Chimia Mediului. Apa

7/30/2019 Chimia Mediului. Apa

http://slidepdf.com/reader/full/chimia-mediului-apa 1/176

Conf.univ.dr. chim. Nicolae CHIRILĂ

CHIMIA MEDIULUI. APA

EDITURA UNIVERSITĂŢII "PETRU MAIOR"

TÂRGU - MUREŞ

- 2010 -



Referenţi ştiinţifici:

Prof. univ. dr. ing. Tiberiu RusuŞef lucrări. dr. ing. Simona Avram

Descrierea CIP a Bibliotecii Naţionale a României CHIRILĂ, NICOLAE

Chimia mediului : apa / Nicolae Chirilă. - Târgu Mureş : EdituraUniversităţii "Petru Maior", 2010

Bibliogr. IndexISBN 978-606-581-019-8

504.054:54

Consilier editorial: Dumitru Buda

Tehnoredactare computerizată: Nicolae CHIRILĂ Coperta: Monica Copotoiu

Tiparul executat la sc Apostrof Tipo srl din Târgu - Mureş ISBN 978-606-581-019-8Copyright © Editura Universităţii "Petru Maior" Târgu – Mureş Str. N. Iorga nr.1540088 Târgu – Mureş, ROMÂNIA



3

Prefaţă

Valorificarea intensivă şi raţională a tuturor resurselor de apă existente pe

Terra nu mai este o problemă care să preocupe doar specialiştii în domeniu. Astăzi problema asigurării necesarului de apă pentru nevoile populaţiei Globuluişi mai ales pentru generaţiile viitoare constituie o primă preocupare pentru multedin guvernele lumii.

Utilizarea raţională a resurselor de apă din perspectiva dezvoltării durabilela nivel planetar în general şi la nivel local în particular este şi o datorie a fiecăruilocuitor al planetei.

În vederea protejării resurselor de apă, la nivel european au fost elaboratepeste 70 de reglementări şi directive, la care a aderat şi România.

Dezvoltarea societăţii umane a dus la apariţia unui număr tot mai mare de

tehnologii şi produse chimice necesare menţinerii şi ridicării nivelului de trai,fenomene care la rândul lor au dus la creşterea vulnerabilităţii mediului înconjurător, respectiv a resurselor de apă.

În prezent percepţia mediului şi a relaţiilor pe care le stabilim cu acesta s-au modificat foarte mult. Dimensiunile percepţiei, din punct de vedere cultural,ştiinţific, politic şi economic, sunt mult mai extinse în momentul actual decât,acum 10 sau 20 de ani. Însăşi relaţia omului cu mediul înconjurător este aproapecu totul alta. Mai mult, mentalitatea societăţii şi a dezvoltări industriale trebuie săse schimbe progresiv de la o etapă să zicem “legislativă” în care respectareareglementărilor este esenţială, iar cele mai bune soluţii sunt legate de epurarea

apelor uzate, tratarea deşeurilor sau depoluarea fluxurilor gazoase, către o“etapă durabilă”, în care componentele preventive privind protecţia factorilor demediu trebuie să primeze.

De aceea abordarea aspectelor esenţiale legate de poluarea apei va ofericelor care consultă această carte o privire de ansamblu, integratoare, asupradomeniului. Cartea prezintă o serie de concepte legate de: poluarea cusubstanţe de natură organică, de natură anorganică, cu poluanţi organic ipersistenţi, toxici şi bioacumulabili, precum şi o serie de aspecte ecotoxicologice,dar sunt descrise mai ales principalele metode folosite în scopul eliminăripoluanţilor, pentru obţinerea unor ape cu folosinţe diverse.

Astfel, Capitolul 1 tratează importanţa asigurării resurselor de apă pentrudezvoltările sociale şi industriale. Existenţa lor este un factor favorizant saudimpotrivă limitativ pentru dezvoltări ale civilizaţiei umane. Mai mult acesteresurse au o distribuţie neuniformă pe suprafaţa Terrei şi un caracter limitat subaspectul valorilor medii şi disponibilităţilor anuale. Apa dulce disponibilălocuitorilor Terrei suferă an de an procese de pierdere a calităţilor naturale prinprocese intense de poluare.



4

În partea a doua a capitolului este prezentată răspândirea apei în natură,evidenţiindu-se încă odată importanţa ei în menţinerea vieţii.

Starea naturală şi structura apei în cele trei stări de agregare sunt tratare în Capitolul 2 . Este arătată importanţa legăturilor de hidrogen pentru for mareaagregatelor macromoleculare şi cum este firesc, mai departe sunt prezentate

proprietăţile fizice şi chimice ale apei. Am considerat util a accentua anomaliileacestor proprietăţi, cauza lor, precum şi influenţa extraordinară asupracomportamentului moleculelor de apă. Cred că este suficient să amintesc aicinumai influenţa acestor proprietăţi asupra climei planetei şi asupra vieţiianimalelor şi plantelor acvatice.

Capitolul se încheie cu prezentarea a încă două teme importante şi anumeechilibrul pr otolitic al apei şi circuitul apei în natură.

Capitolul 3 ia în discuţie compoziţia apelor naturale, cu accent asupraprovenienţei acestor ioni. Mai departe sunt trataţi pe larg indicatorii fizico -chimicişi biologici utilizaţi în caracterizarea apelor.

Având în vedere că prezenta carte se adresează în mod special studenţilor de la specializările de mediu în Capitolul 4 am încercat o sistematizare îndefinirea, clasificarea şi tratarea principalilor poluanţi ai apelor.

În partea finală a capitolului sunt prezentate consecinţele poluării asupramediului, asupra sănătăţii oamenilor şi asupra calităţii apelor.

Capitolul 5 urmăreşte toate etapele epurării apelor uzate, fără a se opriasupra proiectării şi construcţiei acestora. Sunt descrise pe larg caracteristicileapelor uzate menajere, apelor uzate industriale precum şi consideraţii asupramodului de epurare a acestor categorii de ape.

Analiza apelor uzate, metodele de prelevare a probelor, conservarea

eşantioanelor în vederea efectuării analizelor precum şi descrierea amănunţită aproceselor fizice, chimice şi biologice care intervin în procesele de tratare aapelor fac obiectul Capitolului 6 al prezentei lucrări.

Utilitatea apariţiei acestui volum constă în faptul că se simte nevoiasistematizării şi adaptării cunoştinţelor ştiinţifice la cerinţe specifice cum esteaceasta a menţinerii calităţii tuturor categoriilor de ape.

Mulţumesc referenţilor ştiinţifici pentru bunăvoinţa de a citi acest material şipentru observaţiile formulate.

Mulţumesc anticipat tuturor celor care folosesc această lucrare şi care vor dori să facă observaţii constructive şi vor manifesta înţelegere pentru eventualeleinexactităţi sau scăpări întâlnite.

Autorul



5

CUPRINS

Prefaţă .........................................................................................................3Cuprins .........................................................................................................5

Capitolul 1. Noţiuni introductive ...........................................................................9

1.1. Introducere ...........................................................................................91.2. Răspândire în natură ......................................................................... 12

Capitolul 2. Stare naturală, structură, proprietăţi ............................................. 152.1. Stare naturală .................................................................................... 152.2. Structura moleculei de apă ................................................................ 162.3. Structura apei în apropierea unui ion; straturile de solvatare ........... 192.4. Structura apei în apropierea electrodului, modelul lui Helmholtz ..... 202.5. Proprietăţile fizice ale apei ................................................................ 212.6. Proprietăţile chimice ale apei ............................................................ 302.7. Echilibrul proteolitic al apei. pH-ul apei ............................................. 31

2.8. Circuitul apei în natură ...................................................................... 33Capitolul 3. Compoziţia apelor naturale .......................................................... 35

3.1. Factorii care influenţează compoziţia chimică a apelor naturale ....... 353.2. Compoziţia chimică a apelor naturale ............................................... 39

3.2.1. Ionii de hidrogen şi ionii multor săruri,suspensii minerale şi organice ....................................................... 403.2.2. Gaze dizolvate ...................................................................... 503.2.3. Substanţele organice ............................................................. 523.2.4. Metale .................................................................................... 53

3.3. Interacţiunea atmosferă-apă-sol ........................................................ 53

3.4. Indicatori fizico-chimici-biologici utilizaţi în caracterizarea apelor ...... 553.4.1. Indicatori organoleptici ......................................................... 553.4.2. Indicatori fizici ....................................................................... 583.4.3. Indicatori chimici ................................................................... 613.4.4. Indicatorii biogeni - nutrienţii.................................................. 683.4.5. Indicatori ai salinităţii apelor .................................................. 74

Capitolul 4. Poluanţii apelor şi surse de poluare ........................................... 814.1. Noţiuni introductive despre poluarea apelor ....................................... 814.2. Principalele substanţe poluante şi efectele acestora ........................ 834.3. Principalele surse de poluare ............................................................ 85

4.3.1.Surse de poluare naturale ..................................................... 864.3.2. Surse de poluare artificială ................................................... 874.3.2.1. Ape uzate ................................................................. 874.3.2.2. Depozite de deşeuri sau reziduuri solide ................ 88

4.4. Poluanţii apelor ................................................................................... 894.4.1. După natura lor ...................................................................... 894.4.2. După starea lor de agregare ................................................. 904.4.3. După durata degradării naturale în apă, poluanţii pot fi ........ 90



6

4.4.4. După modificările pe care le produc apei .............................. 904.4.5. Poluanţi care modifica proprietăţile fizice si/sauorganoleptice ale apei ..................................................................... 90

4.5. Autoepurarea apei .............................................................................. 934.6. Consecinţele poluării .......................................................................... 93

4.6.1. Asupra mediului ..................................................................... 934.6.2. Asupra sănătăţi ..................................................................... 944.6.3. Asupra calităţii apelor ............................................................ 94

Capitolul 5. Epurarea apelor uzate.................................................................. 975.1. Ape uzate menajere .......................................................................... 975.2. Ape uzate industriale ......................................................................... 985.3. Caracteristicile principale ale unor categoriide ape uzate industriale ......................................................................... 1015.4. Consideraţii generale privind epurarea apelor uzate industriale ..... 104

5.4.1. Treapta primară .................................................................. 105

5.4.2. Treapta secundară ............................................................. 1055.4.3. Treapta terţiară.................................................................... 106

5.5. Barajele absorbante ......................................................................... 1085.6. Condiţii de calitate pentru evacuarea apelor uzate industriale ....... 108

5.6.1. Evacuarea apelor uzate industriale în reţeaua de canalizare orăşenească ......................................... 1085.6.2. Evacuarea apelor uzate industriale în receptorii naturali ... 1135.6.3. Influenţa apelor uzate asupra receptorului ......................... 1135.6.4. Categorii de folosinţă şi condiţii de calitate a apelor de suprafaţă .................................................................... 118

5.7. Stabilirea gradului de epurare necesar pentru dimensionareastaţiilor de epurare. ................................................................................. 121Capitolul 6. Analiza apelor uzate şi procese unitare folosite pentrutratarea apelor ..................................................................................................123

6.1. Metode de prelevare a probelor de apă ........................................... 1236.2. Conservarea eşantioanelor în vederea analizei .............................. 1266.3. Procese unitare folosite pentru tratarea apelor ................................ 129

6.3.1. Egalizarea apelor uzate, uniformizarea debitelor şi a compoziţiei apelor industriale ................................................. 1306.3.2. Procedee fizice de tratare a apelor industriale .................... 131

6.3.2.1. Separare gravitaţională .......................................... 1316.3.2.2. Filtrarea .................................................................. 1366.3.2.3. Separarea folosind membrane .............................. 1386.3.2.4. Electrodializa .......................................................... 1426.3.2.5. Procese unitare care utilizează transferul

între faze ............................................................................. 1436.3.2.6. Schimbarea stării de agregare a apei .................... 148



7

6.3.2.7. Adsorbţia ................................................................ 1506.3.3. Procese chimice .................................................................. 153

6.3.3.1. Neutralizarea .......................................................... 1536.3.3.2. Oxidarea şi reducerea ............................................ 1576.3.3.3. Precipitarea ............................................................ 159

6.3.3.4. Coagularea şi flocularea......................................... 1606.3.3.5. Coloane schimbătoare de ioni................................ 167

6.3.4. Procese biologice ................................................................ 1686.3.4.1. Procese aerobe ....................................................... 1716.3.4.2. Procese anaerobe ................................................... 172

6.3.5. Dezinfecţia .......................................................................... 173

Bibliografie……………………………………………………………….............175





9

Capitolul 1. Noţiuni introductive

1.1. Introducere

Apa, acest lichid miraculos, ignorat de unii care au şansa de a trăi aproapede zonele bogate în apă, dorit de alţii care locuiesc în zone ale globului sărace înapă şi căutat de oamenii de ştiinţă peste tot, inclusiv pe alte planete, pentru că

descoperirea ei este o garanţie sigură a existenţei vieţii. Abordarea acestui subiect în contextul secolului XXI implicăresponsabilitate şi un anumit mod de a înţelege ceea ce se întâmplă astăzi cândomenirea a început să devină conştientă că rezervele de apă sunt limitate, cătrebuiesc protejate şi consumate cu grijă, pentru ca şi generaţiile viitoare săpoată beneficia de apa necesară.

Cel mai grandios proces natural, ce are ca sursă de energie Soarele, îlreprezintă circuitul apei în natură - o uriaşă roată hidraulică a Terrei cu un cicluanual riguros şi cu consecinţele acestuia – reglarea climei.

Apa a fost şi rămâne un factor primordial pentru existenţa şi evoluţiamateriei vii, sub toate formele sale precum şi o componentă valoroasă pentruactivităţile umane, fără de care nu se poate concepe dezvoltarea economică şisocială.

Nu întâmplător primele aglomerări urbane s-au dezvoltat în jurul unor surse de apă, iar astăzi, majoritatea activităţilor industriale, comerciale, dinagricultură, zootehnie şi transport sunt dezvoltate şi avantajate de existenţaresurselor de apă.

Resursele de apă au o distribuţie neuniformă pe Terra şi reprezintă unfactor economic favorizant sau restrictiv de localizare, prin care se diferenţiazăzonele şi regiunile geografice sub aspectul posibilităţilor de amplasare şidezvoltare a unităţilor economice şi sociale.

Resursele de apă au un caracter limitat şi sub aspectul valorilor medii şidisponibilităţilor anuale. Deşi resursele de apă la nivelul unui bazin hidrografic seregenerează după un ciclu anual, posibilităţile de extindere a utilizatorilor suntpractic limitate şi chiar regresive în cazul în care nu se întreprind acţiuniadecvate pentru întreţinerea, amenajarea şi exploatarea raţională a acestor resurse.



10

Consumul de apă a atins astăzi cote greu de anticipat în trecut. Nu ne surprindefaptul că, în Europa, ţările din sud cu climă mai caldă au un consum de apă pecap de locuitor mai mare decât cel din ţările nordice mai răcoroase. În frunteaclasamentului se află Grecia, cu un consum anual de 2389 m3 apă pe cap delocuitor (această cifră include agricultura, irigaţiile, şi consumul industrial).

Letonia înregistrează un consum anual de numai 684 m3 pe cap de locuitor. Dar,dacă excludem industria şi agricultura, Suedia este ţara cu cel mai mare consumanual (121 m3 pe cap de locuitor), iar Ţările de Jos, ţara cu cel mai mic consumanual (28 m3 pe cap de locuitor). Consumul de apă a Chinei este de aproximativ700 m3 pe cap de locuitor anual. În schimb, Japonia, are un consum de apă de1.150 m3 pe cap de locuitor anual. Consumul de apă a SUA este de 2.500 m3 pecap de locuitor anual.

În Europa acest necesar de apă se situează între 100 - 150 l de apă pelocuitor/pe zi (în această cantitate este inclusă, WC-ul, spălatul corporal şi alhainelor).

În UE, distribuţia consumului de apă este următoarea: 44% pentruproducerea energiei, 24% pentru agricultură, 17% pentru sistemul public deaprovizionare cu apă, 15% pentru industrie. Site-ul Water Footprint, administrat de Universitatea din Twente, Ţările de Jos, şiInsitute for Water Education, UNESCO-IHE, prezintă unele statistici interesante: Pentru producerea unui kilogram de carne de vită sunt necesari

15 000 l de apă. Pentru pr oducerea unei căni de cafea sunt necesari 140 l de apă. Pentru producerea unui kilogram de porumb sunt necesari 900 l de apă.

În ultimul timp, Grupul interguvernamental privind schimbările climatice al

ONU (IPCC) şi-a îndreptat atenţia către apă şi a găsit „o abundenţă de dovezi”conform cărora sursele de apă dulce sunt vulnerabile la schimbările climatice,„cu consecinţe multiple asupra societăţilor umane şi a ecosistemelor”.

În 2007, Comisia Europeană a publicat o comunicare privind seceta, care aratăcă: În ultimii 30 de ani, perioadele secetoase au crescut în număr şi în

intensitate pe teritoriul UE. Numărul regiunilor şi al persoanelor afectate de secetă a crescut cu

aproximativ 20% între 1976 şi 2006. Una dintre cele mai mari perioade secetoase care au cuprins cele mai

întinse regiuni a avut loc în 2003, când peste 100 de milioane de persoaneşi o treime din teritoriul UE au fost afectate. Costul daunelor asupra economiei europene a fost de cel puţin 8,7

miliarde €. Costul total al perioadelor secetoase din ultimii 30 de ani ajunge la 100

miliarde €.

http://www.ipcc.ch/meetings/session28/doc13.pdf



http://eur-lex.europa.eu/smartapi/cgi/sga_doc?smartapi%21celexplus%21prod%21DocNumber&type_doc=COMfinal&an_doc=2007&nu_doc=414&lg=ro

http://eur-lex.europa.eu/smartapi/cgi/sga_doc?smartapi%21celexplus%21prod%21DocNumber&type_doc=COMfinal&an_doc=2007&nu_doc=414&lg=ro





11

În acelaşi timp, cel puţin 11% din populaţia Europei şi 17% din teritoriu ausuferit de pe urma deficitului de apă (limitarea resurselor), iar tendinţacreşte pe măsură ce viteza schimbărilor climatice creşte.

Apa este esenţială vieţii şi totuşi, conform Naţiunilor Unite, aproximativ 1 miliardde persoane la nivel global nu au acces la apă potabilă, 2,4 miliarde nu au

servicii de salubritate adecvate şi 2,2 milioane mor anual din cauza bolilor cauzate de alimentarea precară cu apă.

În anul 2002, Europa a lansat Iniţiativa pentru apă a Uniunii Europene(EUWI) pentru a sprijini realizarea obiectivului milenar ONU de dezvoltare; de

înjumătăţire a numărului de persoane fără o sursă de apă potabilă la nivel global.

