apelor, Pdurilor i Proteciei Mediului, limita maxim admis pentru coninutul total de Cd din sol este de 1 mgkg.Pragul de alert pentru terenurile sensibile este de 3mgkg iar pentru terenurile mai puin sensibile de 5 mgkg. n ce privete pragul de intervenie,acesta este de 5 mgkg pentru terenurile sensibile i 10 mgkg pentru terenurile mai puin sensibile.Rezultatele au fost obinute n urma determinrilor concentraiilor de plumb din probele de sol n laboratorul Ageniei de Protecie a Mediului Baia Mare, unde n urma analizei calitii solului pe parcursul anilor 2004 2008 s-au determinat valori ridicate raportat la concentraiile maxime admise.(CMA=20 mg/kg).Concentraia de plumb este limitat prin Directiva Comunitii Europene asupra Calitii Apelor Potabile 80/778/EEC, concentraia maxim admis (CMA) fiind de 50 g Pb/l n ape curgtoare i n apele potabile care trec prin conducte din plumb. n toamna anului 1989, n Canada s-a stabilit concentraia maxim admis de 100 g Pb/l pentru apa potabil. Probele de ap potabil din conducte se preleveaz dup ce acestea au fost cltite, iar dac se constat depiri ale concentraiei limit admis trebuie luate msuri n scopul reducerii expunerii.O concentraie de 20 mg sare de plumb / l inhib nitrificarea n nmol, iar o concentraie de 0,5 mg Pb/l este toxic pentru nitrosomonas. n schimb, azobacter expus la concentraii mari de plumb prezint o activitate de ureaz inhibat, intervalul de inhibare fiind 30 500 ppm.Pentru a studia absorbia pe sedimente a plumbului s-a efectuat un experiment n care probe din sedimente marine s-au utilizat ca sisteme model pentru a examina degradarea nmolului i a apei uzate n mediu marin la interfaa sediment ap. Plumbul adiionat n nmol a fost imobilizat n sediment, de unde nu a mai fost extras. Absorbia pe sedimente are loc rapid i aproape cantitativ. Plumbul tinde s formeze sruri complexe insolubile cu diveri anioni, anorganici, fiind astfel fixat bine de sol. Astfel, disponibilitatea plumbului pentru plantele terestre este redus drastic, iar efectele asupra acestora sunt observate la concentraii foarte mari n mediu (la 100 1000 mg Pb/kg sol).

Cap III Modalitati de ameliorare a solurilor degradate cu metale grele

Poluarea solului cu metale grele este o ameninare major pentru mediu i sntatea uman. Activitile miniere i metalurgice, deosebit de intense din ultimele decenii, au dus la generarea unor cantiti imense de deeuri miniere. Gestionarea lor necorespunztoare n trecut a avut ca effect acumularea metalelor grele n mediulnconjurtor contribuind la contaminarea substraturilor de sol, distrugerea texturiiacestuia, a peisajelor ecologice, poluarea apelor subterane i scderea diversitiibiologice .Conform estimrilor recente, contaminarea solului ce necesit depoluare se extinde pe aproximativ 250.000 de situri din rile membre ale Ageniei Europene de Mediu.Dup datele preliminare datorit polurii prin exploatri miniere, la nivel de ar, sunt afectate 24.432 ha, dintre care 23.640 ha sunt excesiv afectate. Soluionarea problemei polurii solului contaminat cu metale grele, se face n condiii optime prin biolixiviere, ce presupune utilizarea microorganismelor ce se gsesc n apele de min. Cadmiul, cromul, cuprul, mercurul, plumbul, nichelul i zincul sunt metalele ce reprezint un efect de ngrijorare, deoarece spre deosebire de cei mai muli dintre poluanii organici, acestea nu sunt mineralizate de ctre microorganisme, ci doar oxidate sau reduse i nu pot fi degradate chimic sau biologic, fiind indestructibile.Biolixivierea, recunoscut i sub denumirea de bio-solubilizare sau biooxidare,a ctigat o atenie sporit, fiind inovatoare, ecologic i economic. Proceselebiolixiviante se bazeaz pe capacitatea microorganismelor de a transforma compuiisolizi n elemente solubile i extractibile care pot fi recuperate. n procesul de biolixiviere aerob, microorganismele sau bacteriile folosite oxideaz n mod direct sau indirect compuii anorganici. Oxidarea i activitatea de producere a acidului de ctre bacteriile sulfo-oxidante sunt eseniale.Aceste procedee se fac cu ajutorulmicroorganismelor chemolitoautotrofe ce aparin unor grupuri cunoscute sub numele de extremofile, deoarece triesc n condiii extrem de acide (pH 1-3.0) i n prezenaconcentraiilor foarte mari de metale grele toxice.Producerea de acid sulfuric menine aciditatea soluiei la un pH favorabil, iconduce la dezvoltarea bacteriilor ferooxidante i sulfo-oxidante i la solubilizareametalelor. Aceste bacterii sunt capabile de a oxida formele reduse ale sulfului (sulfura,sulfitul, thiosulfatul).Procedeul general de lixiviere implic ciclul feros-feric, fiind o reacie important realizat prin intermediul bacterieiAcidothiobacillus ferrooxidans.

Pentru biolixiviere au fost utilizate att speciile bacteriene ct i fungice. Speciile bacteriene acidofile au fost folosite n biolixivierea minerelui de aur pentrundeprtarea matricei pirit. Bacteriile aparinnd genului Acidithiobacillus suntautotrofe aerobe i acidofile, ce joac un rol important n biosolubilizarea metalelor din minerale sulfide. Aceste microorganism cedeaz energia necesar oxidrii compuilor de fier i sulf. Fierul feeric i acidul sulfuric produse n sistem produc solubilizarea metalului. Capacitatea bacteriei Acidithiobacillus de a oxida Fe2+ i Sdetermin eficacitatea procesului.

Concluzii

Analiznd principiul biolixivierii anaerobe se concluzioneaz c prin utilizareamicroorganismelor de tipul Acidithiobacillus decontaminarea se face att n mod direct, caz n care microorganismele pot oxida direct ionul de sulf din sulfura de metal, ct i indirect cnd oxidarea sulfurilor metalice se face prin intermediul ionilor ferici generai pe cale microbian.Din analiza comparativ fcut asupra tehnicilor de remediere reiese faptul c aplicabilitatea n condiii optime a procedeelor aerobe i a celor anaerobe are un impact negativ minor asupra mediului i randamente de depoluare mari. n aceste condiii sntatea uman nu este pus n pericol.Din punctul de vedere al aplicabilitii, biolixivierea prin percolare aerob prezint cel mai mare grad de aplicare, fiind folosit chiar i la nivel industrial pentru diferite metale grele.