Chimia mediului.

Factori de mediu Apa

Definiţia mediului si a ecologiei

• în dicţionarul enciclopedic romin; “totalitatea factorilor exteriori organismului uman, ca atmosfera,, relieful, şi celelalte fiinţe vii”.

• in “Larousse” mediu este “ansamblu de elemente naturale şi artificiale unde se desfăşoară viaţa”

• Nu trebuie confundate ştiinţele despre mediu cu ecologia, parte a biologiei, al cărei obiect a fost defint de Haeckel.

• Ernst Haeckel (1866) a introdus noţiunea din cuvintele greceşti oikos (casă)si logos ( ştiinţă)

• In traducere libera ecologia este ştiinţa spaţiului de locuit, “interdependenţa mediului cu fiinţele vii”.

Ecologia

• Noţiunea de ecologie este mult mai restrânsă, faţă de modul în care este mediatizata astazi .

• Ecologia defineşte etapele de evoluţie a biosferei având în centru, drept factor determinant activitatea umană de administrare a biosferei.

• Se pot delimita 2 tipuri de ecologie:• o ecologie fundamentală (sintetizează principii şi

legi)• o parte aplicativă (cu caracter practic de protecţia

mediului,) prin monitorizarea factorilor de mediu.

Ecologizarea ştiinţelor• În prezent se poate vorbi despre o ecologizare a

ştiinţelor, în contextul dezvoltarii durabile, care îmbină nevoile de progres cu:

• exploatarea raţională a resurselor; • protejarea ecosistemelor naturale;• conservarea biodiversităţii.

• Mediul în general şi ecosistemele în special sunt afectate de activitatea umană.

• Activitatea antropica se orienteaza în principal pe direcţii ca: domeniul energetic, domeniul alimentar, domeniul habitatului şi cel spiritual.

Factori ecologici, factorii de mediu

• componentele =factori ecologici in masura in care influenteaza organismele vii.

• se pot clasifica dupa felul in care are loc actiunea in :• -directi (cum este cazul raportului elementelor C si N• -indirecti (cum este de exemplu latitudinea)• -endogeni (cand intervin din interior)• -exogeni (cand intervin din exterior ex.vantul, precipitatiile).• Dupa tipul componentelor implicate : vii( biotici ) sau lipsite

de viata, (abiotici). Factorii abiotici sunt deci cei geografici, geologici, fizici si chimici. In ceea ce priveste modul in care actioneaza factorii ecologici, ei pot prezenta constanta, periodicitate sau neregularitate.

• Factorii geologici caracterizeaza natura geologica a substratului (roci, sol). Factorii geografici indica pozitia pe glob a sistemelor specificand latitudinea, longitudinea su altitudinea. In randul factorilor fizici intra radiatiile (de diferite lungimi de unda) temperatura si factorii mecanici de tip maree, vant, curenti de aer si apa.

Clasificare

• Factorii chimici definesc compozitia chimica a aerului, apei, solului, cu accent pe continutul de oxigen si a altor componenti necesari intretinerii vietii.

• clasificare din punct de vedere al realizarii efectului in : factori favorabili si limitativi.

• Factorii favorabili sunt cei ce mentin performantele unei unitati vitale . Categoria a doua se manifesta asa cum ii spune si numele ca o conditie limita de existenta. Un exemplu il constituie concentratia metalelor in apa care este limitativa pentru vegetatie.

• Relatia cauza efect in domeniul manifestarii acestor factori, este deosebit de complexa la aceeasi cauza existand posibilitatea unui raspuns unic, a unui raspuns compus si a unui raspuns contradictoriu. Este de subliniat ca indiferent de tipul raspunsului, el nu este obligatoriu constant in timp ci poate prezenta variabilitate.

Apa

• factorul de mediu cel mai afectat de poluare, iar poluarea apelor este cauza a 25% din cazurile de spitalizare inregistrate anual. Viata nu pote exista fara apa si o problema importanta este calitatea acestei ape.

• Apa in natura exista sub forma de ape de suprafata (fluvii, rauri, lacuri, mari si oceane) circa 44 miliarde de km2 si ape subterane.