Apa dulce disponibilă suferă an de an procese de pierdere a calităţilor naturale prin intense procese de poluare.

Pentru consumul potabil, menajer, industrial, agricol, pentru producereaenergiei se scot anual din circuit, circa 2 200 miliarde tone de apă, din care 50%

se întorc în circuit ca ape uzate, nocive, pentru a căror neutralizare estenecesară aceiaşi cantitate de apă curată.Organismul uman, la rândul lui, are nevoie de o cantitate minimă de apă

necesară de 5 l î n 24 ore, din care circa 2 l o reprezintă apa consumată ca atare.Cantitatea de apă consumată creşte în condiţiile unui mediu cald sau al uneiactivităţi fizice mai intense.

Apa nu este utilizată doar ca necesar strict fiziologic ci şi pentru altescopuri necesare activităţ ii zilnice. Astfel pentru curăţ enia corporală omulfoloseşte zilnic circa 40 l de apă, la care se adaugă apa necesară pregătiriialimentelor, a întreţinerii hainelor, locuinţei, etc. Conform datelor Organizației

Mondiale a Sănătăţii, pentru acoperirea nevoilor directe ale populaţiei suntnecesari minimum 100 l de apă pe zi pentru fiecare locuitor , fără a include apautilizată pentru nevoile industriale, agricole, sociale.

Dezvoltarea agriculturii, mai ales în ţările în curs de dezvoltare, a condus lacreșteri spectaculoase de apă în ultimi ani.

Apa este utilizată şi pentru nevoi agrozootehnice, pentru îngrijirea animalelor şi a adăposturilor acestora.

Să nu uităm şi de folosirea bazinelor de apă pentru odihnă, sport precum şipentru formarea microclimatului.

Apele utilizate de om, indiferent pentru care scopuri se încarcă cu elemente

chimice, fizice şi/sau biologice care modifică compoziţia naturală a apei în aşamăsură încât aceasta nu poate fi folosită decât în anumite scopuri industriale.Ce se va întâmpla cu rezervele existente în perspectiva extinderii

proceselor de poluare? Greu de răspuns astăzi.



12

1.2. Răspândire în natură

La nivel planetar, apa este prezentă nu numai în forma sa liberă ci şi înaer, în pământ sau în orice organism viu.

Din punct de vedere statistic, hidrosfera (totalitatea apelor de pe glob)

ocupă 71% din suprafaţa totală a globului, incluzând aici oceanele, mările,lacurile, râurile, apele subterane, gheţarii etc. Ceea ce este mai puţin cunoscuteste faptul că din uriaşa masă de apă care acoperă Pământul, 97% este apasărată a oceanelor şi mărilor, doar 3% este apa dulce, potenţial utilizabilă.

Dacă luăm în considerare şi faptul că din aceste infime trei procente, 2%reprezintă calotele polare de gheaţă (deci apa inaccesibilă pentru utilizareacurentă), constatăm că omului îi mai rămâne ca sursă potenţială deaprovizionare doar 1%.

Dezvoltarea industriei, extinderea irigaţiilor în agricultură, creşterea graduluide urbanizare şi a populaţiei globului, au determinat o sporire considerabilă a

cerinţelor de apă dulce şi curată. De cele mai multe ori, interesele politico-economice, primează în faţa nevoii de a proteja resursele de apă existente, iar gestionarea acestora se face în mod iraţional fără să se mai ţină cont de faptulcă apa: menţine viaţa şi biodiversitatea; reglează nivelul de oxigen la nivel planetar; contribuie la procesele climaterice locale si globale; susţine activităţi importante necesare supravieţuirii si bunăstării oamenilor

cum ar fi: unele ramuri industriale, transporturile, agricultura, piscicultura,producerea de energie electrică etc.

Timp de multe secole apa a fost considerată element şi nu combinaţie. În anul1781, H. Cavendish1 a arătat că apa se formează prin explozia unui amestec dehidrogen şi oxigen. În 1783, Lavoisier 2, a realizat pentru prima oară sintezacantitativă a apei şi apoi a descompus-o prin trecerea vaporilor peste fier înroşitla 9000C. Reacţiile care au loc sunt următoarele:

H2 + 1/2O2 = H2OH2O H2 + 1/2O2

În anul 1786, G. Monge3

apoi în anul 1820 Berzelius şi Dulong au stabilitcompoziţia în greutate a apei, respectiv 16 g oxigen şi 2 g hidrogen. În1805, Humboldt şi Gay-Lussac au arăt că apa este format din două volume dehidrogen şi un volum de oxigen.

1 Crista Jungnickel, R. McCormmach, “Cavendish. The Experimental Life”,Second printing, 2001,ISBN:0 -8387-

5445-7.2 A. Lavoisier,”Reflexion sur le Phlogistique”, 1783

3 G. Monge, „Traite elementaire de la statique”, 1786



13

Apa naturală constă în amestecul speciilor de apă f ormate între izotopiihidrogenului şi cei ai oxigenului. Este cunoscut faptul că hidrogenul are mai mulţiizotopi naturali. Cel mai răspândit izotop al hidrogenului (99,95%) este protiul 1H(care este alcătuit dintr -un singur proton situat în nucleu şi un electron în învelişulelectronic), al doilea este 2H denumit deuteriu, notat şi 2D care în natură

reprezintă 0,015% (mai conţine în nucleu şi un neutron) şi 3H denumit tritiu, notatşi 3T care este de fapt un izotop radioactiv (izotopul care conţine în nucleu pelângă proton şi doi neutroni).

Oxigenul la rândul său este un amestec de trei izotopi naturali 16Orăspândit în proporţie de 99,8%, 17O aflat în proporţie de 0,04% şi 18O aflat înproporţie de 0,16% şi trei izotopi radioactivi 14O, 15O şi 19O.

Din combinarea acestora cu hidrogenul se pot forma 18 specii de moleculede apă.

În România resursele de apă se regăsesc atât în apele de suprafaţă cât şi în cele subterane.

În categoria apelor de suprafaţă, ca resurse de apă, sunt incluse: Râurile interioare:

Lungime totală: 79 000 km Volum mediu: 40 mld m3 Debit mediu: 1 250 m3/s Debit specific: 1 700 m3/loc/an

Dunărea:

Volum mediu: 170 mld m3 din care 20 mld m3 revin României

Lacuri naturale: 122 la număr fiind nesemnificative ca resurse utilizabile de apă.

Apele subterane în România reprezintă un volum total de 9.109 mii m3 din caredoar 6.106 mii m3/an sunt utilizabile.

Apa Mării Negre este utilizată nesemnificativ în tehnologii (procese de răcire,desalinizare) fiind mai ales o resursă de apă pentru folosinţe neconsumatoare deapă (agrement, pescuit, navigaţie etc.) respectiv receptor pentru ape uzate.

În funcţie de anumite caracteristici apele de pe Terra se deosebesc între

ele. Unele se caracterizează printr -un conţinut scăzut de săruri minerale (apeoligominerale), altele în schimb conţin cantităţi ridicate de săruri dizolvate. Astfelapa oceanelor conţine în medie 35 g săruri/litru, din care cca 27 g/l reprezintăclorura de sodiu. Mările interioare pot avea concentraţii mai ridicate de săruridizolvate decât oceanele (ex. Marea Mediterană), altele în schimb mai scăzute(ex. Marea Neagră 17,7 g săruri/l din care 14 g/l reprezintă clorura de sodiu.





15

Capitolul 2. Stare naturală, structură, proprietăţi

2.1. Stare naturală

Apa se întâlneşte în natură în cele trei stări de agregare, solidă, lichidă şigazoasă.

Cantitatea cea mai mare de apă se găseşte în stare lichidă, formând învelişul de apă al Pământului, cunoscut sub numele de hidrosferă. Din suprafaţa

totală de 5,1108 km2 a globului pământesc 71% sau 3,61108 km2 este ocupat demări şi oceane.

Din suprafaţa uscatului 1,48108 km2, puţin peste 10% este acoperit degheţari. Volumul mărilor şi oceanelor este evaluat la 1,37109 km3.

Volumul gheţarilor din regiunea arctică este apreciat la 2,9107 km3.Grosimea medie a stratului de gheaţă este de 2700 m iar în punctul cel maiadânc al continentului arctic atinge chiar 4200 m. Dacă toţi gheţar ii s-ar topi, seestimează că nivelul mărilor şi oceanelor ar creşte cu peste 80 m.

Cantitatea de vapori de apă care se găseşte în atmosferă şi carecondensează sub formă de nori sau ceaţă reprezintă circa 5104 km3. Aceste

forme condensate pot precipita, ajungând pe pământ sub formă de ploaie,grindină sau zăpadă.

Apa este prezentă şi la nivelul solului. Această apă este fie apă reţinută desol, fie se prezintă ca apă subterană circulantă. Până în prezent, din punct devedere cantitativ, nu este cunoscut cu exactitate acest volum de apă.

Este cunoscut faptul că apa formează în natură un circuit. Evaporărileanuale la nivelul planetei sunt estimate la 5105 km3 iar precipitaţiile deasupracontinentelor la 12104 km3.

Apa este componentul major al materiei vii, reprezentând aproximativ 80%din compoziţia acesteia. Acesta este principalul motiv pentru care apa este

asociată pretutindeni cu viaţa biologică. La animalele superioare procentul deapă este cuprins între 60 şi 70%. Valori extreme de până la 98% sunt întâlnite laorganismele acvatice (meduze, alge) iar la cealaltă extremă se află formele derezistenţă sau de viaţă latentă, reprezentate de bacterii sporulate (conţinutaproximativ de apă sub 50%). Apa poate fi deci considerată componentul major al lumii minerale şi biologice fiind totodată suportul vieţii şi activităţii umane.



16

Hidrosfera se constituie deci ca una dintre componentele principale alemediului, care se află în continuă mişcare şi transformare şi care prezintă

proprietăţi specifice.Totodată hidrosfera este capabilă să solubilizeze un număr imens de

elemente sau compuşi chimici (se estimează la ora actuală la peste un milion).

Aceştia însă în anumite concentraţii pot deveni nocivi şi pot afecta calitateahidrosferei.

2.2. Structura moleculei de apă

În stare de vapori , stare ce corespunde întocmai formulei moleculare, H2O,molecula apei este constituită din doi atomi de hidrogen şi unul de oxigen, întrecare există legături strict covalente. Cele două legături covalente H-O suntidentice (fiecare atom implicat participă la formarea legăturii cu câte un electron),

şi au lungimea de 0,1 nm (0,99 Å). Între cei doi atomi de hidrogen distanţamăsurată este de 0,153 nm (1,53 Å), ceea ce dovedeşte că cei trei atomi nu pot fi aşezaţi liniar . În r ealitate atomul de oxigen participă la formarea legăturii cuorbitali hibridizaţi şi nu cu orbitali atomici puri. Având numărul atomic 8, oxigenulare următoarea configuraţie electronică:

8O: 1s22s22p4 Această configuraţie arată că în stratul doi, atomul de oxigen are 6

electroni. Primul pas în procesul de hibridizare este o promovarea unui electrondin substratul 2s în substratul de energie apropiată 2p. Ulterior are loc un procesde egalizare a energiilor orbitalilor implicaţi, combinarea internă a orbitalului 2s

(de simetrie sferică) cu orbitalul 2p (bilobat cu lobii egali), ceea ce constituiehibridizarea propriu-zisă, rezultând astfel 4 orbitali hibrizi sp3 de formă identică(bilobaţi cu lobii neegali), orientaţ i în spaţiu către vârfurile unui tetraedr u regulat,

între axele cărora există unghiuri egale de 109028’. Din cei patru orbitali hibrizi, 2sunt ocupaţi cu câte doi electroni. Această asimetrie determină modificareaunghiului dintre axele orbitalilor hibrizi, în sensul micşorării acestuia de lavaloarea de 109028’ la valoarea de 104045’ (unghiul de 1050 fiind în modfrecvent folosit).

Fig.2.1 Structura moleculei de apă



17

O moleculă de apă poate fi echivalată electric cu un dipol. În natură însă, apa este cel mai adesea întâlnită în stare lichidă şi/sau în

stare solidă (gheaţă).

În stare lichidă apa formează asociaţii moleculare, în care moleculele se

leagă între ele prin punţi de hidrogen. Atomul de hidrogen al unei molecule se leagă printr -o legătură de hidrogen

cu atomul de oxigen al moleculei vecine. Într-o astfel de asociere se pot întâlnidouă până la maximum 6 şase molecule, distanţa între doi atomi de oxigenconsecutivi fiind de 2,76Å, iar între atomii de hidrogen sunt 1,77Å.

Mecanismul de formare al asociaţiilor moleculare, se explică prinrealizarea de leg ături de hidrogen între un dublet de electroni neparticipanţi ai atomului de oxigen aparţinând unei molecule de apă, şi unul din protonii altei molecule de apă. Legăturile de hidrogen create între moleculele de apă suntprezentate în figura nr.2.2.

Asociaţiile moleculare cu stabilitatea cea mai mare sunt cele bimoleculare,datorită formării cu maximă probabilitate a două legături de hidrogen între celedouă molecule de apă.

Fig. 2.2 Structura apei lichide

Asociaţiile moleculare astfel formate au un timp de viaţă foarte scurt, deoareceaceste asociaţii se constituie şi se desfac necontenit. Această mişcarenecontenită în interiorul substanţei face ca numărul total de molecule asociate,determinat prin metode statistice, într-o cantitate determinată de apă să rămânăconstant la temperatură constantă. In apa lichidă se poate regăsi şi o structura hexagonală formată cu ajutorullegăturilor de hidrogen (figura 2.2) specifică stării cristaline a gheţ ii, însă pedistante mici, precum şi molecule neasociate.

Structura gheţii (apa solidă) a fost determinată prin difracţia razelor X. S-aobservat că fiecare moleculă de apă este înconjurată de alte 4 molecule, în aşafel încât atomii de oxigen ai celor 4 molecule formează un tetraedru (figura 2.3a).

În această structură: - fiecare dintre atomii de hidrogen ai moleculei centrale formează câte olegătură de hidrogen cu câte una dintre perechile de electroni neparticipanţi aioxigenului aparţinând altor două molecule de apă;



18

- fiecare pereche de electroni neparticipanţi ai atomului de oxigen al moleculeicentrale formează câte o legătură de hidrogen cu atomi de hidrogen ai altor două molecule de apă.

În acest fel fiecare dintre atomii de oxigen va ajunge la numărul de coordinaţieegal cu 4, iar fiecare dintre atomii de hidrogen la numărul de coordinaţie egal cu2. Continuată la infinit această structură duce la o reţea hexagonală (figura 2.3bReţeaua hexagonală a gheţii).

(a) (b)

Figura nr.2.3 Structura apei în stare solidă: (a)molecula de H2O, din cristalul de gheaţă, unită prinlegături de hidrogen de alte patru molecule H2O, aranjate tetraedric în jurul ei; (b) reţeaua hexagonală

Unghiurile de valenţă sunt astfel lărgite, ajungând de fapt la valoareanormală de 109028’ iar distanţele între atomii de oxigen sunt de 2,76Å.

Aceste structuri diferite, pentru apa în diferite stări de agregare explică

momentul electric al moleculei de apă, care pentru apa sub formă de gheaţă arevaloarea de 2,5 D iar pentru apa în stare de vapori are valoarea de 1,84 D.

În apă, trebuie luat în consideraţie faptul că există un echilibru dinamic între moleculele simple şi cele asociate, valoarea lui n fiind cuprinsă între 6 şi 8:

nH2O ↔ (H2O)n

Se apreciază că la topirea gheţii, deci la 0 0C se rup aproximativ 15% dinlegăturile de hidrogen din cristalul de gheaţă, la 40 0C se desfac aproximativ 50%din legăturile de hidrogen iar în stare de vapori se desfac aproape toate legăturile

de hidrogen, rezistând doar aproximativ 2 până la maximum 4% în stareasociată. Stabilitatea asociaţiilor moleculare depinde în mod direct detemperatură.

În natură atât hidrogenul cât şi oxigenul prezintă mai mulţi izotopi, care pot formamolecule de apă, care au masă moleculară diferită de 18. Izotopii hidrogenuluisunt: 1H – hidrogenul, 2H – deuteriul (D) şi 3H – tritiul, iar izotopii oxigenului sunt:



19

14O, 15O, 16O, 17O, 18O şi 19O. În principiu pot exista 36 de combinaţii de moleculede apă, dintre care doar 9 formează combinaţii stabile. Frecvenţa izotopilor diferiţi de 1H şi 16O sunt extrem de rare, în apa din natură predomină moleculelede H2O, alături de D2O şi DHO.

Apa grea, D2O, prezintă proprietăţi diferite faţă de cele ale apei obişnuite.Menţionăm că dintr -un m3 de apă se pot extrage cca 10 cm3 de apă grea (cca2,3.10-6 mol %). În apele freatice concentraţia D2O creşte cu adâncimea. În apelede suprafaţă concentraţii mai mari de apă grea s-au detectat în anumite lacuri, înMarea Moartă şi în oceanele mai adânci.

Tabel nr. 2.1 Caracteristicile comparative ale H2O şi D2O

Proprietatea/UM H2O D2O

Punctul de topire, ºC 0,00 3,80

Punctul de fierbere, ºC 100,0 101,42Densitatea la 20ºC, kg/dm 0,9982 1,1056Temperatura densităţii maxime, ºC 4,0 11,6Produsul ionic la 20ºC, moli/dm 1.10- 0,16.10- Constanta dielectrică 80,35 79,75Solubilitatea NaCl la 25 ºC, g/dm3 35,5 30,5

2.3 Structura apei în apropierea unui ion; straturile de solvatare

Putem privi ionul în soluţie ca o sarcină punctuală şi molecule de apălibere (care nu fac parte din reţeaua cristalină) ca dipoli electrici. Datorităcâmpului electric ce se formează în jurul ionului, dipolii de apă tind să seorienteze paralel cu liniile de câmp. În urma interacţiunilor ion-dipol un anumitnumăr de molecule de apă sunt orientate şi "prinse" în imediata apropiere aionului şi rămân ataşate de acesta în mişcarea prin soluţie. Aceste moleculeformează aşa numitul prim strat de solvatare figura 2.4.

Fig. nr . 2.4 Structura moleculelor de apă în jurul unui ion pozitiv.



20

În afara primului strat de solvatare interacţiunile ion-dipol încep să scadă înintensitate. Dipolii de apă adoptă o poziţie intermediară ca rezultat al forţ elor dinspre ion şi dinspre soluţie. Se poate vorbi aici de al doilea strat de solvatare încare moleculele de apă sunt parţial orientate. La o anumită distanţă influenţacâmpului electric este neglijabilă şi în consecinţă structura apei nu este

deranjată.

2.4 Structura apei în apropierea electrodului, modelul lui Helmholtz

Orice soluţie este mărginită, fie că este vorba de gazul de deasupra, depereţii recipientului sau de electrozi. Cum se aranjează particulele la o asemeneafrontieră sau interfaţă? Vom vedea că cele doua faze, de o parte şi de alta ainterfeţei, se încarcă electric cu sarcini egale dar opuse ca semn şi dau naştereunei diferenţe de potenţial. Există câteva căi care conduc la apariţia acesteidiferenţe de potenţ ial:

Reacţ ii de transfer de electroni. De exemplu un ion pozitiv din soluţie poatecapta electroni din metal devenind o specie neutră. Astfel electrodulcapătă o sarcină pozitivă şi va atrage ionii negativi ca şi moleculeledipolare.

Încărcarea deliberată cu sarcini pozitive sau negative a electrozilor folosindo sursa externă.

Să considerăm acum un ion în apropierea electrodului. Dinspre soluţie ionulsimte forţele specifice ale soluţiei. Dinspre electrod însă, el simte forţe diferite,necunoscute pentru el atunci când stătea în interiorul soluţiei. Forţele careacţionează asupra particulelor în apropierea interfeţei sunt anizotropice (nu suntaceleaşi în toate direcţiile). Particulele adoptă o structură de compromis întrestructurile din cele doua faze. Din cauza anizotropiei se produce o redistribuire asarcinilor mobile si a dipolilor orientabili. Această redistribuire este bazastructurală a diferenţei de potenţial pe interfaţă.

Figura 2.5 Distribuţ ia speciilor la interfaţă.



21

Pentru un electrod încărcat cu o sarcină negativă distribuţia speciilor esteprezentată simplificat in figura 2.5. Primul strat de lângă electrod este în principalocupat de molecule de apă. Orientarea dipolilor depinde de sarcina electrodului.

A doua coloană este rezervată ionilor solvataţi. Planul ce trece prin centrul ionilor este numit planul extern al lui Helmholtz. (PHE). În cazul cel mai simplu

densitatea de sarcina la PHE este egală şi opusă ca semn densităţii de sarcinădin metal fără a lua în considerare influenţa dipolilor de apă. Aceasta esteimaginea stratului dublu electric.

2.5. Proprietăţile fizice ale apei

Apa perfect curată este un lichid incolor, la temperatura obişnuită, inodor şilipsit de gust.

În comparaţie cu omologii săi (hidrurile elementelor din grupa oxigenului)cum ar fi hidrogenul sulfurat, H2S, hidrogenul seleniat, H2Se şi hidrogenul telurat,H2Te, apa prezintă o serie de anomalii ale proprietăţilor fizice, fapt pentru careeste supranumită “lichid excepţional”. De asemenea, apa se deosebeştesemnificativ şi de hidrurile elementelor vecine oxigenului în perioada a doua, cumar fi: metanul, CH4, amoniacul, NH3 sau acidul fluorhidric, HF.

La apă, unele proprietăţi cum ar fi: temperatura de fierbere, constantadielectrică, tensiunea superficială, căldura specifică sau căldura molară devaporizare, au valori anormal de ridicate, explicate în principal de structuramoleculei şi de existenţa asociaţiilor moleculare, realizate prin legături de

hidrogen.Deci punctele de topire şi de fierbere – au valori anormal de ridicate,comparativ cu hidrurile elementelor vecine din sistemul periodic. Mai mult apa latemperatura obişnuită este lichid în timp ce hidrurile elementelor vecine dinsistemul periodic sunt gaze. Punctele de topire şi de fierbere ale apei şi hidrurilor elementelor vecine sunt prezentate în tabelul nr. 2.2.

Aşa cum s-a arătat, faţă de hidrurile elementelor învecinate apa are punctele detopire şi de fierbere anormal de ridicate, fapt datorat existenţei între moleculelede apă a legăturilor de hidrogen, pentru a căror desfacere este nevoie de energiesuplimentară. Dacă apa în condiţii normale de presiune la 20 ºC este în starelichidă, hidrurile elementelor vecine în aceleaşi condiţii sunt în stare gazoasă.

Tabel nr . 2.2 Puncte de topire şi puncte de fierbere

Hidruri CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S HCl

p.t.(0C)

-184 -78 0 -83 -185 -133 -85 -115

p.f.(0C)

-164 -33 +100 +19,5 -112 -87 -61 -85



22

Constanta ebulioscopică: Se numeşte constantă ebulioscopică (Ke) a unuisolvent, creşterea punctului de fierbere produsă de dizolvarea unui mol desubstanţă în 1000 g solvent.Pentru apă Ke = 0,52.

Constanta crioscopică: scăderea punctului de topire al soluţiilor esteproporţională cu concentraţia lor molală şi este independentă de natura solutului. Pentru apă Kt = 1,86

Constantele critice ale apei :Temperatura critică, Tc, este temperatura deasupra căreia un gaz nu poate filichefiat.Presiunea minimă necesară pentru a lichefia un gaz la temperatura critică senumeşte presiune critică, Pc.

Volumul ocupat de un mol de gaz la temperatura şi presiunea critică se numeştevolum molar critic, Vc.

Aceste valori critice sunt constante şi proprii pentru fiecare substanţă. La punctulcritic, volumul molar şi densitatea gazului şi al lichidului sunt egale.

Tabel nr. 2.3 Constantele critice ale apei

ParametruTc Pc, atm Vc cm3

º C º KConstanta critică 647 374 218,5 57

Punctul triplu al apei , reprezintă condiţiile în care coexistă concomitent apa întoate cele trei stări de agregare. Aceste condiţii pentru apă se realizează latemperatura de 0,01 º C şi presiunea de 4,6 torr.Presiunea de vapori : este funcţie de temperatură:

Tabel nr. 2.4 Presiunea de vapori ale apei la diferite temperaturi

Temp., ºC Presiunea,torr

Temp., ºC Presiunea,atm

-10 2,15 100 1,000 4,68 120 1,96

10 9,2 150 4,7020 17,5 200 15,3030 31,1 250 39,3040 55,1 300 84,4060 149,2 350 176,30800 355,1 374 217,0100 760,0 temp. critică presiune critică



23

Densitatea apei – nu scade progresiv cu creşterea temperaturii aşa cumse întâmplă în mod obişnuit la celelalte lichide, ci prezintă un maximum la 4 0C(densitatea = 1,0 g/cm3). Peste această temperatură densitatea apei scade, aşacum se întâmplă în mod obişnuit la toate lichidele. Această anomalie a evoluţieidensităţii apei se poate explica prin existenţa simultană a structurilor cu molecule

asociate şi a structurilor cu molecule neasociate. Moleculele neasociate având ostructură mai compactă decât structura corespunzătoare moleculelor asociate,afectează structura tetraedrică, în care oxigenul are numărul de coordinare egalcu 4. La temperaturi peste valoarea de 4 0C dilataţia normală predomină şidensitatea scade.Deoarece prin scăderea temperaturii sub 4 0C creşte procentul moleculelor asociate, lichidul devine mai uşor (se ridică la suprafaţă), fiind predominantăstructura tetraedrică-afânată, ca rezultat este faptul că apa îngheaţă începând dela suprafaţă.

În stare solidă, gheaţa prezintă structură cristalină tetraedrică, deci

afânată. Densitatea gheţii fiind mai mică decât densitatea apei, “gheaţa pluteştepe apă”. Valorile corespunzătoare densităţii apei, la diferite temperaturi, suntprezentate în tabelul 2.5

Tabel. 2.5 Variaţia densităţii apei funcţie de temperatură

Această anomalie are influenţă favorabilă asupra climei planetei şi asupravieţii animalelor şi plantelor acvatice. Apa la 4 0C, având densitatea mai maredecât apa mai caldă sau mai rece, se adună la fundul râurilor, mărilor şioceanelor. Apa până la adâncimea de circa 1000 m, are temperatura de ~ 40Ciar sub circa 3000 m, are temperatura de 30C. Datorită acestui fenomen, apeleadânci nu î ngheaţă niciodată până la fund. Faţă de alte substanţe care în staresolidă au densitatea maximă, apa atinge această densitate doar la +4 C, înconcluzie densitatea gheţii este mai mică decât a apei lichide. Din cauza acesteiproprietăţi apa când îngheaţă în vase şi conducte închise, prin creştereavolumului ei, acţionează cu o forţă mare asupra pereţilor, putând să le distrugă.O altă consecinţă a acestei proprietăţi este legată de fenomenul de îngheţ allacurilor. Iarna când lacurile îngheaţă, prima dată scade temperatura apei de lasuprafaţă. Dacă gheaţa ar fi mai grea decât apa, aceasta s-ar scufunda, cedândlocul apei care în continuare ar îngheţa. Astfel pas cu pas tot lacul s-ar transforma în gheaţă, distrugând vietăţile acvatice.O altă consecinţă a acestei proprietăţi se manifestă în cazul lacurilor nu preaadânci din zonele temperate. Toamna o dată cu răcirea apei de la suprafaţăcreşte densitatea ei. Apele reci, din această cauză, se vor lăsa la fund.

Temperatura,0C

0 4 10 15 20

Densitatea,g/cm3

0,99986 1,0000 0,99972 0,99912 0,9982



24

Fenomenul continuă până când la suprafaţă apa atinge +4 C. Dacă temperaturacoboară în continuare, începe să scadă densitatea apei, până ce atingetemper atura de îngheţ şi la suprafaţă se va forma un strat de gheaţă. Sub aceststrat se va observa o stratificare a apei, manifestată prin creşterea temperaturiispre fund – stratificare termică inversă - (evident şi a densităţii), până la

temperatura densităţii maxime. Ca urmare a acestui fenomen după o perioadăcaldă de vară în care în straturile adânci se instalează un deficit sever de oxigendizolvat, apele oxigenate de la suprafaţă , vor coborî spre adâncime,reechilibrând balanţa oxigenului. Primăvara, când temperatura mediului ambiantse ridică, în prima fază se topeşte gheaţa. Apa de 0 C se încălzeşte încet,crescând în acelaşi timp şi densitatea ei, va coborî spre fundul lacului.Fenomenul va continua până la atingerea temperaturii de 4 C, adică a densităţiimaxime. Astfel se produce o a doua omogenizare a apei lacului, după care apalacului se va încălzi în continuare, luând naştere o stratificare termică directă.

Căldura specifică – Cp = 7,98 cal/mol∙grd. la 00C. Dintre toate substanţele,apa are cea mai mare căldură specifică (de două până la trei ori mai mare faţăde a altor lichide), ceea ce dă apei posibilitatea termoreglării temperaturii, înnatură.

Dacă căldura specifică a apei ar fi redusă, apa s-ar încălzi brusc şi nu lentaşa cum se întâmplă în mod normal, s-ar produce decomplexareamacromoleculelor proteice care sunt instabile termic şi accelerarea reacţiilor metabolice, ceea ce ar conduce la creşterea rapidă a acumulărilor de produşitoxici în organism. Invers, dacă scăderea temperaturii apei ar avea loc brusc s-ar produce gelifierea, ar avea loc scăderea mai evidentă a vitezei reacţiilor chimice

comparativ cu viteza de difuzie, cauzând un dezechilibru fizico-chimic la nivelulcitoplasmei, ceea ce ar putea conduce chiar la posibilitatea dispariţiei vieţii. În procesele metabolice, apa încălzindu-se greu este evitată

supraîncălzirea care ar fi provocată de reacţiile exoterme de oxidare. La procesulde termoreglare contribuie şi faptul că apa are cea mai mare conductibilitatetermică dintre toate lichidele (de 20-30 ori mai mare comparativ cu cea alichidelor organice).

Tensiunea superficială – este de asemenea foarte mare în comparaţie cucea a altor lichide (73 dyn/cm2 faţă de 23 dyn/cm2 de exemplu pentru tetraclorura

de carbon). Tensiunea superficială este proprietatea care se manifestă lasuprafaţa de separaţie între un lichid şi un gaz (apă-aer) sau între două lichidecare nu se amestecă (apă-petrol). În cazul apei este egală în toate direcţiile, maieste denumită constantă capilară şi explică forma suprafeţei lichidului lacontactul cu un perete solid. Cu ajutorul tensiunii superficiale se explicăfenomene ca:

“ridicarea” unui lichid aflat în repaos puţin peste muchia drenorului, fără săaibă loc deversarea;



25

coeziunea dintre granulele de nisip umede; plutirea unor corpuri fine, dense, pe suprafaţa apei, în condiţia în care

densitatea apei este mai mică; atracţia manifestată între corpurile plutitoare, atunci când ele devin foarte

apropiate; atenuarea agitaţiei valurilor la acoperirea suprafeţei apei cu substanţe

lichide nemiscibile cu aceasta (uleiuri, produse petroliere etc.). În sfera vieţ ii biologice această proprietate a apei are ca efect delimitarea

netă a protoplasmei celulare faţă de mediu, puternica adsorbţie a apei în mediilebiologice sau capilare.

Transparenţa apei – apa în straturi groase lasă să treacă radiaţiile solarevizibile, favorizând asimilaţia clorofiliană a plantelor subacvatice. Prin activitateaacestora, se obţin zilnic 10 g substanţă organică uscată/m3 de apă. Un procentfoarte mare din clorofila asimilată la nivelul planetei Pământ, circa 90%

(apreciată după consumul de oxigen din atmosferă) se datorează plantelor acvatice, în timp ce doar restul de 10% este sintetizat de către plantele terestre.

Apa, în straturi groase este opacă pentru radiaţiile infraroşii şi absoarbeselectiv din radiaţiile UV. Ea are rolul unui ecran de protecţie împotriva acţiunii desterilizare a radiaţiilor UV, care altfel ar putea avea un caracter distructiv asupravieţii.

Căldura de vaporizare – Cv = 100 kcal/mol – este anormal de mare,deoarece energia calorică este utilizată nu numai la trecerea apei în stare devapori ci şi la depolimerizarea moleculelor asociate. Pentru organismele vii,

evaporarea apei interne, constituie unul din mijloacele de apărare împotrivacăldurii. De exemplu, plantele transpiră şi pierd prin acest fenomen între 90 -99%procente din apa încorporată, în timp ce animalele nu pot pierde prin transpiraţiemai mult de 25% din apa ingerată sau produsă.

Vâscozitatea: este proprietatea lichidelor de a opune rezistenţă în procesulde curgere.

Vâscozitatea se poate exprima ca: Vâscozitate cinematică şi se exprimă în m2/s; pentru apă = 1,01.10-6 m2/s

(la 20 ºC) Vâscozitate dinamică şi se exprimă în Ns/m2; pentru apă = 10-3 Ns/m2 (la 20ºC)

Vâscozitatea apei scade o dată cu creşterea temperaturii.

Tensiunea superficială: este exprimată ca o energie pe unitatea desuprafaţă sau lungime şi este caracteristică interfeţelor la limita de separaţie a



26

două faze. Tensiunea superficială se defineşte ca o forţă care se exercită pesuprafaţa lichidului şi care tinde să reducă pe cât posibil această suprafaţă.

Pentru interfaţa apă – aer tensiunea superficială este: La 20 ºC de 72,7.10-3 N/m La 100 ºC de 52,3.10-3 N/m

Impurităţile dizolvate măresc tensiunea superficială. Anumite substanţetensioactive reduc tensiunea superficială a apei şi au drept consecinţă formareaspumei, a emulsiilor.

Solubilitatea Apa în natură nu se regăseşte niciodată sub formă pură, ci doar sub formă desoluţie. În apă pot fi prezente gaze, lichide sau solide, în stare dizolvată şi însuspensie, în dispersie sau emulsionate – în stare nedizolvată. O parte dintreaceste componente ajung în apă pe căi naturale, altele prin impact antropic,

adică printr -o formă de poluare. Teoretic, prin dizolvare, materia se divide pânăla nivel molecular în solvent, dar din punct de vedere practic prin materiidizolvate înţelegem acele particule aflate în apă, care au dimensiuni sub 45 m.Unele substanţe sunt miscibile – formează faze omogene – în orice proporţie,altele dizolvă numai o cantitate limitată dintr -o substanţă. O soluţie se numeştesaturată când conţine cantitatea maximă de solut la o temperatură – uneori şipresiune – dată. Concentraţia solutului (substanţei dizolvate) într -o soluţiesaturată este numită solubi l i tate. Saturaţia este o stare de echilibru şi ascultă delegile termodinamice.Prin dizolvarea unui corp se distruge coeziunea sa, care este dată de legături şi

forţe de coeziune: Interatomice – forţe de legături chimice Intermoleculare – forţe de coeziune între molecule

Apa este cel mai important solvent din natură şi chiar în tehnică. Apa dizolvă înspecial compuşi polari şi într-o proporţie mai mică chiar compuşi nepolari.

În cazul compuşilor polari, acţiunea solvatantă a apei se manifestă din cauzacaracterului de dipol al moleculei de apă şi în final duce la distrugerea totală sauparţială a diverselor legături electrostatice dintre atomii şi moleculelesubstanţelor. Prin acest proces apar noi legături şi structuri între moleculele desolvent şi solvat. Solventul fiind apa, fenomenul se numeşte hidratare.

În soluţiile compuşilor ionici, ionii de semn contrar rămân despărţiţi (nu formeazăperechi sau asociaţii de ioni) în primul rând din cauza constantei dielectrice maria apei (nefiind singurul factor care determină solubilitatea mare a apei).Menţionăm că există lichide cu constantă dielectrică mai mare ca cea a apei, dar nu sunt solvenţi buni pentru electroliţi. În apă fiecare ion se înconjoară cu oatmosferă de molecule de apă. Moleculele de apă sunt orientate cu oxigenul(polul negativ) spre cationi (+), iar cu atomii de hidrogen spre anioni (-). În timpulinteracţiunii solut – solvent se degajă o energie numită căldură de hidratare. Un



27

ion se solvatează cu atât mai puternic cu cât volumul ionului este mai mic şisarcina electrică mai mare.

Solubilitatea gazelor în apă. Solubilitatea gazelor în apă depinde de mai mulţifactori:

De natura gazului De temperatură (solubilitatea gazelor scade cu creşterea temperaturii) De presiune (cu creşterea presiunii gazului (legea lui Henry) sau a

presiunii parţiale într -un amestec de gaze (legea lui Dalton) creşte şisolubilitatea )

De mărimea interfeţei apă/gaz (suprafeței de contact)

Din punct de vedere al solubilităţii gazele se pot clasifica în trei categorii: Gaze cu solubilitate ridicată (gaze polare): CO2, NH3, F2, SO2, NOx (NO,

NO2), Cl2 Gaze cu solubilitate medie: H2S Gaze cu solubilitate scăzută: H2, O2, N2, CH4, N2O

Clorul este un gaz apolar, deci ar trebui să se dizolve slab în apă, dar intră înreacţie cu apa, ceea ce explică solubilitatea lui ridicată.