• Importanta apei ca factor de mediu este legata de multiple aplicatii, care necesita fiecare o anumita calitate a apei. Astfel apa ca factor de nutritie folosita in prepararea hranei oamenilor, deci apa potabila va trebui sa indeplineasca anumite conditii de calitate fizice, chimice si bacteriologice: (STAS 1342-91) intitulat ”Ape potabile categorii si conditii tehnice de calitate” si STAS 450-76 “Ape minerale conditii tehnice generale de calitate”.

•

Apa

• Apa este si factor de igiena, factor energetic, factor de transport, materie prima indispensabila activitatilor tehnologice, precum si sursa de agrement.

• Conform STAS 4706-88 (categorii de indicatori:-indici organo-leptici bazati pe gust si miros, indici fizico-chimici, indici biologici, indici bacteriologici, indici radioactivi, indici toxici, indici indezirabili si indici de coroziune) pentru ape de suprafata sunt stabilite trei categorii:

• -categoria intai in care intra apa potabila, industrie alimentara, etc.• -categoria a doua cuprinde apele ce pot fi folosite la dezvoltarea

pisciculturii, (cu exceptia salmonidelor care necesita categoria I), agrementului, urbanismului, industriei.

• -categoria treia

Surse de poluarea apelor si principalii poluanti

• Sursele principale de poluare a apelor de suprafata si subterane sunt:

• -ape uzate orasenesti (provenite din gospodarii si mica industrie, campinguri, zone de agrement)

• -ape uzate industriale (provenite din procesele tehnologice industriale si mentinand caracteristici ale substantelor utilizate in procesul respectiv. Astfel in bazinul hidrografic Jiu unde se exploateaza carbunele, se gasesc ape uzate cu continut ridicat de suspensii provenite din steril)

• -ape uzate de la crescatorii de animale si pasari (contin substante organice si suspensii)

• -ape uzate rezultate in urma irigarii (sunt poluate cu diferiti fertilizatori organici)

Poluarea apelor

• -apele poluate provenite de la navele maritime sau fluviale (provenite din activitatea personalului si din pierderi de combustibil sau substante transportate)

• -ape uzate radioactive (provenite din activitati antropogene legate de exploatarea minereurilor radioactive, a reactoarelor si a izotopilor radioactivi)

• -ape uzate cu temperaturi ridicate (de exemplu apa calda de la centralele termoelectrice)

• -ape uzate din scurgeri si descarcari necontrolate, care pot fi antrenate de precipitatii.

• -eutrofizarea este rezultatul introducerii in apa a unor cantitati suplimentare de fosfor si azot si care in ape statatoare sau cu viteza mica de curgere conduc la inmultirea algelor.

Poluantii specifici apelor

• Substantele organice reprezinta pentru apa poluantul principal. Ele pot fi : naturale (titei, tanini, lignina, hidrati de carbon, biotoxine marine) si artificiale proveniti din prelucrarea diferitelor substante.

• Petrolul care este principalul poluant organic natural, si produsele petroliere care sunt poluanti artificiali, se gasesc frecvent in emisari.

• Titeiul nu este miscibil cu apa si fiind mai usor(densitate<1) se ridica la suprafata si se deplaseaza. Compusii sai volatili se evapora,(pierde prin evaporare pana la 30%din greutate ) iar titeiul ramas la suprafata, se oxideaza schimbandu-si compozitia.

• In ceea ce priveste compozitia, titeiul este un amestec de hidrocarburi solide (saturate ciclice si neciclice si hidrocarburi aromatice) lichide si gazoase alaturi de care in functie de calitatea titeiului se mai gasesc cicluri cu sulf, azot si oxigen. Compozitia sa elementara: 85%C, 12%H, 3% S,O,N.