Dizolvarea clorului în apă are o importanţă deosebită, deoarece acest fenomen se aplică într -un proc es important de tratare a apei, în dezinfecţie.Clorul gazos dozat intră în reacţie cu apa, şi acidul hipocloros format joacă un rol în distrugerea bacteriilor. Reacţia este următoarea:

Cl 2 + H 2 O → HCl + HOCl

În cazul dizolvării aerului în apă se dizolvă şi oxigenul, a cărei prezenţă în apelenaturale este deosebit de importantă pentru susţinerea vieţii acvatice.Concentraţia oxigenului în apele naturale este un important indicator de calitate.

Tabelul nr. 2.6 Solubilitatea oxigenului în funcţie de temperatură Temperatură 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9Coxdiz,mgO/dm3

14,62

14,23

13,84

13,48 13,13 12,80 12,48 12,1711,8

711,5

9Temperatură 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19Coxdiz,

mgO/dm3

11,3

3

11,0

8

10,8

3 10,60 10,37 10,15 9,95 9,74 9,54 9,35Temperatură 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29Coxdiz,mgO/dm3 9,17 8,99 8,83 8,68 8,53 8,38 8,22 8,07 7,92 7,77

Alături de oxigen o importanţă mare în chimismul apei şi în susţinerea vieţii acvatice o are şi dioxidul de carbon dizolvat. Acest gaz intervine în circuitul



28

carbonul ui în apă, este un factor de reglare a pH -ului apei şi constituie sursa decarbon necesară fotosintezei plantelor acvatice. Solubilitatea gazelor în apă se micşorează cu creşterea concentraţiei sărurilor dizolvate, de existenţa unor pelicule pe suprafaţa apei.

Solubilitatea lichidelor

Solubilitatea lichidelor în apă este influenţată de asemenea de o serie de factori: Natura lichidului Temperatură (creşterea temperaturii favorizează solubilitatea)

Presiunea, în schimb, nu influenţează solubilitatea lichidelor în apă.Solubilitatea lichidelor în apă poate fi totală (ex. dizolvarea alcoolului în apă serealizează în orice proporţie) sau parţială. În cazul dizolvării parţiale apa seconcentrează până atinge saturaţia pentru temperatura dată. În cazul alcoolilor solubilitatea scade cu creşterea lungimii catenei de carbon. Hidrocarburile

normale, ciclice şi aromate nepolare au solubilităţi foarte scăzute în apă, doar prin anumite procedee specifice pot fi amestecate cu apa.Prin dispersare, sub acţiune mecanică, uleiurile se pot “descompune” în particulefoarte mici. După această fază dispersia uleiului (repartiţia uniformă) în apă seproduce mai uşor. Această stare din punct de vedere termodinamic esteinstabilă, dar pentru menţinerea ei este necesar un aport energetic extern, altfelpicăturile fine de ulei se reunesc iar emulsia “se sparge”. Întrebarea este cedetermină această instabilitate? Cauza instabilităţii rezidă în faptul că numărulmare de particule mici au suprafaţă specifică mult mai mare decât supr afaţaspecifică a particulelor mai mari. Rezultă că atunci când particulele mici de ulei

se reunesc, scade energia de suprafaţă, deci din punct de vedere termodinamicajung într-o stare mai stabilă (principiul al II-lea al termodinamicii). Deoarece înnatură procesele se evoluează spre starea energetică minimă, în consecinţă fărăaport energetic extern, picăturile mici de ulei dispersate se vor reuni.Totuşi întrebarea este cum pot deveni stabile aceste stări fără aport energeticextern. Dacă în apă sunt introduşi compuşi cu o parte polară şi o parte nepolară,hidrocarburile greu solubile pot fi stabilizate în apă.

parte polară

parte ne polară

Fig. 2.6 Stabilizarea compuşilor tensioactivi

Apă

Particulă

de ulei



29

Compuşii cu părţi polare şi nepolare se numesc compuşi tensioactivi.Compuşii tensioactivi sintetici sunt detergenţii. Compuşii tensioactivi preparaţi dinmaterii prime naturale se numesc săpunuri, a căror capacitate de spălare sebazează pe principiul enunţat mai sus.

Solubilitatea solidelor

Solubilitatea substanţelor solide depinde de mai mulţi factori: Natura substanţei solide Temperatura Posibilitatea de regenerare a suprafeţei solvatului

Ca şi în cazul gazelor şi lichidelor compuşii apolari au o solubilitate în apă maiscăzută iar cei polari se dizolvă mai uşor. Acest principiu este corect în cazulclorurii de sodiu NaCl (sării de bucătărie), dar nu şi în cazul CaCO 3 (carbonatuluide calciu). În cazul substanţelor solide se dizolvă mai uşor cei a căror nivel

energetic de stabilitate este mai mic în stare dizolvată decât în stare solidă(conform principiul al II-lea al termodinamicii).

Cu creşterea temperaturii creşte şi solubilitatea, dar nu nemărginit şi anumefiecărei temperaturi îi corespunde o concentraţie limită, la care soluţia devinesaturată.Soluţiile în care concentraţia solutului este mai mare decât concentraţia desaturaţie se numesc soluţii suprasaturate. Soluţiile suprasaturate din punct devedere termodinamic sunt instabile.Reîmprospătarea sau regenerarea suprafeţei solidului supus solubilizării are un

rol echivalent cu suprafaţa specifică în cazul gazelor. Solubilizarea începe lainterfaţa solid/lichid şi dacă dorim să creştem solubilizarea trebuie să îndepărtămdin apropierea interfeţei soluţia saturată. Aceasta se poate realiza prinamestecare sau agitare.

În funcţie de mărimea particulelor după dizolvare distingem: Soluţii propriu-zise sau moleculare Soluţii macromoleculare Soluţii coloidale Suspensii

În cazul soluţiilor propriu-zise solvatul este dispersat sub formă de molecule, ioni

sau atomi, formând o fază omogenă. Într -un mediu cu suspensii particuleledizolvate sunt vizibile cu ochiul liber sau la microscopul obişnuit (fazăneomogenă) şi se reţin pe hârtia de filtru. Între cele două extreme se încadreazăsoluţiile coloidale, ale căror particule nu se disting cu ochiul liber, ci doar lastereomicroscop şi nu se reţin pe hârtia de filtru.

Apele din natură şi mai ales cele de suprafaţă conţin această gamă de substanţe în cantităţi variabile în funcţie natura lor şi de gradul de poluare.



30

2.6. Proprietăţile chimice ale apei

Molecula apei este foarte stabilă termic (disociază doar la temperaturi depeste 1000 0C) dar totuşi este foarte reactivă din punct de vedere chimic.

- Apa are caracter amfoter , reacţionând în funcţie de partenerul de reacţie,fie ca acid-donor de protoni în cazul reacţiei cu o bază, fie ca o bază-acceptor deprotoni în cazul reacţiei cu un acid. De exemplu:

- în reacţie cu acidul clorhidric se comportă ca bază, acceptând protonulacestuia:

HCl + H2O ↔ H3O+ + Cl-

bază - în reacţia cu amoniacul se comportă ca acid, fiind cea care cedează

protonul:NH3 + H2O ↔ NH4OH

acid- Apa reacţionează energic cu metalele alcaline, la rece, punând înlibertate hidrogenul. Reacţia metalelor cu apa este asemănătoare celei a acţiuniimetalelor asupra acizilor. Hidrogenul care se degajă se poate aprinde.

Na + H2O ↔ NaOH + ½ H2

- Apa reacţionează chiar şi cu metale mai puţin reactive, dar reacţia are locla cald, cu formare de oxizi sau hidroxizi şi degajare de hidrogen:

Mg + 2H2O ↔ Mg(OH)2 + H2 3Fe + 4H2O ↔ Fe3O4 + 4H2

- Apa reacţionează cu unele nemetale, în special cu cele care prezintăputernic caracter electronegativ, având totuşi comportamente diferite, astfel cufluorul pune în libertate oxigenul, cu clorul şi bromul formează un amestec deacizi, respectiv acidul clorhidric şi acidul hipocloros sau acidul bromhidric şiacidul hipobromos:

F2 + H2O ↔ 2HF + ½ O2 Cl2 + H2O ↔ HCl + HClO Br 2 + H2O ↔ HBr + HBrO

- Apa reacţionează cu oxizii metalici stabili , formând baze:

CaO + H2O ↔ Ca(OH)2

- Apa reacţionează cu oxizii nemetalici , formând acizi:



31

SO3 + H2O ↔ H2SO4 CO2 + H2O ↔ H2CO3

N2O5 + H2O ↔ 2HNO3

- Apa reacţionează cu sărurile şi poate avea loc dizolvarea sărurilor în apă,proces care implică mai multe faze, cum ar fi:

- dizolvarea sărurilor – adică distrugerea de către apă a reţelei cristalinecare are drept rezultat formarea ionilor hidrataţi. Sărurile provenite de la acizi tari şi baze tari, cum ar fi: NaCl, KCl, K2SO4 la dizolvare dau soluţii cu caracter neutru.

- hidroliza sărurilor – după descompunerea sării în ioni, aceştiareacţionează cu ionii apei. În urma acestor reacţii are loc refacerea acidului şibazei din care provine sarea, iar caracterul soluţiei rezultate este fie acid, fiebazic, în funcţie de tăria acestora. De exemplu, la dizolvarea clorurii de amoniu

soluţia rezultată are caracter acid deoarece hidroxidul de amoniu este o bazăslabă iar acidul clorhidric este un acid tare, iar în cazul dizolvării cianurii de sodiu,soluţia rezultată are caracter bazic deoarece acidul cianhidric este un acid slab întimp ce hidroxidul de sodiu este o bază tare. Reacţiile care au loc sunturmătoarele:

(NH4+ + Cl-) + H2O ↔ NH4OH + (H+ + Cl-)

(Na+ + CN-) + H2O ↔ HCN + (Na+ + HO-)

- hidratarea sării – sarea cr istalizată fixează din soluţie un anumit număr

de molecule de apă. De exemplu, sulfatul de cupru după fixarea a cinci moleculede apă suportă o schimbare de culoare, trecând de la alb la albastru:CuSO4 + 5H2O ↔ CuSO4∙5 H2O

alb albastru

În natură, apa acţionează pe multiple planuri. Prin acţiunea hidrochimicăpoate produce: dizolvarea, hidratarea sau chiar oxidarea.

Mediul apos constituie, în foarte multe cazuri, mediul de desfăşurare alreacţiilor chimice dar poate fi totodată şi mediul de desfăşurare al reacţiilor biochimice şi biofizice.

2.7. Echilibrul proteolitic al apei. pH-ul apei

Ionizarea apei este o reacţie reversibilă, în care apa se comportă atât caacid, eliberând protoni, cât şi ca bază, acceptând protoni:



32

H2O + H2O ↔ H3O+ + HO-

Constanta de echilibru:

22

3

O H

HOO H K

Deoarece [H2O] = constantă , ionizarea fiind foarte redusă, se poateinclude în KH2O:Deci:

O H

K HOO H O H K 23

2

2

KH2O se numeşte produs ionic al apei sau constantă de autoprotoliză carepentru apă pură şi orice soluţie apoasă, la temperatură constantă are o valoareconstantă.

KH2O variază cu temperatura.Ex: La temperatura de 22 ºC, KH2O=1∙10-14 ion g/l25 ºC, KH2O=1,27∙10-14 ion g/l30 ºC, KH2O=1,89∙10-14 ion g/l

Având în vedere că în apa pură [H3O+] = [HO-], din valoarea produsului ionic al

apei se poate calcula:

714

31010

2

O H

K HOO H ion gram/l

Dacă în apa pură se adaugă un acid, concentraţia în ioni [H3O+] creşte,

devine mai mare decât 10-7 ioni gram/l iar a ionilor [HO-] scade, astfel ca în bazalegii echilibrului chimic, produsul ionic să se menţină constant la 10-14 ioni gram /l

Dacă în apa pură se adaugă o bază concentraţia de ioni HO - creşte,devine mai mare decât 10-7 ioni gram/l iar a ionilor [H3O

+] scade astfel că, înbaza aceleiaşi legi produsul ionic se menţine constant la valoarea de 10-14 ionigram/l.

Caracterul acid sau bazic al unei soluţii se exprimă mai simplu prinnoţiunea de pH sau exponent al activităţii ionilor de hidrogen

pH = - log [H3O+]

În apa pură: pH = - log 10-7 = 7 În mod similar : pOH = -log [OH-] În apa pură : pOH = -log 10-7 =7, deci pH = pOH = 7 Într-o soluţie, între pH şi pOH valabilă relaţia

pH + pOH = 14



33

Valorile pH-ului şi pOH-ului corespunzătoare diferitelor concentraţii aleionilor de hidroniu şi hidroxil, alcătuiesc scara acidităţii şi bazicităţii soluţiilor

Tabel 2.3 Scara de pH şi pOH

Mediu Acid Ne-utru

Bazic

pH 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

[H3O+] 1 10

-10

-10

-10

-10

-10

-10

-10

-

810

-10

-

1010

-

1110

-

1210

-

1310

-

14

[OH-] 10

-

14

10-

13

10-

12

10-

11

10-

10

10-

10-

10-

10-

6

10-

10-

10-

10-

10-

1

pOH 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

2.8 Circuitul apei în natură

Circuitul apei în natură este influenţat de o serie de factori carecondiţionează anumite procese fizice si chimice din atmosferă, determinândumiditatea atmosferică şi chiar climatul regiunii respective. Aceşti factori carealcătuiesc baza circuitului apei în natură ar fi evaporarea, condensarea şiprecipitaţiile.

Importanţa circulaţiei apei în natură este foarte mare, ea constituind, înprimul rând, legătura dintre diferitele unităţi ale hidrosferei, mijlocind schimbul deapă dintre domeniul marin si cel continental.

În funcţie de metodele folosite şi de precizia măsurătorilor, rezultatele

referitoare la datele volumetrice ale circuitelor sunt foarte diferite.Printr-o analiză mai profundă a procesului circulaţ iei apei în natură, se observăcomplexitatea acestui proces, fiind alcătuit din mai multe circuite, aflate într -osuccesiune bine determinată. Astfel, se pot distinge foarte uşor , două circuite:unul local, sau circuitul mic si unul mare sau universal.

Circuitele locale sau mici se petrec fie deasupra oceanului planetar, fiedeasupra maselor de apă continentale şi se caracter izează prin succesiunea atrei procese: evaporare, condensare si precipitare atmosferică. Se formează,astfel, un circuit local oceanic şi/sau un circuit local continental.

Circuitul universal sau mare. Din imensa cantitate de apă care se ridică

sub formă de vapori de pe suprafaţ a oceanului planetar, o însemnată parte estetransportată deasupra continentelor, unde condensează şi cade sub forma deploi, zăpezi, grindină. Dar, după ce ajunge la suprafaţa uscatului, apa dinprecipitaţii, urmează diferite căi:

parte, se scurge fie in oceanul planetar, fie in locuri mai joase fără ieşire lamare, constituind procesul scurgerii de suprafaţă sau scurgereasuperficială;



34

alta parte se infiltrează în scoarţa terestră, unde, dacă întâlneşte un stratimpermeabil inclinat, se scurge prin porii rocilor de deasupra, în direcţ iapantei acestuia, constituind scurgerea subterană, ce poate ajunge uneoripână în oceane şi mări.Prin intermediul scurgerii superficiale şi al celei subterane, apele se întorc

astfel, din nou în oceanul din care s-au evaporat. Acest fenomen de ansamblu,constituie circuitul universal sau mare. El este mai complex decât cele locale,cuprinzându-le şi pe acestea, şi incluzând pe lângă evaporare, condensare,precipitaţie atmosferică şi procesele de scurgere superficială şi subterană. Esteprintre altele, fenomenul care asigură curgerea râurilor la nivel continental.Măsurătorile făcute de-a lungul mai multor zeci de ani, demonstrând că nu existăschimbări esenţiale î ntre nivelul oceanului universal şi debitul râurilor, în general;din contră există un echilibru.

Volumul uriaş de apă de pe pământ face ca intervenţia directă a omului încirculaţia globală a acesteia să fie relativ neînsemnată. Totuşi, în ultimele decade

ale acestui secol, mai ales pe plan regional, omul influenţează direct sau indirectcirculaţ ia apei, amploarea acestei influenţe fiind, cu atât mai mare, cu cât volumulde apă ce aprovizionează regiunea respectivă este mai redus.

Acumularea apei în lacurile de baraj, irigaţ iile, utilizarea apei desalinizatetind să reţină apa pe continente o perioadă mai lungă de timp decât î n modnatural.

Pe de altă parte, reducerea suprafeţelor împădurite, dezvoltareaagriculturii şi industriei au ca rezultat accelerarea scurgerii apei în oceane siperturbarea echilibrului hidric al unor regiuni continentale, prin aridizareaclimatului. Concomitent se produce o încetinire a ritmului de reîmprospătare a

apei prin fotosinteză – respiraţ ie, efect al reducerii covorului vegetal şi poluării.Precipitaţiile atmosferice căzute pe suprafaţa uscatului constituie sursaapelor cur gătoare, precum şi a apelor subterane (prin procesul infiltraţiei). Apelecurgătoare varsă în oceane o cantitate considerabilă de apă, volumele ajungândla aproximativ 35.200 km3 .

În acelaşi timp, de pe suprafaţa oceanului se ridică, prin evaporare,cantităţi imense de apă (447.900 km3) anual, cu care se alimentează înpermanenţă atmosfera.

Procesul relativ complicat al trecerii din hidrosferă în atmosferă şi apoi dinnou în hidrosferă constituie fenomenul circulaţiei apei în natură, evaporarea şigravitaţia, reprezentând principalele forţe care determină mecanismul acestuia.

În cadrul acestui circuit nu se realizează doar o deplasare mecanică a uneimase oar ecare de apă din domeniul marin în cel atmosferic, apoi î n cel terestru,pentru a reveni de unde a plecat, ci este un proces mult mai complex careimplică toate fenomenele amintite mai sus.