Petrolul ca poluant al apelor• Apele cu filme de petrol impiedica respiratia si blocheaza

asimilatia. Hidrocarburile din titei au actiune bacteriostatica. In apele cu titei poate creste si continutul de saruri (peste 400mg cloruri /L apa nu mai este buna la irigatii)

• La dilutii 1: 1000000 (H2O potabila : H2O cu titei), apa nu mai este buna de baut, nu mai pote fi folosita nici la racire in centrale termoelectrice (condensatoare si lagare) si inrautateste straturile filtrante din instalatiile de filtrare.

• prelucrarea petrolului duce la o gama larga de poluanti

Poluantii proveniti din prelucrarea produselor petroliere

• benzine, solventi, hidrocarburi, compusi aromatici, derivati halogenati si vopsele. Dintre acestia remarcam:

• Acizii naftenici- toxici ai sistemului nervos, iritanti pentru tegumente. Sunt substante degradabile biologic

• Fenolii- toxici pentru sistemul nervos, pot fi degradati de bacterii, dar si in aceasta situatie imprima apei gust si miros neplacut (admis sub 0,001mg/l)

• Alchil aril-sulfonatii pot produce spumare si reduc in acest fel capacitatea de autoepurare a apelor. In cantitate de 0,3-0,4mg/l conduc la spume stabile care inhiba procesele respiratorii cai penetreaza membranele celulare. Se intalnesc in detergenti.

Poluantii proveniti din prelucrarea produselor petroliere

• Detergentii in general au actiune de spumare si din aceasta cauza se prefera cei biodegradabili si cu spumare redusa.

• Pesticidele se impart dupa periculozitate. Conform DL 50 (doza unica de substanta activa exprimata in mg/kg corp care administrata oral la sobolanul alb dupa post de 24ore provoaca moartea a 50% in 14 zile) se cunosc patru grupe de toxicitate: grupa I extrem de toxica, grupa II puternic toxica, grupa III moderat toxice, grupa IV de toxicitate redusa.

• Solventii organici, dintre care, remarcam solventii clorurati folositi in procese de curatire (de ex. la degresarea metalelor) care sunt deosebit de periculosi.

• Vopselele, cernelele, colorantii contin frecvent bifenoli policlorurati

Poluanti substante anorganice• :

• Metalele grele sunt cele mai nocive. Pb provoaca saturnism cu efecte negative in special pentru organismele tinere. Este admis in cantitati sub 0,05p.p.m.

• Cu conduce la febra cuproasa. La inhalare ataca caile respiratorii, iar intoxicatiile cronice conduc la modificarea formulei sanguine si a probelor hepatice. Este admis maxim 0,01p.p.m. In zonele cu ateliere de galvanizare apa freatica prezinta in concentratii crescute.

• Cr este toxic in forma de Cr+6 trebuie trecut in Cr+3, forma mai putin periculoasa.

• Ag toxic pentru microorganisme peste 0,05 p.p.m conduce la efecte nedorite.

• Fe nu este toxic, dar favorizeaza culturi bacteriene. Este admis sub 0,3p.p.m.

• Hg- toxic periculos pentru sistemul nervos.

Poluanti anorganici • H2S- si sulfurile consuma O2• NH3- la 1 p.p.m. scade capacitatea sangelui de a lega

O2.• Substante cu aciditate distrug la pH =4,5 pestii.• si cele cu alcalinitate ridicata, provoaca numeroase

prejudicii diferitelor folosinte ale apei.De ex.NaOH folosit in tabacarii,textile, cauciuc mareste alcalinitatea in mod frecvent peste limita admisa.

• Culoarea apei poate bloca absorbtia O 2 din apa,impiedecand astfel procesul de fotosinteza si pe cel de autoepurare.Cantitatea de oxigen dizolvata in apa, depinde de T apei, presiunea aerului, continutul de substante oxidabile si de numarul de microorganisme.Odata cu marireaT, [O2 ] scade.

Duritatea apei

• Apa naturala folosita in industrie, contine saruri provenite din rocile cu care apa vine in contact; sarurile fiind disociate electrolitic, apa industriala contine ioni de calciu, magneziu, sodiu, potasiu, fier si anioni de clor ,carbonat,sulfat.Prezenta unora dintre acestia este un neajuns,care poate conduce in anumite conditii de presiune si temperatura la compusi greu solubili,care formeaza cruste.(piatra)In practica, prezinta importanta duritatea conferita apei de ioni Ca+2si Mg+2.