35

Capitolul 3. Compoziţia apelor naturale

3.1. Factorii care influenţează compoziţia chimică a apelor naturale

Apele naturale (de suprafaţă şi subterane) din punct de vedere chimic nusunt pure, ci pot fi considerate soluţii ale diferitelor substanţe (solide, lichide şigazoase) care sunt dizolvate în ea.Din punctual de vedere al compoziţiei chimice a apelor naturale trebuie luate în

considerate cel puţin două procese: Apa în relaţie cu atmosfera Apa în relaţie cu mineralele şi rocile;

Cea mai curată apă naturală este considerată apa meteorică, dar nici ea nu estepură din punct de vedere chimic. În prima fază ploile spală particulele dinatmosferă (pulberi minerali şi particule organice) şi vin în contact cu gazelecomponente ale acesteia (N2, NO2, NH3, SO2, H2S, CO2, O2 etc.).

Dizolvarea mineralelor şi rocilor în apă depinde de mai mulţi factori: Natura rocilor minerale; Suprafaţa de contact (granulometria şi porozitatea rocilor);

Timpul de contact; Temperatura; pH-ul apei; Potenţialul de oxido – reducere al apei;

Unele minerale se dizolvă în apă fără producerea unor reacţii chimice (clorurilealcaline, calcarul, gipsul etc.) iar altele se dizolvă în urma unor procese complexe(hidroliza, hidratarea, oxido – reducerea, activitatea microorganismelor etc.).

În descompunerea mineralelor, fenomen ce determină în final compoziţia chimicănaturală a apelor, ecosistemele terestre joacă un rol major. Dizolvarea calcarelor şi descompunerea silicaţilor sunt dependente de concentraţia H2CO3 din soluţie.

Valoarea ridicată a pCO2 (presiunii parţiale a CO2) în aerul interstiţial din sol estedeterminată în mare măsură de metabolismul plantelor (respiraţia) şi dedescompunerea materiilor organice din sol. Pe de altă parte între ratadescompunerii plantelor şi rata fotosintezei există o relaţie de interdependenţădirectă, adică rata fotosintezei poate constitui o măsură a ratei descompuneriirocilor, deci a compoziţiei chimice naturale a apelor. Pe de altă parte fotosinteza



36

depinde de condiţiile meteorologice (temperatură, insolaţie) şi de conţinutul îngaze O2 şi CO2 din atmosferă.Principalele procese prin care au loc la trecerea diferiţilor ioni în ape sunt:

Reacţiile de dizolvare

Simpla dizolvare a mineralelor, fără schimbarea proprietăţilor sau producerea dealte fenomene este relativ rară în natură. Printre mineralele care suferă dizolvaresimplă putem aminti: cuarţul (solubilitatea la 25 C este de 6 mg/l), clorura desodiu (solubilitatea de 391 g/l), gipsul şi anhidrida sa (CaSO4.2H2O, CaSO4)(solubilitate de 2-3 g/l).

Dizolvarea prin hidratareHidratarea reprezintă fenomenul de pătrundere a apei în sistemul reticular alcristalelor şi formarea unor compuşi chimici cu un anumit număr de molecule deapă. Numărul de molecule de apă variază la acela compus cu temperatura şi cuumiditatea atmosferică

CuSO4 CuSO4.H2O CuSO4.3H2O CuSO4.5H2O

Prin hidratare, mineralele devin mai labile şi deci în final uşor solubile. Dizolvarea prin hidroliză

Hidroliza este un proces chimic important prin care se realizează atacul apeiasupra mineralelor din roci. Sărurile formate din acizi slabi cu baze tari, acizi taricu baze slabe sau acizi slabi cu baze slabe suferă fenomenul de hidroliză, adicăformează compuşi disociaţi:

CaCO3 + 2H2O = Ca(OH)2 + H2CO3FeSO4 + 2H2O = Fe(OH)2 + H2SO4

Al2(SO4)3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2SO4 CuS + 2H2O = Cu(OH)2 + H2S

Reacţii de carbonatare În funcţie de natura rocilor distingem: alterarea prin carbonatare a rocilor cuconţinut de carbon şi a rocilor silicioase.

Alterarea rocilor calcaroaseDescompunerea rocilor calcaroase prin carbonatare are loc conform reacţiei:

CaCO3 + (H2O+CO2) = Ca(HCO3)2

în care sub acţiunea apei meteorice încărcată cu dioxid de carbon din atmosferăo rocă greu solubilă (carbonat de calciu) trece într -o formă uşor solubilă(carbonat acid de calciu).

Alterarea rocilor bogate în siliciu



37

Alterarea rocilor silicatate este cu mult mai complexă decât alterarea celor carbonatice. Puţini dintre silicaţii minerali se dizolvă complet în timpul alterării(hidrolizei). Mineralele noi formate sub acţiunea apelor oxidante şi carbonatateau o chimie complicată. Şi aici un rol important are dioxidul de carbon dizolvat înapă, care atacă aceste minerale. Fenomenul este condiţionat de rata de

reîmprospătare a dioxidului de carbon consumat din apă, reîmprospătareprodusă prin transport ascensional de CO2, rezultat din fenomene metabolice şide descompunere din sol.

Reacţii de oxidare Î n mediile supuse alterării prin oxidare, o serie de elemente îşi modifică legăturilelor prin valenţă. În funcţie de gradul lor de răspândire doar 4 elemente suntimportante cantitativ: carbonul, sulful, fierul şi însuşi oxigenul.

Oxidarea compuşilor carbonului

Rata terestră totală anuală estimată de producere de carbon în compuşii săi (defixare din CO2 – prin fotosinteză, reacţii chimice) este de cca 7% din cantitateatotală de CO2 din atmosferă. Fotosinteza la nivelul mărilor şi oceanelor fixeazăalte 4 % din rezerva de CO2 atmosferic. Asta înseamnă că, dacă nu ar exista oreîntoarcere a carbonului fixat în atmosferă, CO2 – ul ar dispărea în cca 9 ani. Unastfel de eveniment este imposibil, deoarece rata fotosintezei scade o dată cuscăderea concentraţiei CO2. Plantele în procesele metabolice nu numai fixeazădioxidul de carbon din atmosferă prin fotosinteză ci o şi cedează prin procesul derespiraţie. De asemenea oceanele cedează continuu acest gaz spre atmosferă.De fapt la nivel planetar există un echilibru între rata fixării carbonului din

atmosferă şi rata cedării carbonului fixat, în atmosferă (respiraţie,descompunere).

Oxidarea sulfuluiSulful din crusta pământului este răspândit aproape egal între sulfaţi şi sulfuri.Dintre sulfaţi cei mai importaţi compuşi din scoarţa terestră sunt gipsul şianhidrida sa, a căror solubilizare s-a prezentat anterior. Dintre sulfuri cea maiimportantă este pirita (FeS2). Prin oxidarea piritelor şi a altor sulfuri de fier, Fe2+ trece în Fe3+ iar S2- în SO4

2+, conform reacţiilor:

FeS2 + 7/2O2 + H2O Fe

2+

+ 2SO4

2-

+ + 2H

+

Fe2+ + 1/2O2 + H+ Fe3+ + 1/2H2OFe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+

FeS2 + 14Fe3+ + 8 H2O 15Fe2+ + 2SO42- + 16H+

Ionii de hidrogen eliberaţi cu ionii de sulfaţi formează acidul sulfuric, un aciddeosebit de agresiv, care atacă mineralele din sol. Carbonaţii insolubili suntdizolvaţi conform reacţiei:



38

CaCO3 + 2H+ + SO42+ + H2O CaSO4.2H2O + CO2

Mineralele silicatate (feldspaţii, minerale feromagneziene) reacţionează atât cuacidul sulfuric cât şi cu acidul carbonic, eliberând Na+, K+, Ca2+ şi Mg2+. La

temperatura şi pH-ul normal a apelor subterane, oxidarea Fe2+ la Fe3+ serealizează într -un timp relativ scurt (ore sau zile), oxidarea bacteriană fiind deimportanţă minoră comparativ cu oxidarea anorganică. Dizolvarea piritelor prinoxidare creează un mediu puternic acid, care întrând în reacţie cu mineralele dinzonă eliberează căldură. Aceste condiţii speciale (pH de 1-2,5 şi temperaturiridicate) favorizează apariţia şi dezvoltarea unor sulfo – şi ferobacterii, careutilizează energia eliberată de reacţia de oxidare a fierului şi a sulfurilor înpropriul metabolism. În aceste situaţii oxidarea bacteriană domină oxidareachimică.

Oxidarea fierului bivalentIonii feroşi din minerale şi soluri sunt eliberaţi ca rezultat al acţiunii aciduluicarbonic şi acidului sulfuric şi ulterior sunt oxidaţi în ioni ferici. Aceştia în condiţiinormale de pH, precipită sub formă de Fe(OH)3 şi chiar în solurile puternicoxidate, doar o mică parte din Fe3+ va rămâne în ape sub formă dizolvată. Înanumite condiţii reducătoare, în schimb Fe2+ nu este oxidat în Fe3+, deci existăposibilitatea ca o cantitate mai mare de fier să ajungă în ape sub formă dizolvată.

Alte procese

Dizolvarea datorită pH-ului În mod normal pH-ul apelor naturale se situează în jurul valorii de 7, mai exact înintervalul 6,5 – 8,5.

Atunci când apele conţin acizi humici, acid carbonic sau sulfuric sunt solubilizate în primul rând rocile alcaline. Atunci când apele au conţinut ridicat de carbonaţi alcalini şi alcalino-pământoşi,deci au caracter alcalin (pH7), vor solubiliza rocile cu minerale acide (sulfaţii,azotaţii).

Dizolvarea sub influenţa bacteriilor

Materiile organice moarte sunt descompuse de către bacterii, rezultând printrealtele şi acizi humici. De asemenea prezenţa unor fero şi sulfobacterii duce laformarea acizilor minerali. Aceşti acizi contribuie la solubilizarea unor minerale.

Antrenarea unor componenţi

Argilele şi marnele au conţinuturi scăzute în săruri solubile, de asemenea fiindimpermeabile pot dizolva doar sărurile existente în straturile de la suprafaţă. În



39

funcţie de granulozitatea nisipurilor, argilelor sau a marnelor apele pot fi limpezi(granulozitate mare) sau tulburi din cauza particulelor antrenate (nisipuri fine).

Apele care spală astfel de soluri sunt scăzute în minerale.

Adsorbţia şi schimbul ionic

În procesele de la interfaţa apă/solid se disting două aspecte caracteristice: adsorbţia ionilor minerali de către substanţele solide (coloidale, în

suspensie sau depuse);schimbul ionic dintre soluţia apoasă şi rocile de contact;

Particulele coloidale de humus şi de argile din apă adsorb la suprafaţa lor diferiţiioni: K+, Na+, NH4

+, Fe2+, Fe3

+, Cl-, SO42-, PO4

3- etc., reducând astfel concentraţialor din apă.

Argilele, humusul şi turba au şi capacitatea de a schimba ioni din apă. Printrecerea apelor peste argile, acestea reţin ioni de Ca2+ şi eliberează ioni de Na+.

Argilele bogate în calcar reţin amoniul şi potasiul din apă în schimbul ionului de

calciu.Procesele de adsorbţie la suprafaţă şi prin schimb ionic pot modifica sensibilcompoziţia chimică a apelor naturale.

3.2. Compoziţia chimică a apelor naturale

Luând în considerare cele discutate mai sus putem deduce că apelenaturale au o compoziţie complexă, dar principalele componente chimiceprezente în apă se pot clasifica în următoarele grupe:

3.2.1 Ioni de hidrogen şi ionii multor săruri, suspensii minerale şi organiceprovin din litosferă. Principalele elemente componente ale suspensiilor mineralesunt: cationii - calciul, magneziul, sodiul, potasiul, fierul şi anionii - carbonat,bicarbonat, clorură, sulfat, sulfură, azotat, azotit şi fosfat, legaţi sub formă desăruri;

3.2.2. Gazele dizolvate – care se găsesc în apă în diverse proporţii, caredepind în principal de natura gazului, de prezenţa altor substanţe, detemperatură şi de presiune. În general, ele pot proveni din aer, din respiraţiaplantelor şi animalelor, din descompuneri şi putrefacţii sau din activitateadiferitelor bacterii. Cele mai importante gaze prezente în apă sunt: oxigenul,dioxidul de carbon, azotul, metanul, amoniacul, hidrogenul sulfurat;

3.2.3. Materii (combinaţii) organice – formate din resturi ale organismelor vegetale şi animale (detritus) care au trăit în mediul acvatic, în stare mai mult saumai puţin mineralizată;

3.2.4. Metale – sub formă de acuo-complecși şi metale sub formă de urmesau metale sub formă de suspensii.



40

3.2.1. Ionii de hidrogen şi ionii multor săruri, suspensii minerale şi organice

Concentraţia ionilor de hidrogen este relativ mică, dar aceşti ioni existăpermanent în apă ca rezultat al procesului de ionizare a apei, conform reacţiei:

H2O ↔ H+ + OH-

Concentraţia ionilor de hidrogen determină caracterul acid al apei prinindicele de hidrogen (pH), care reprezintă şi o proprietate calitativă a apei. Aşacum am definit mai sus pH-ul este definit ca fiind logaritmul cu semn schimbat alconcentraţiei ionilor de hidrogen, exprimată în moli/l.

pH = - lg [H+]unde [H+] reprezintă concentraţia molară a ionilor pozitivi de hidrogen.

Indicele de hidrogen se poate calcula din constanta de echilibru aprocesului de disociere sau ionizare (autoionizare) a apei

În apele naturale, concentraţia ionilor de hidrogen depinde şi de disociereaşi hidroliza altor compuşi, cum ar fi dioxidul de carbon şi derivaţii lui, acizii

organici humici şi sărurile metalelor grele. Acizii minerali slabi, cum ar fi acidul silicic, fosforic, sulfhidric din cauzaconcentraţiilor şi constantelor lor de disociere mici, au un rol neînsemnat asupraconcentraţiei ionilor de hidrogen. pH-ul poate fi mult influenţat de gradul deimpurificare al apelor cu reziduuri industriale.Pentru majoritatea apelor naturale pH-ul depinde de raportul concentraţiilor acidului carbonic şi ionilor lui. Acesta în apă disociază astfel:

H2CO3 ↔ H+ + HCO3-

Ionii carbonat acid, HCO3- prezenţi în apele naturale provin în mică măsură

din disocierea acidului carbonic, majoritatea lor provenind din disocierea

bicarbonaţilor de calciu, Ca(HCO3)2 şi de magneziu, Mg(HCO3)2. Fenomenul este însoţit de micşorarea concentraţiei ionilor H+, respectiv de micşorarea pH-ului, şiconduce la accentuarea caracterului bazic al apei, datorită următoarei reacţii:

HCO3- + H2O ↔ H2CO3 + OH-

Schimbarea valorii pH-ului apelor este în strânsă legătură cu procesele deformare şi descompunere a substanţelor organice, de care depinde deasemenea micşorarea sau creşterea concentraţiei acidului carbonic. De aceea,valoarea pH-ului se schimbă în funcţie de intensitatea iluminării apei (anotimp),de temperatură, de conţinutul de oxigen dizolvat în apă. Din aceste motivevalorile pH-ului apelor prezintă oscilaţii sezoniere şi chiar zilnice.

În general, în apele de râu, valoarea pH-ului variază între 6,5 şi 8,5; înapele subterane între 5,5 şi 7,5; în apa precipitaţiilor atmosferice între 4,5 şi 6,1;

în apa oceanelor între 7,9 şi 8,3; în apa izvoarelor între 1,0 şi 4,5 etc. După valoarea pH-ului lor apele se pot clasifica în 7 grupe, conform

tabelului nr. 3.1Restul ionilor prezenţi în apele naturale provin din descompunerea sărurilor decalciu, magneziu, sodiu şi potasiu ale acizilor carbonic, clorhidric şi sulfuric. Ioniiprezenţi sunt: Ca2+, Mg2+, Na+, K+, HCO3

-, CO32-, Cl-, SO4

2-.



41

Tabel nr. 3.1 Tipuri de ape naturale, după pH-ul lor

Nr. Crt. Tipul de apă Domeniul de pH

1 Ape oxidante 3,02 Ape acide 3,0 - 53 Ape slab acide 5,0 - 6,4

4 Ape neutre 6,5 - 7,55 Ape slab bazice 7,6 - 8,56 Ape alcaline 8,6 - 9,57 Ape puternic alcaline 9,5

Ionii de calciu Ca2+

Este întâlnit în apele naturale sub formă de bicarbonat de calciu saucarbonat acid de calciu, rezultat în cea mai mare parte din dizolvarea rocilor

calcaroase. Fenomenul de dizolvare a rocilor are loc în prezenţa dioxidului decarbon. O cantitate mai mică de ioni de calciu, este prezentă sub formă de sulfatde calciu sau fosfat acid de calciu, iar în concentraţii extrem de mici, se

întâlneşte sub formă de carbonat neutru de calciu CaCO3, cunoscută fiindinsolubilitatea sa în apă.

Calciul se întâlneşte sub forma ionizată, Ca2+ doar în apele slabmineralizate. Odată cu creşterea mineralizării apei, ionii de calciu formeazălegături cu diferiţi anioni, rezultând astfel săruri cu solubilitate mică, cum ar ficarbonatul de calciu sau sulfatul de calciu.

Calciul constituie principala componentă care imprimă duritatea şi

alcalinitatea apei, favorizând dezvoltarea normală a plantelor precum şidezvoltarea scheletului osos al organismelor acvatice. Elementul magneziucontribuie alături de calciu la duritatea apei şi la constituirea rezervei alcaline aapei.

Calciul şi în aceeaşi măsură fosforul din apele naturale, suntindispensabile dezvoltăr ii organismelor acvatice.

Concentraţia ionilor de calciu din apele naturale variază, în mod obişnuit, între 50-200 mg/dm3, prezentând adesea variaţii sezoniere.

Ionii de magneziu Mg2+

La fel ca şi calciul, magneziul este prezent în apele naturale datorităprocesului de dizolvare a rocilor şi solurilor, în special în urma spălării terenurilor de către ape cu conţinut ridicat de dioxid de carbon, când se formează cantităţimari de bicarbonat de magneziu, Mg(HCO3)2. În apele dulci, raportul Ca2+:Mg2+ este de aproximativ 5:1, iar în apele sărate sau amare cantitatea de magneziucreşte pe seama sulfatului de magneziu, sau a clorurii de magneziu etc. Îngeneral, sărurile de magneziu contribuie într -o măsură mai redusă, la duritateaapei şi la sistemul său tampon. Prezenţa în apele naturale a unor cantităţi relativ



42

mici de magneziu are o influenţă favorabilă asupra dezvoltării plantelor şianimalelor.

Concentraţia ionilor de magneziu în apele naturale variază în mod obişnuit în funcţie de anotimp, valorile înregistrate fiind cuprinse între 50 şi 150 mg/dm3.Cantităţile cele mai mari de ioni magneziu se înregistrează pentru debite minime,

în perioadele de secetă prelungită iar cantităţile cele mai mici în timpul viiturilor.