• Duritatea poate fi temporara (Dtemp) si permanenta (Dper), suma lor reprezentand duritatea totala.

Duritatea apelor

• Duritatea temporara este data de carbonatii acizi de calciu si magneziu din apa si aceasta duritate dispare la fierbere, deoarece carbonatii acizi se descompun in carbonati greu solubili. Duritatea permanenta este data de sulfatii CaSO4 ,MgSO4 ,si clorurile, CaCl2, MgCl2

stabile.• Duritatea se exprima in grade de duritate. Romania

foloseste gradul de duritate german, care reprezinta un continut de saruri de calciu si magneziu echivalent cu 10 mg. CaO la 1000 ml.de apa Apele cu duritate mica au 9,cele cu duritate medie au duritatea cuprinsa intre 16 si 25 ,iar cele cu duritatea peste 25, sunt de duritate mare

Tratarea apelor

• Procedeele clasice de tratarea apelor se bazeaza in primul rand pe reducerea turbiditatii prin procedee de limpezire.

• Turbiditatea apei este provocata de suspensiile existente, care pot fi indepartate prin decantare si filtrare. Acestea sunt metode generale de separare a fazelor, in conditiile in care faza dispersata in apa este solida sau lichida.

• Decantarea se realizeza prin imprimarea unei imobilizari relative a mediului de dispersie, si a unei deplasari sub actiunea campului gravitational a particolelor in suspensie. Decantarea se poate realiza si cu coagulanti (cum ar fi Al2(SO4)3 si FeSO4 in concentratie de 10-2g/l), care determina aglomerarea particulelor fazei disperse si sedimentarea lor. Temperatura constituie de asemenea un factor de activare a procesului.

• Filtrarea ea consta in retinerea fazelor disperse pe o incarcatura filtranta care este traversata de sistemul dispers. Materialul filtrant care este poros lasa sa treaca filtrantul(apa); un astfel de material este nisipul.

• Demineralizare = indepartarea ionilor sarurilor din ape • Aceasta se pote realiza pe cale fizica (A), chimica (B) si fizico-chimica (C)

Demineralizare si dedurizare

• A 1-incalzirea apei sub presiune pana la temperatura de fierbere cand dispare duritatea temporara;

• 2-evaporarea utilizata pentru indepartarea ionului de Cl-• 3- congelarea• 4- distilarea

• 1- metode de dedurizare- Dedurizarea cu lapte de var Ca(OH)2; pentru indepartarea duritatii temporare.

• dedurizarea cu soda calcinata Na2CO3 pentru inlaturarea duritatii permanente.

• dedurizarea cu soda caustica pentru indepartarea duritatii:

• temporare • permanente • dedurizarea cu fosfat trisodic

OH2COCa2OHCaHCOCa 223223 )()()(

342324 CaCOSONaCONaCaSO

OH2CONaCaCONaOH2HCOCa 232323 )(

2424 OHCaSONaNaOH2CaSO )(

42243434

32434323

SONa3POCaPONa2CaSO3

NaHCO6POCaPONa2HCOCa3

)(

)()(

Metode fizice • a)–electroliza• b)-electrodializa• c)-metode cu schimbatori de ioni anorganici si schimbatori

organici• Electroliza si electrodializa sunt metode folosite pentru

cantitati mici de apa.

• Metoda cu schimbatori de ioni este foarte accesibila si se bazeaza pe capacitatea de inlocuire a unor ioni din constructia schimbatorilor cu ioni din mediu de lucru. Dupa semnul ionilor pe care ii pot inlocui schimbatorii pot fi cationiti (RH), cand extrag ioni pozitivi si anioniti (ROH) cand extrag ioni negativi. Reactiile de schimb ionic pot fi reprezentate prin urmatoarele ecuatii chimice:

• 2RH + Ca+2 R2Ca +2H+

• si ROH +Cl- RCl + OH-