Ionii de sodiu şi potasiu (Na+, K+)

Cationii de sodiu, Na+ şi potasiu, K+ se găsesc în apele dulci în cantităţimult mai mici în comparaţie cu cantităţile înregistrate pentru cationii de calciu şimagneziu. Aceşti cationi sunt prezenţi în apele naturale, în special, sub formă decloruri şi bicarbonaţi. Ionii de sodiu se găsesc dizolvaţi în apă în timp ce ionii depotasiu se află mai mult în compoziţia suspensiilor solide dispersate în apă. Ioniide potasiu se adsorb la nivelul solului şi rocilor, fiind necesari plantelor mai multdecât sodiul. Experimental, a fost dovedită influenţa pozitivă a îngrăşămintelor

potasice pentru dezvoltarea plantelor acvatice şi puietului de peşte. Concentraţia în apele naturale, atât pentru sodiu cât şi pentru potasiu estecuprinsă între 10 şi 50 mg/dm3.

Ionul clorur ă, Cl-

Ionii clorură prezintă în mediu apos o mare mobilitate-capacitate demigraţie, fiind întâlniţi în toate tipurile de ape naturale. Ionii de clor, Cl - prezenţi înapele naturale nu formează minerale greu solubile, nu sunt adsorbiţi de cătresistemele coloidale şi nu se acumulează la nivelul organismelor vii, în procesulde bioacumulare. Se întâlnesc în concentraţii mari în apele puternic mineralizate

cum ar fi: apa de mare, apa lacurilor sărate şi unele ape subterane. Concentraţiaionilor de clor din apele naturale şi mai ales oscilaţiile ei pot servi drept criteriu deapreciere asupra calităţii apei. Concentraţiile mari indică de obicei o poluare cureziduuri de tip menajer sau industrial.

Concentraţia maximă admisă în apele naturale este de 300 mg/dm3.

Ionul sulfat, SO42-

Ca şi ionii clorură, ionii sulfat sunt mult răspândiţi în toate tipurile de ape desuprafaț ă. Forma ionică, SO4

2- este caracteristică apelor puternic mineralizate.Odată cu creşterea conţinutului de săruri din apă, sulfaţii tind să formeze perechide ioni asociate, de tipul CaSO

4şi MgSO

4.

Ionii sulfat sunt din punct de vedere biologic, instabili. În lipsa oxigenului, încondiţii anaerobe, sub acţiunea bacteriilor sulfato-reducătoare pot fi reduşi pânăla hidrogen sulfurat, H2S. Hidrogenul sulfurat astfel format, în condiţii aerobe, subacţiunea oxigenului, este oxidat până la sulf sau chiar până la ionul sulfat, SO4

2-.Concentraţia ionilor sulfat este limitată de solubilitatea scăzută a sărurilor

de tip sulfat. Concentraţia ionilor sulfat în apele naturale este influenţată degradul diferit al mineralizării apei în diferite perioade ale anului, funcţie de



43

procesele de oxido-reducere, de starea biologică a rezervoarelor precum şi deactivitatea industrială şi gospodărească a omului.

Concentraţia maximă admisă în apele naturale este de 400 mg/dm3.

Ionii carbonat acid HCO3- şi carbonaţi (neutri) CO3

2-

Ambele tipuri de anioni, carbonaț i acizi şi carbonaţi , există în apelenaturale sub formă dizolvată şi doar o mică parte de carbonaţi se pot întâlni subformă de suspensie sau în stare coloidală, mai ales sub formă de carbonat decalciu, CaCO3.

Între anionii carbonat şi carbonaţi acizi există un echilibru dinamic,deoarece acidul carbonic disociază în două trepte:

H2CO3 ↔ H+ + HCO3- ↔ H+ + CO3

2- În mod obişnuit, anionii carbonat şi carbonaţi acizi sunt întâlniţi în apele

naturale cu mineralizare mare. Pe parcursul anului, cantităţile de anioni carbonatşi carbonaţi acizi, se modifică, în funcţie de anotimp. Sistemul carbonic prezintă

în apele naturale o stare de echilibru extrem de complexă. Conţinutul total estedat de suma:Σ CO2 = [CO2] + [H2CO2] + [HCO3

-] + [CO32-] moli/l

Componenţii de bază ai acestui sistem depind de echilibrul întreconcentraţia acidului carbonic şi concentraţia ionilor de calciu, deoarececarbonatul de calciu are solubilitate mică. Raportul între concentraţiile derivaţilor sistemului carbonic este funcţie de pH, iar acest raport este prezentat în tabelulnr. 3.2.

Tabel nr. 3.2 Concentraţiile sistemului carbonic în funcţie de pH

Formaderivatului

pH

4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0H2CO3+CO2 99,7 96,2 71,5 20,0 2,4 0,2 -HCO3

- 0,3 3,8 28,5 80,0 97,2 95,2 20,4CO3

- - - - - 0,4 4,6 29,5

Mineralizarea apelor

Mineralizarea se defineşte ca fiind concentraţia totală a sărurilor prezente în apele naturale şi este dată de principalii ioni. Pentru apele cu conţinut mare deioni se întrebuinţează şi termenul de salinitate.

Mineralizarea apei se modifică în corelaţie cu schimbările sezoniere şi estespecifică fiecărei ape. După salinitate, apele naturale se clasifică în patrucategorii, conform tabelului nr. 3.3.

Indicatorul chimic prin care se determină mineralizarea apelor este reziduufix la 105 0C sau la 180 0C. Concentraţia maximă admisă pentru acest parametru

în apele naturale este de 1 g/dm3.



44

Tabel nr. 3.3. Clasificarea apelor naturale după salinitate

Salinitatea, în g/dm

Tipul de apă

Până la 1,0 dulce1,0 – 25,0 salină

25,0 – 50,0 sărată

> 50,0 saramură

Substanţele biogene

Prin substanţe biogene se înţeleg acele substanţe minerale care participăefectiv în activitatea vitală a organismelor acvatice vii. Din categoria substanţelor biogene fac parte: compuşii azotului (NH4

+, NO2-, NO3

-), compuşii fosforului(H2PO4

-, HPO42-, PO4

3-), compuşii siliciului (HSiO3-, SiO3

2-), compuşii f ierului(Fe2+, Fe3+) şi unele microelemente. Evidenţierea acestor grupe de compuşi este

convenţională, deoarece în activitatea organismelor vii mai participă şi alteelemente (Ca2+, Mg2+, K+). Prima categorie menţionată mai este cunoscută şi subdenumirea de substanţe nutritive, deoarece fără ele nu este posibilă creşterea şidezvoltarea plantelor şi animalelor acvatice.

După unii autori substanţele biogene se împart în două categorii:nespecifice şi specifice. Sunt considerate elemente nespecifice, acele elementecare sunt utilizate de către toate categoriilor de organisme din ecosistem. Dincategoria elementelor nespecifice fac parte: azotul şi fosforul. Din categoriaelementelor biogene specifice fac parte elementele necesare doar anumitor categorii de organisme.

Rolul elementelor biogene nespecifice pentru organismele acvatice estesimilar rolului îndeplinit de îngrăşămintele cu azot şi fosfor pentru culturileagricole. Aceste substanţe există în apă în forme anorganice şi sunt transformatede organisme în forme organice. Ele constituie baza circuitului substanţelor nutritive, care prin acumulare la un anumit nivel, permite transmitereaelementului la nivelul următor. După moartea organismelor vii, au loc procese dedescompunere, în urma cărora elementele din compoziţia lor trec din nou înformă anorganică şi în felul acesta substanţele nutritive urmează un circuit

închis.Primăvara şi vara, perioada caldă a anului, în care activitatea biologică în

ecosistemele acvatice atinge cota maximă, se înregistrează reducerea treptată aconcentraţiei substanţelor biogene, viaţa biotei fiind limitată de cantitatea dehrană. Toamna şi iarna, perioada rece a anului, în care activitatea plantelor şianimalelor îşi micşorează ritmul, concentraţia substanţelor nutritive creşte.



45

Compuşii azotului.

Azotul prezent în apă poate fi folosit doar după fixarea lui de cătresistemele biologic, fixare care se realizează la nivelul algelor. Paralel cu fixarea,are loc şi sinteza compuşilor ce conţin azot cum ar fi amoniacul, conform

reacţiilor următoare: N2 → 2N (fixarea)

2N + 3H2 ↔ 2NH3 (sinteza)Deoarece în apă, amoniacul există sub forma hidratată (ionului amoniu) el

suportă fenomenul de nitrificare, care se desfăşoară în două trepte. Ambeletrepte reprezintă de fapt, reacţii de oxidare şi acestea au loc sub influenţabacteriilor – nitrozomonozele şi azobacteriile.

nitrozomonozele

2NH3 + 3O2 → 2H+ + 2NO2- + 2H2O

azobacterii

2NO2-

+ O2 → 2NO3-

Reacţia totală a procesului de nitrificare este următoarea:2NH3 + 4O2 → 2NO3

- + 2H+ + 2H2O Între produşii finali de oxidare este prezent ionul nitrat, formă sub care

azotul este asimilat de către plante şi utilizat ulterior la sinteza aminoacizilor şiproteinelor.

După moartea organismelor vii din mediul acvatic, alt tip de bacterii,numite bacterii de amonificare transformă azotul prezent în aminoacizi înamoniac. Are loc tot o reacţie de oxidare:

H2N – (CH2)n – COOH + n/2O2 → NH3 + (n + 1)CO2 + nH2Oaminoacid

Conform acestei transformări, amoniacul sau mai exact ionul amoniu se întoarce în circuit, contribuind astfel la restabilirea echilibrului în natură. Lasfârşitul ciclului, anionii nitrat şi nitrit se transformă prin denitrificare subacţiunea bacteriilor denitrificatoare în compuşi în stare gazoasă, în special subformă de azot elementar (N2) sau ca monoxid de diazot (N2O).

NO3- + carbon organic→ NO2

- + carbon organic → N2 + dioxid de carbon + apa Azotat Azotit Azot gazos

În condiţii normale, în sisteme acvatice neimpurificate, cantitatea de azot

fixată de către plante este egală cu cantitatea de azot gazos întors în mediu,circuitul azotului fiind relativ stabil.Din cauza întrebuinţării excesive a îngrăşămintelor cu azot, a dezvoltării

tehnologiilor care au condus la creşterea cantitativă a masei deşeurilor, acreşterii volumului apelor menajere şi creşterii populaţiei, procesele naturale dedenitrificare nu mai reuşesc să menţină echilibrul cantitativ al azotului în natură.Excesul de nitraţi reprezintă un mare pericol deoarece stimulează creşterea



46

excesivă a algelor şi conduce la fenomene nedorite cum ar fi “înflorirea apei” şieutrofizarea.

Cantitatea maximă admisă de ioni amoniu prezentă în apă este de 3mg/dm3, cantitatea maximă admisă de amoniac liber este de 0,3 mg/dm3,cantitatea maximă admisă de ioni azotat este de 40 mg/dm3 iar cantitatea

maximă admisă de ioni azotit este de 3 mg/dm3.

Compuşii fosforului.

Fosforul, se află în apele naturale sub formă de compuşi solubili,anorganici şi organici. Compuşii de natură organică există în apă în formăcoloidală. Sub acţiunea factorilor fizici, chimici şi biologici, fosforul trece relativuşor dintr -o formă în alta.

Principalii compuşi anorganici ai fosforului din apă sunt orto-, meta- şi

para- polifosfaţii. În apele naturale de suprafaţă, cel mai frecvent, se întâlnescderivaţi ai acidului ortofosforic. Acest fapt, se datorează disocierii acidului fosforic în trepte. Constantele de disociere corespunzătoare celor trei trepte sunt K1, K2 şiK3

K1

H3PO4 → H+ + H2PO4-

K2

H2PO4- → H+ + HPO4

2-

K3

HPO42- → H+ + PO4

3-

Specia chimică predominantă, în urma disocierii acidului fosforic estedependentă de valoarea pH-ului apei. Această dependenţă este prezentată subformă de procente în tabelul nr. 3.4 (Gh. Duca ş.a., 1995)

Tabel nr.3.4. Raportul speciilor fosforice, în funcţie de pH-ul apei

Anionii pH

5,0 6,0 7,0 8,0 8,5 9,0 10,0 11,0

H3PO4 0,1 0,01 - - - - - -H2PO4

- 97,98 83,67 33,9 4,88 1,6 0,51 0,05 -HPO4

- 1,91 16,32 66,1 95,12 98,38 99,45 99,59 99,53PO4

- - - - - 0,01 0,04 0,36 3,47

Circuitul fosforului este asemănător celui al azotului, rolul esenţial fiind îndeplinit tot de către bacterii. Pe scurt, circuitul cuprinde fosfor organic şianorganic, prezent fie în apă, fie la nivelul organismelor acvatice, iar legăturile serealizează prin intermediul bacteriilor, conform următoarei scheme:



47

Fosfor anorganic, Bacterii Fosfor organic,dizolvat dizolvat

Fosfor care se găseşte în organismele vii

Fosfaţii activi sunt întrebuinţaţi de către: fitoplancton, fitobentos(totalitateaplantelor care trăiesc pe fundul apelor) şi vegetaţia acvatică, în procesulfotosintezei active. Deoarece în rezervoarele de apă conţinutul lor poate săscadă foarte repede, o consecinţă a acestei scăderi se poate manifesta subforma încetinirii proceselor de creştere a algelor şi vegetaţiei.

Rezultatul pătrunderii în apele naturale a detergenţilor este impurificareaacestora cu compuşi ai fosforului. Până în pr ezent, nu s-a stabilit cu precizie,timpul de existenţă a diferitelor forme de fosfaţi în apele naturale. Încă, nu secunosc cu exactitate nici vitezele proceselor de schimb între diferitele forme

anorganice, dizolvate în apă şi formele coloidale.

Siliciul şi compuşii lui

Siliciul este unul din elementele care nu poate lipsi din apele naturale.Cantitatea de siliciu prezentă în apă nu este foarte mare şi variază din cauzasolubilităţii foarte mici a silicaţilor naturali, care constituie principala sursă acompuşilor siliciului din apele naturale. Unele săruri ale acidului silicic, denumitesilicaţi, sunt folosite de unele organisme pentru constituirea scheletului.

În afara căilor naturale, importante surse de siliciu sunt precipitaţiile atmosfericeşi apele uzate provenite de la fabricile de ceramică, sticlă, ciment, vopselesiliconice, cauciuc silicono-organic, diverse materiale liante. Aceste apereziduale, odată ajunse în apele naturale, măresc concentraţia în siliciu şifavorizează dezvoltarea organismelor care concentrează siliciul în corpurile lor.

Până în prezent cunoştinţele asupra formelor de migrare ale siliciului înapă sunt incomplete şi nu foarte precise.

Siliciul din apele naturale se găseşte sub forma sărurilor acidului silicic şipolisilicic sau sub formă coloidală, în combinaţii de tipul xSiO2∙yH2O, dar formacoloidală este până în prezent mai puţin studiată. Este cunoscut totuşi faptul căprezenţa formei coloidale în apă asigură stabilizarea acizilor humici în sedimentulde fund.

Acizii polisilicici au o compoziţie variată, dar în cadrul lor, speciile pot fireprezentate cu ajutorul formulei generale mSiO2∙nH2O, în care m şi n suntnumere naturale întregi, cum ar fi:

- cazul m = 2 şi n = 1 din care rezultă 2SiO2∙H2O = H2Si2O5;- cazul m = 2 şi n = 3 din care rezultă 2SiO2∙3H2O = H6Si2O7;- cazul m = 3 şi n = 2 din care rezultă 3SiO2∙2H2O = H4Si3O8



48

Polimerizarea este favorizată de mărirea concentraţiei acidului silicic însoluţie şi de micşorarea pH-ului şi temperaturii. Se presupune că acidul silicic arestructura acidului ortosilicic H4SiO4. Acesta, la disociere formează o serie dederivaţi, dintre care pentru alge prezintă importanţă deosebită anionul H3SiO4

-:H4SiO4 ↔ H+ + H3SiO4

-

În tabelul nr. 3.5. este prezentată în procente variaţia raportului între forma acidulsilicic nedisociat şi anionul H3SiO4

-, care depinde de pH.

Tabel nr. 3.5. Raportul procentual între forma acidul silicic nedisociat şi anionul H3SiO4- funcţie de pH.

Forma pH-ul

5,0 6,0 7,0 8,0

H4SiO4 99,9 98,6 87,7 41,5H3SiO4

- 0,1 1,4 12,3 58,5

Conţinutul de acid silicic în râuri este cuprins între 10 - 20 mg/dm3, în mări

şi oceane este între 0,5-3 mg/dm

3

, iar în apele subterane între 20 - 40 mg/dm

3

,putând ajunge în unele cazuri chiar la 2000 - 3000 mg/dm3.Cele mai mari concentraţii de acid silicic le au apele termale, deoarece

temperatura influenţează pozitiv dizolvarea sărurilor acidului silicic în apă. Circuitul acvatic al siliciului se aseamănă cu cel al azotului şi al fosforului,

numai că acesta, niciodată nu limitează dezvoltarea vegetaţiei acvatice.

Fierul.

Deşi este unul dintre cele mai răspândite elemente din scoarţa terestră(4,3 %), din cauza capacităţii sale mici de migrare, concentraţia lui în apelenaturale este neînsemnată cantitativ. În ape naturale, de obicei se găseşte subforma cationilor Fe2+ şi Fe3+. Ferul bivalent migrează mai uşor în medii acide (pH= 5,5) şi mai greu în medii neutre sau slab bazice. În prezenţa oxigenului liber,Fe2+ fiind instabil, trece în Fe3+ care se caracterizează printr -o capacitate demigrare mult mai mică. Trecerea continuă a Fe2+ în Fe3+, are loc în ambelesensuri şi este des întâlnită în natură. Această mişcare continuă are mareimportanţă în hidrochimie.

Microelementele prezente în apă.

Cer cetarea chimică a proceselor vitale a dus la concluzia că organismelefolosesc nu numai substanţe proteice, hidraţi de carbon şi lipide, ci şi o serie dealte componente, constituente ale organismelor, depistate în cantităţi extrem demici, dar care au un rol fiziologic deosebit de important.



49

Microelementele reprezintă categoria de elemente care se întâlnesc înapele naturale în cantităţi extrem de mici. În această grupă intră elementele carenu au fost incluse în cele patru grupe predominante ale componenţilor apelor naturale.Microelementele sunt clasificate în cinci grupe:

– cationi tipici: Li+, Rb+, Cs+, Be2+, Fr + etc.; – cationii metalelor grele: Cu2+, Ag+, Au+, Pb2+, Fe2+, Ni2+, Co2+ etc.; – cationi cu rol de agenţi de complexare amfoteri: Cr, Mo, V, Mn etc.; – anioni tipici: Br -, I-, F- etc.; – elemente radioactive.

Pe măsura cunoaşterii tot mai exacte a compoziţiei apelor naturale, listamicroelementelor se va completa. Interesul faţă de ele este în strânsă legăturăcu faptul că s-a stabilit în mare măsură şi rolul lor fiziologic, care este extrem deimportant pentru viaţa organismelor vii.

De exemplu: cuprul intră în compoziţia corpusculilor roşii sanguini şi în

pigmenţii respiratorii (hemocianina) ai animalelor nevertebrate. Unelemicroelemente intră în compoziţia fermenţilor, hormonilor şi vitaminelor. Multedintre ele influenţează starea de sănătate a animalelor şi omului, intrând în lanţultrofic.

În general, lipsa sau excesul unor microelemente, necesare dezvoltăriiorganismelor poate provoca îmbolnăviri. În acest sens, lipsa fluorului duce laapariţia cariilor dentare, iar excesul de fluor la boala numită fluoroză. În regiunileunde se exploatează şi prelucrează nichelul, s-a înregistrat orbirea vitelor.Conţinutul mare de bor provoacă boli la nivelul stomacului şi intestinelor. F ierulcare se găseşte în ape sub formă de bicarbonat, Fe(HCO3)2 are rol de

biocatalizator în creşterea plantelor. Ionii de mangan, Mn

2+

şi cei de zinc, Zn

2+

contribuie la buna dezvoltare a organismelor. Siliciul, sub forma acidului silicic,H4SiO4 sau sub formă de silicaţi de calciu şi magneziu, influenţează dezvoltareaflorei dure şi a unor specii de alge. Iodul asigură schimbul nutritiv normal, dar prezintă importanț ă pentru procesele de reproducere.

Conţinutul de microelemente fiind mic, se exprimă în mg/dm3 iar concentraţiile mici din sistemele acvatice se datorează în parte, limităriisolubilităţii multor metale de prezenţa anionii OH- şi CO3

2- şi mai rar de cea aanionilor H2PO4

- şi HS-. Repartiţia microelementelor în mediu, în condiţii naturale,se realizează ca rezultat al activităţii vulcanice – care dă o distribuţie primară şifactorilor atmosferici – care dau o distribuţie secundară.

Ca rezultat al activităţilor oamenilor, factorul antropic a apărut şi este celcare dă distribuţia terţiară, care contribuie la redistribuirea microelementelor şichiar la apariţia unor dezechilibre în repartiţia acestora.



50

3.2.2. Gaze dizolvate

Apele naturale conţin mai multe gaze dizolvate, în diferite proporţii, caredepind de natura gazului, de prezenţa altor substanţe, de temperatură şi depresiune. Schimbul de gaze între atmosferă şi suprafaţa apei are loc printr -o

peliculă superficială, fenomen urmat de difuzie, când are loc distribuirea gazului în tot volumul apei. Viteza de transfer a gazului dintr-o fază în alta depinde demărimea interfeţei de separaţie lichid-gaz şi de viteza de difuzie moleculară agazului în volumul lichidului. Factorul motor al transferului de masă sau al difuzieieste gradientul de concentraţie, care reprezintă variaţia concentraţiei gazului cedifuzează pe unitatea de lungime.

Coeficientul de difuzie reprezintă cantitatea de gaz care trece prin unitateade suprafaţă în unitatea de timp, atunci când diferenţa concentraţiilor la distanţade 1 m este egală cu unitatea. În tabelul nr. 3.6. sunt prezentaţi coeficienţii dedifuzie ai unor gaze din aer în apă la temperatura de 20 0C.

Tabel nr 3.6.Coeficienţi de difuzie ai unor gaze din aer în apă

D (în aer) D·104 (în apă)

O2 0,178 0,21CO2 0,164 0,180HCl 0,130 0,230SO2 0,103 -NH3 0,170 0,180

Din categoria gazelor dizolvate prezente în apele naturale, cele maiimportante pentru viaţa organismelor acvatice sunt:

Oxigenul

Este un factor biogenic foarte important, fiind utilizat în procesul de oxidare în timpul respiraţiei şi constituent al substanţelor organice din organismelevieţuitoarelor acvatice. Organismele aerobe care trăiesc în mediul terestru, îşiprocură oxigenul din aer (unde raportul N2:O2 este 4:1), pe când cele din mediulacvatic folosesc oxigenul dizolvat. Conţinutul de oxigen dizolvat al unei ape estecondiţionat de o serie de factori, dintre care cităm: mişcarea apei, temperaturaapei şi a aerului, presiunea atmosferică, curenţii de aer, transparenţa apei,vegetaţia submersă, conţinutul de substanţe organice biodegradabile, proceselede mineralizare etc. Oxigenul este considerat unul din cele mai importante gazeprezente în apă deoarece de concentraţia sa depinde starea chimică şi biologicăa apei. În apă se găseşte în stare moleculară. Cele mai importante proceseconsumatoare ale oxigenului dizolvat din apă sunt:



51

respiraţia organismelor acvatice; oxidările chimice şi biochimice din procesele de fotosinteză, desorbţia oxigenului în atmosferă.

Concentraţia optimă de oxigen dizolvat din apele naturale este cuprinsă între 7 şi 12 mg/dm3. În apele utilizate pentru acvacultură acest parametru estefuncţie de specia de cultură.

Hidrogenul

Viaţa în general, este strâns legată de prezenţa ionilor de hidrogen.Prezenţa acestor ioni imprimă mediului acvatic caracter acid, bazic sau neutru înfuncţie de echilibrul acestora cu ionii hidroxil, OH- din apă. Concentraţia ionilor H+ se determină în mod curent prin metoda electrochimică, numită pH-metrie Îngeneral, apele naturale au reacţie slab bazică, pH-ul fiind cuprins între 6,5 şi 8,5.

Valoarea pH-lui se menţine relativ constantă de către sistemul tampon prezent înapele naturale, conform următoarei transformări:

Ca(HCO3)2 ↔ CaCO3 + CO2 + H2OpH-ul unei ape variază totuşi în funcţie de: natura ei, terenul străbătut,

adâncimea apei, natura proceselor chimice şi biochimice, dar şi funcţie de naturaapelor industriale deversate în cursurile naturale, de natura proceselor dedescompunere a substanţelor organice – aerob sau anaerob, de frecvenţaploilor, de cantitatea zăpezilor (pH = 5,5).

Dioxidul de carbon

Se întâlneşte în apă dizolvat, în stare moleculară, din difuziunea din aer,zăpezi, ploi, ca produs rezultat din respiraţia plantelor, sau ca rezultat alproceselor de putrefacţie a substanţelor organice animale şi vegetale. În apă, 1%din volumul său formează cu apa acidul carbonic care în prezenţa ionilor calciu,magneziu, sodiu, potasiu, fier, mangan etc. conduce la formarea bicarbonaţilor tuturor cationilor enumeraţi. Constituie unul din componenţii principali în procesulasimilaţiei clorofiliene a plantelor submerse şi a sistemului tampon al apei, cuconsecinţe directe asupra echilibrelor chimice, biochimice şi chiar fiziologice:

Ca(HCO3)2 ↔ CaCO3 + CO2 + H2ODupă conţinutul de dioxid de carbon se poate aprecia pH-ul apei, astfel:- dacă pH < 4,5 în apă nu există CO2 liber ci doar H2CO3 liber;- dacă pH > 8,3 în apă nu există H2CO3 liber ci doar CO2 liber.



52

Alte gaze

Azotul fiind în concentraţie mare în aer este întâlnit şi sub formă dizolvată în apă. Fiind un gaz inert din punct de vedere chimic, el participă la proceselehidrochimice în mod indirect, prin ionii care includ şi atomi de azot cum ar fi: ionul

amoniu, NH4+, ionul azotat, NO3- şi ionul azotit, NO2-.Hidrogenul sulfurat, H2S şi gazul metan, CH4 apar în apele naturale în

concentraţii relativ mici, în straturile de adâncime, în special iarna. Sursaprincipală o constituie procesele de mineralizare a substanţelor organice de cătrebacteriile reducătoare şi oxidarea biochimică a substanţelor organice provenitedin apele reziduale. Prezenţa în apă a hidrogenului sulfurat este un indicator alimpurificării puternice cu substanţe de natură proteică ce conţin sulf iar prezenţagazului metan indică descompuneri în condiţii anaerobe a resturilor vegetale şianimale, înregistrându-se în zonele cu activitate biologică intensă.

În mod obişnuit aceste gaze nu este bine să fie întâlnite în apele naturale,

nici măcar în urme.Unele din elementele şi compuşii prezentaţi influenţează în mod decisivdezvoltarea organismelor acvatice iar dezechilibrul cantitativ al acestora, fie înplus fie în minus, constituie un factor de risc pentru viaţa plantelor şiorganismelor acvatice.

3.2.3. Substanţele organice

Substanţele organice sunt prezente în apele naturale sub diverse forme.

După modul cum ajung în apele naturale, substanţele organice se clasifică în: substanţe organice alohtone care provin din afara ecosistemului acvatic şi substanţe organice autohtone care se formează în interiorul ecosistemului

acvatic. În general, substanţele organice aflate în apă sunt dizolvate, în stare coloidalăsau sub formă de suspensii. Toate aceste forme sunt într -un echilibru aflat subacţiunea factorilor fizici, chimici şi biologici, suportând o permanentă treceredintr-o formă în alta. Transformarea substanţelor organice în interiorul ecosistemelor acvatice are locsub acţiunea bacteriilor heterotrofe. Bacteriile, în activitatea lor vitală, transformă

substanţele organice în substanţe anorganice simple. Produşii finali aidescompunerii substanţelor organice sunt în principal dioxidul de carbon şi apa.La transformarea substanţelor organice se eliberează energie care serveşte lamenţinerea temperaturii corpurilor vii. O parte din substanţele biochimic stabi le,care rezistă mult timp în apă, se transformă în humus, şi doar cele instabile sedescompun în compuşi anorganici simpli. De asemenea, prezintă o deosebităimportanţă descompunerea în apă a organismelor moarte şi a produşilor metabolici excretaţi de către organismele vii care sunt transformaţi tot în compuşi



53

necesari pentru hrana organismelor fotosintetizatoare. Lanţul trofic în interiorulecosistemelor acvatice poate fi, pe scurt, prezentat astfel:al ge şi bacterii zooplancton şi zoobento peşte (organisme primare vii)

Aprecierea conţinutului de substanţe organice se realizează prin indicelede oxidabilitate, care reprezintă cantitatea de oxigen sau alt agent oxidant

(permanganat de potasiu, bicromat de potasiu) folosită pentru oxidareasubstanţelor organice dintr -o anumită cantitate de apă. Concentraţia maximăadmisă pentru apele naturale este de 60 mg KMnO4/l.

3.2.4. Metale

Se găsesc în apă sub formă de avua-complecşi şi metale sub formă de urme saumetale sub formă de suspensii. Printre liganzii neutri apa ocupă un loc important, generând complecşi omogeni,

aqvasăruri, prin coordinare la ionii metalici, ca ligand monodentat sau participândalături de alţi liganzi la formarea de complecşi micşti. Ionii metalelor tranziţionalede tip d sau f cu subnivele parţial ocupate oferă o certitudine mai mare înlegătură cu existenţa în soluţiile apoase a unor aqvaioni cum sunt cei de[Cr(H2O)6]

3+, [Ni(H2O)6]2+. În soluţii apoase au mai fost puşi în evidenţă şi alţi

aqvaioni, cum ar fi cei de [Ti(H2O)6]3+, [V(H2O)6]

3+, [Ni(H2O)6]2+, [Fe(H2O)6]

3+ carehidrolizează trecând la [Fe(OH)(H2O)5]

2+ şi [Fe(OH)2(H2O)4]+.

3.3. Interacţiunea atmosferă – apă – sol

Interacţiunea dintre aceste trei medii este determinată de prezenţaoxigenului, a dioxidului de carbon, de compoziţia chimică a apei dar şi de azotulatmosferic.

Oxigenul dizolvat din apă, se acumulează datorită interacţiunii atmosferă – apă şi ca rezultat al reacţiilor biochimice şi a funcţiilor fiziologice care se petrec lanivelul florei şi faunei submerse. Se poate concluziona că oxigenul este rezultatuldirect al interacţiunii atmosferă – apă.

Dioxidul de carbon dizolvat în apă, provine pe de o parte din atmosferă iar pe de altă parte din procesul de fotosinteză, la nivelul plantelor şi din pr ocesul derespiraţie, la nivelul animalelor.

CO2 ↔ CO2 (prezent în H2CO3)atmosferă apă

Acidul carbonic, H2CO3 acţionează asupra carbonatului de calciu, CaCO3 şicarbonatului de magneziu, MgCO3, forme puţin solubile în apă, determinate capărţi constitutive importante ale sedimentului de fund al apelor. Prin acţiuneaacidului carbonic are loc solubilizarea acestora în apă, şi trecerea lor sub formăde bicarbonaţi, săruri solubile în apă. Reacţiile care au loc sunt următoarele:



54

CaCO3 + H2CO3 ↔ Ca(HCO3)2 MgCO3 + H2CO3 ↔ Mg(HCO3)2

Echilibrul care se stabileşte între cele trei medii, atmosferă – apă – aer,referitor la dioxidul de carbon vor fi:

CO2 ↔ CO2 ↔ H2CO3 ↔ Ca(HCO3)2 ↔ CaCO3

atmosferă apă apă apă sol Acest echilibru între diferitele forme de existenţă sau acţiune a dioxidului

de carbon, stă la baza constituirii sistemului tampon al apei. Atunci cândvegetaţia prezentă în apă este abundentă, în timpul zilei, pentru realizareaasimilaţiei clorofiliene, plantele vor utiliza în afara dioxidului de carbon solubilizatdin aer şi dioxidul de carbon provenit din descompunerea bicarbonaţilor subacţiunea acidului carbonic prezent în sistem. Reacţiile care au loc sunturmătoarele:

Ca(HCO3)2 ↔ CaCO3 + CO2 + H2OMg(HCO3)2 ↔ MgCO3 + CO2 + H2O

Acest gen de echilibre, determină scăderea conţinutului normal de calciu şimagneziu din apă, deci a durităţii apei. În cazul în care, nici bicarbonaţii de calciuşi magneziu nu pot satisface necesitatea exagerată de dioxid de carbon avegetaţiei, atunci dioxidul de carbon poate fi extras chiar prin descompunereacarbonaţilor de calciu şi magneziu prezenţi în sedimentul de fund, procescunoscut sub numele de decalcifiere biogenică. Reacţiile care au loc în acest cazsunt:

CaCO3 + H2O ↔ Ca(OH)2 + CO2

MgCO3 + H2O ↔ Mg(OH)2 + CO2

Acest fenomen este întâlnit doar în sezonul de vară, atunci când

activitatea plantelor este intensă şi încetează toamna, odată cu scădereatemperaturii. În general, toamna şi iarna se înregistrează creşteri aleconcentraţiilor de dioxid de carbon din apă, datorită intensificării schimburilor care au loc la interfaţa atmosferă – apă, odată cu scăderea temperaturii.Concentraţiile crescute de dioxid de carbon din apă, determină procesul inverssolubilizării carbonatului de calciu şi de magneziu. Astfel are loc refacereacantităţii de calciu şi magneziu din apă. Reacţiile care au loc sunt, în acest caz,următoarele:

Ca(OH)2 + CO2 ↔ CaCO3 + H2O

Mg(OH)2 + CO2 ↔ MgCO3 + H2OPlantele şi organismele acvatice (în special populaţia piscicolă) consumă

substanţele nutritive prezente în apă, iar aceasta la rândul ei, îşi va refacedeficitul creat, prin solubilizarea acestor substanţe din stratul de sediment aflat încontact direct cu apa, denumit mâl productiv. La acest nivel, substanţele nutritives-au acumulat fie ca rezultat al mineralizării compuşilor organici sub influenţadiferitelor bacterii, fie ca rezultat al prezenţei în apă a unor cantităţi excesive desubstanţe nutritive.



55

În aceste condiţii, devine evident faptul că, compoziţia chimică a mediuluiacvatic se modifică continuu, ca rezultat al desfăşurării proceselor biochimice şifiziologice ale organismelor, înregistrându-se în timp şi o ritmicitate dependentăde interacţiunea atmosferă – apă – sol, natura apei, anotimp, factorii fizici şiclimatologici, debit etc. Din acest punct de vedere, apa poate fi considerată un

organism viu, unde au loc permanent schimbări şi transformări, caracteristiceacestuia.

3.4. Indicatori fizico – chimici - biologici utilizaţi în caracterizarea apelor.

3.4.1. Indicatori organoleptici

Prin proprietăţi organoleptice ale apei se înţelege totalitatea însuşirilor per ceputeprin organele noastre de simţ:

culoare gustul mirosul turbiditatea

Culoarea apei

Culoarea apei este un indicator de poluare al apelor naturale. După cauzelecare determină apariţia culorii în apele naturale avem:

- culoare naturală - culoare artificială Apa curată în general este incoloră sau în straturi mai groase este de culoarealbastru azuriu. Culoarea naturală se datorează materiilor dizolvate şi însuspensie. Materiile fine în suspensie dau o coloraţie verzuie, culoare datorată şiionilor de calciu. Coloraţia galben – maronie este dată de prezenţa Fe3+, acizilor humici, culoarea galben verzuie este dată de prezenţa organismelor planctonice(alge).

O altă clasificare a culorii apei este: Culoare aparentă Culoare reală Partea de culoare ce se poate îndepărta prin procedee de tratare a apei senumeşte culoare reductibilă iar partea de culoare ce rămâne este culoarea reală. Exprimarea culorii se face în grade de culoare sau unităţi platină – cobalt. Ungrad de culoare este echivalent cu culoar ea dată de 1 mg/dm3 sare de platină(hexacloroplatinat de potasiu – K2PtCl6).



56

Măsurarea culorii se face cu ajutorul colorimetrului, prin compararea cu probeetalon de culoare.Determinarea culorii se face conform SR ISO 7887/1997.

Gustul. Aprecierea gustului se face doar la apele utilizate în scop potabil.

Este necesar ca înainte de a gusta apa să ne asigurăm că nu există pericolul îmbolnăvirilor .Gustul apei reprezintă o modalitate de percepţie a proprietăţilor chimice acompuşilor aflaţi în apă. Dintre cationi, care conferă apei gust, amintim: fierul,manganul, magneziul, calciul, zincul, cuprul iar dintre anioni: clorurile, sulfaţii,bicarbonaţii. Dintre gaze, care intervin în gustul se pot aminti: bioxidul de carbon,hidrogenul sulfurat etc.

Anumite săruri în concentraţii adecvate, în prezenţa dioxidului de carbon potconferi apei un gust plăcut de prospeţime. Sulfatul de magneziu produce un gustamar, clorura de sodiu un gust sărat iar substanţele organice un gust

dezagreabil. În afara celor patru feluri de gust cunoscute – acru, amar, dulce, sărat – la apăse apreciază şi alte gusturi: gust metalic, de pământ etc.Definirea gustului se face atât din punct de vedere al felului gustului cât şi dinpunct de vedere al intensităţii acestuia. Gustul apei se determină conform STAS6324/1961 şi se estimează în grade de gust, pe o scară de la 0 la 5, ca şi încazul mirosului.

Mirosul apei este determinat de o serie de compuşi organici şi anorganici,

de alge şi de materia organică moartă în descompunere. Sursele de miros ale apei pot fi: sursele primare

- procesele naturale, ce decurg în apă, în urma cărora se formeazăcompuşi ce dau un miros specific (exemplu hidrogenul sulfurat); - de natură biogenă (microfite, alge, bacterii, fungii, paraziţi care prinprocese metabolice elimină compuşi mirositori); - surse de poluare cu apele uzate fecaloid – menajere, din zootehnie şiindustrie;

sursele secundare provin din operaţiile de tratare a apei în urma cărora

apar mirosuri caracteristice (exemplu: în urma clorinării pentru dezinfecţie,apele cu conţinut foarte scăzut de fenoli în urma formării de clorfenoli, vor avea un miros specific şi intens de medicamente).

Exemple de mirosuri:- miros de peşte: date de specii de diatomee, alge verzi (chlorophyte),protozoare;- miros de pământ şi iarbă: date de specii de alge albastre (cyanophyte)sau verzi;



57

- miros aromatic: date de specii de diatomee, protozoare;Definirea mirosului se face atât din punct de vedere al felului mirosului cât şi dinpunct de vedere al intensităţii acestuia. Mirosul apei se determină conform STAS6324/1961 şi se estimează în grade de miros pe o scară de la 0 la 5:

Tabel nr. 3.7 Caracteristicile gradelor de mirosMirosul Intensitatea Gradul

Fără miros inodor 0Perceptibil numai de un cercetător (expert) foarte slab 1Perceptibil de un consumator obişnuit slab 2Net perceptibil perceptibil 3Suficient de puternic pentru a face apa neplăcută lagust

pronunţat 4

Atât de puternic încât apa nu se poate bea Foarte puternic 5

Obs.:

- Pentru ca o apă să fie acceptată drept apă potabilă, nu poate depăşi nici în condiţii excepţionale limita de grad 2 de miros, conform STAS 1342/1991.

- Pentru ca o apă să fie acceptată drept apă potabilă, nu poate depăşi nici în cond iţii excepţionale limita de grad 2 de gust, conform STAS 1342/1991.

Turbiditatea

Turbiditatea apei reprezintă gradul de opalescenţă şi este dată depr ezenţa particulelor foarte fine, de natură anorganică (materii minerale, oxizi de

siliciu, hidroxizi de fier, hidroxizi de magneziu etc.) sau de natură organică(coloizi organici, bacterii, plancton).Turbiditatea apei depinde de cantitatea de suspensii, de mărimea particulelor şide natura lor. O apă tulbure este refuzată de consumator şi reprezintă şi unpericol epidemiologic, deoarece particulele de suspensii pot constitui un suportnutritiv pentru diferiţi germeni. Exprimarea turbidităţii: turbiditatea se exprimă în grade de turbiditate sau unităţide turbiditate cum ar fi, grad de silice (SiO2) sau grade de formazină:

- Gradul de silice este echivalent cu tulbureala produsă de o suspensiecoloidală de SiO2 egală cu 1mg SiO2/dm3 apă.

- Gradul de formazină se obţine prin diluţia unei soluţii coloidale de formazinăde 400 până la 4000 grade (formazina este o suspensie coloidală obţinutăprin amestecul a două soluţii – sulfat de aluminiu 1% şi hexametilentetramină10 %).

Măsurarea turbidităţii se bazează fie pe citirea transparenţei probelor, fie pecitirea luminii transmise prin probă, fie pe citirea luminii difuzate de cătresuspensiile din probă, sub un anumit unghi. Metode bazate pe citirea transparenţei sunt:



58

- Metoda firului de platină - Metoda Jackson- Metoda Secchi- Metode bazate pe citirea luminii difuzate, metoda nefelometrică.

Determinarea transparenţei se face conform STAS 12774/1989 iar determinarea

turbidităţii conform STAS 6323/1988 şi STAS 7027/2001. Turbiditatea şi transparenţa au o importanţă deosebită în cazul apelor naturalede suprafaţă, pentru că influenţează direct pătrunderea luminii solare în masaapei, lumină care are rol în biologia apelor (formarea planctonului).

3.4.2. Indicatori fizici

Materii în suspensie

Substanţele insolubile se prezintă sub formă de dispersii grosiere, cu particulede dimensiuni mai mari decât 0,1 mm şi sub formă de dispersii fine de particulecu dimensiuni cuprinse între 0,1 m şi 0,1 mm. În funcţie de dimensiune şigreutate specifică sedimentele se împart în:

- sedimente decantabile;- sedimente nedecantabile: suspensii coloidale şi plutitoare

Cantitatea de suspensii se exprimă în unităţi de masă raportată la unitatea devolum de apă (mg/dm3).Măsurarea cantităţii de suspensii se face prin filtrarea unui volum determinat deapă iar cantitatea de suspensii reţinută se determină prin cântărire:

- după uscare la 105 C- după calcinare

Determinarea cantităţii de suspensii se face conform STAS 6953/1981. Suspensiile (suspensii transportate şi suspensii târâte) prezente în apelenaturale de suprafaţă sunt luate în calculul transportului solid a apelor. Acest

parametru este o măsură a erodării zonelor de formare a scurgerilor şi esteutilizat la calculul de dimensionare a construcţiilor hidrotehnice (colmatarealacurilor de acumulare etc.).

Temperatura apei

Temperatura apei este un parametru fizic deosebit de important. Demărimea acestui indicator depind o serie de procese fizico –chimice şi biologicece se desfăşoară în apele naturale. La apele subterane temperatura este dată de temperatura stratului de rocă încare este cantonată apa. Cu cât adâncimea la care se află apa subterană este



59

mai mare, cu atât temperatura ei este mai mare şi variaţiile sezoniere detemperatură sunt mai mici. Temperatura apelor freatice de mică adâncimevariază între 5–13C. Când temperatura apelor freatice depăşeşte 37C, apeleintră în categoria apelor termale, iar când temperatura depăşeşte 200C avemape hipertermale.

Temperatura apelor de suprafaţă (râuri şi lacuri) este influenţată de temperaturaaerului, deci variază în funcţie de anotimp. În cazul lacurilor din zoneletemperate: Vara temperatura maximă se instalează la suprafaţă şi ea scade spre fund, şi

avem de-a face cu o stratificare termică directă. Iarna, la suprafaţă apa are 0C iar la fund 4C şi avem de-a face cu o

stratificare termică inversă. Din cauza faptului că schimbul termic se desfăşoară la interfaţa apă/atmosferă,se observă variaţii de temperatură, a căror intensitate scade cu adâncimea.Stratificarea termică este o caracteristică a lacurilor adânci şi este problema

principală a limnologiei (ştiinţa care se ocupă cu studiul lacurilor ). În perioada de încălzire (de vară), apa din stratul superior, încălzită în general uniform, va plutiefectiv pe straturile mai adânci şi reci. Stratul superior se numeşte epilimnion iar stratul aproape imobil dedesubt se numeşte hipolimnion, a cărei temperaturăscade încet şi uniform cu adâncimea. Între cele două straturi se află un stratintermediar numit metalimnion. Acest strat de grosime variabilă (de ordinal acâtorva metri) se caracterizează prin variaţia bruscă a temperaturii cuadâncimea. La fel vor varia şi concentraţiile parametrilor chimici. Straturile deapă cu temperaturi diferite nu se amestecă între ele din cauza diferenţei dedensitate şi de viscozitate ale acestor a. În cazul lacurilor de acumulare, în funcţie

de adâncimea de la care se face evacuarea apei, poate modifica grosimeaepilimnionului sau a hipolimnionului, respectiv a temperaturii medii a lacului.Evacuând ape de la suprafaţă, se evacuează ape calde vara şi ape reci iarna iar dacă aceste ape sunt evacuate prin descărcătorul de fund, se evacuează apereci vara şi ape mai calde iarna. În ambele cazuri se modifică temperatura mediea apei din lac şi mai ales temperatura râului în aval.

Temperatura apelor de suprafaţă influenţează în măsură directă capacitatea deautoepurare a apelor. Cu cât temperatura este mai scăzută, aceste procese vor decurge mai lent.

Măsurarea temperaturii se face în general simplu cu ajutorul termometrelor.Determinarea temperaturii se face conform STAS 6324/1961.

Indicatori radioactivi

În natură există o radioactivitate naturală dată de existenţa elementelor radioactive din scoarţa terestră şi de radiaţia cosmică, la care organismele vii s-



60

au adaptat. Acest tip de radiaţie a fost descoperit accidental, de Henri Becquerel(1896), când a observat că minereul de uraniu (U) emite radiaţii asemănătoarerazelor X, radiaţii care au luat numele de radiaţii gama. Printre cele maicunoscute substanţe radioactive naturale enumerăm: U, Th, 40K, 3H, 14C etc.Poluarea radioactivă a apelor poate fi de origine naturală, atunci când

radioelementele din natură provin din straturile geologice radioactive sau deorigine artificială, ca produşi de fisiune rezultaţi din cercetări ştiinţifice, dinreziduuri ale producţiei de energie termonucleară sau din acţiuni militare.

Acţiunea biologică a emisiilor radioactive se bazează pe faptul că absorbţia lor înorganism se face concomitent cu descărcarea energiei radiate, producândfenomene primare de ionizare sau de formare a radicalilor liberi, care distrugcelulele. Nocivitatea este în funcţie de natura radiaţiei (radiaţia alfa – nuclee deheliu, radiaţia beta – electroni şi radiaţia gama – unde electromagnetice defrecvenţă foarte ridicată). Radiaţiile alfa şi beta din exterior sunt practicnevătămătoare, deoarece nu străbat stratul de piele, radiaţiile gama se comportă

în mod diferit. În afară de tipul radiaţiei care acţionează, mai prezintă importanţă timpulde înjumătăţire al izotopului, şi proprietăţile fiziologice–chimice ale radioizotopului

încorporat.Determinarea radioactivităţii apelor se face prin detectarea şi măsurarea

radiaţiei nucleare emise de probă. Toate metodele de detectare şi măsurare aradiaţiilor nucleare au la bază principiul conform căruia prin intersecţia radiaţieicu materia, energia radiaţiei este adsorbită total sau parţial de detector, care otransformă apoi într -un efect măsurabil (ex. înnegrirea plăcii fotografice, efectcaloric, ionizarea gazelor şi a solidelor, transformări chimice luminescente etc.).

Tabel nr. 3.8 Unităţile utilizate în radioactivitate sunt redate în tabelul de mai jos:Unitatea Prescurtarea Definire

Dezintegrarea pesecundă

dps sau 1 Bq =1s-1

Denotă ritmul radioactivităţii, în care unnucleu se dezintegrează în fiecaresecundă. Fondul de radiaţii pentru omeste de 2-3 Bq.

Curie Ci 1 Ci = 3,7 x 10 Bq = 37 GBqmCi 1 mCi = 3,7 x 10 Bq = 37 MBqμCi 1 μCi = 3,7 x 10 Bq = 37 KBq

Roentgen R Măsoară intensitatea razelor X sau gama,

în energie (ergi). Doza primită de om la oradioactivitate dentară este egală cu 5 R în primii 30 de ani de viaţă

RadMăsoară dozarea radiaţiei, echivalentă cuabsorbţia a 100 ergi/gram ţesut biologic.

În sistemul internaţional (IS) s-a înlocuit curie-ul cu becquerel-ul, care a devenit nouaunitate de măsură a radioactivităţii.



61

Măsurarea radioactivităţii se face atât pentru partea solubilă cât şi pentrupartea insolubilă. Pentru măsurarea radiaţiilor alfa şi beta se utilizează contoarede tip Geiger iar pentru măsurarea radiaţiilor gama se utilizează spectrometre.

Pericolul radioactivităţii a fost mult timp subestimat, deşi reziduurileradioactive sunt în continuă creştere. Centralele atomoelectrice deversează

peste 60 miliarde curie la 1 milion m3 de apă iar cantitativ reziduurile radioactivedepăşesc 20 milioane tone/an.Măsurarea radioactivităţii se face prin detectarea şi măsurarea radiaţiei nucleareemise de proba de apă. Determinarea radioactivităţii alfa globale se face conform SR ISO 9696/1996 iar a radioactivităţii beta globale conform SR ISO 9697/1996.

3.4.3. Indicatori chimici

pH-ul apei

Acest parametru a fost deja discutat anterior Concentraţia ionilor de hidrogen din apă, mai exact activitatea lor pH = -lg[H+]reprezintă un factor important de care depinde capacitatea de reactivitate a apei.

Între valoarea pH-ului apei şi aciditatea acesteia nu există o corelare perfectă.Creşterea sau diminuarea acidităţii respectiv a alcalinităţii nu duce neapărat lamodificarea ca atare a pH-ului, datorită capacităţii de tamponare de care dispunapele naturale.Exprimarea pH-ului se exprimă în valori adimensionale cuprinse între 0 şi 14.

Măsurarea pH-ului se efectuează prin metoda potenţiometrică cu ajutorul pH-metrelor. În lipsa lor se poate determina şi colorimetric cu ajutorul indicatorilor albastru de bromtimol sau roşu de metil. Teoretic, principiul metodei potenţiometrice se bazează pe măsurarea diferenţeide potenţial dintre doi electrozi, unul de referinţă şi unul de lucru. Determinarea pH-ului se face conform SR ISO 10523/1997.

Aciditatea şi alcalinitatea apei

Aciditatea apei se datorează prezenţei în apă a compuşilor ce dau reacţieacidă şi anume dioxidul de carbon dizolvat, acizii minerali, sărurile acizilor tari cubazele slabe etc.

Aciditatea totală reprezintă atât aciditatea dată de acizii minerali cât şi de dioxidulde carbon dizolvat;

Aciditatea minerală este dată numai de acizii minerali prezenţi în apă, în generaldatorită unei poluări;



62

Aciditatea liberă este dată numai de prezenţa dioxidului de carbon dizolvat înapă, pH-ul fiind mai mare de 4,5.Exprimarea acidităţii se face în miliechivalenţi/l sau cm3 HCl 0,1n/l.Măsurarea acidităţii:

Aciditatea liberă se determină prin titrare cu o soluţie NaOH 0,1n în

prezenţa indicatorului fenolftaleină până la coloraţia roz slab care persistă celpuţin 20 de secunde.

Aciditatea minerală se determină prin titrare cu o soluţie 0,1n NaOH în prezenţaindicatorului metiloranj până la coloraţia roşie.

Alcalinitatea apei este dată de prezenţa carbonaţilor, bicarbonaţilor şi ahidroxizilor. În apele naturale există bicarbonaţi şi rar carbonaţi (doar peste pHde 8,2-8,3), hidroxizii alcalini sunt absenţi, prezenţa lor indică un impact antropic.Se pot deosebi următoarele tipuri de alcalinităţi:

Alcalinitate permanentă sau p, şi se întâlneşte în ape cu pH 8,2-8,3. Seexprimă: în miliechivalenţi/l Măsurarea se face prin titrare cu HCl 0,1n în

prezenţa fenolftaleinei până la decolorare. Alcalinitatea totală sau m este dată de toţi ionii de carbonaţi, bicarbonaţi şihidroxizi. Se exprimă miliechivalenţi/l Măsurarea se face prin titrare cu HCl 0,1n

în prezenţă de metiloranj prin virare de la galben la oranj. Între diferitele tipuri de alcalinităţi şi concentraţiile componentelor ce le determinăexistă relaţiile din Tabelul nr. 3.9

Tabelul nr. 3.9 Calculul relaţiilor de alcalinitate

Valoarea

Alcalinităţii (p)

OH-

CO32-

HCO3-

0 0 0 m

m/2 0 2p m-2p

m/2 0 2p 0

m/2 2p – m 2(m-p) 0

m m 0 0

m – alcalinitatea faţă de metiloranj în ml HCl 0,1n

p – alcalinitatea faţă de fenolftaleină în ml HCl 0,1n

Determinarea alcalinităţii se face conform SR ISO 9963-1,/2/1997, STAS7313/1982, STAS 6363/1976.

Duritatea apei

Prezenţa sărurilor de calciu şi magneziu conferă apei proprietatea numităduritate. Apele cu durităţi ridicate sunt improprii în multe procese tehnologice(prepararea aburului de diferite presiuni, în industria textilă, extracţia zahărului a



63

apei potabile etc.) şi îngreunează foarte mult procesul de spălare (săpunul nuface spumă). În funcţie de anionii cu care sunt combinaţi ionii de calciu şimagneziu, deosebim următoarele durităţi: Duritate totală, DT, este dată de totalitatea sărurilor de calciu şi magneziu din

apă, indiferent de forma de legare. Duritatea temporară, Dt, este duritatea datorată prezenţei carbonaț ilor acizi

de calciu şi de magneziu (bicarbonaţi). Se numeşte astfel, pentru că prinfierberea apei, această duritate dispare,respective se va transforma înduritate permanentă, datorită reacţiei:

Ca(HCO3)2 CO2 + CaCO3 + H2O

Duritatea permanentă, Dp, este dată de sărurile de calciu şi magneziu (înspecial carbonaţii neutri, dar şi clorurile, sulfaţii şi azotaţii) care nu se pot

îndepărta prin fierbere.

Duritatea apelor naturale variază în limite largi în funcţie de specificul sursei. Întabelul nr. 3.10 se prezintă clasificarea apelor în funcţie de duritate:

Tabelul nr. 3.10 Clasificarea apelor după duritate

DuritateClasa

1 2 3 4

mg/l CaO 0 – 55 56 – 100 101 – 200 200 – 500

mval/l 0 – 1,1 1,2 – 2,0 2,0 – 4,0 4,0 – 10,0

Caracterizare Moale Duritate slabă Moderat dură Foarte dură

Duritatea apelor de suprafaţă este condiţionată de o serie de factori externi, întimp ce la surse subterane, duritatea are un caracter ceva mai constant, înspecial la apele de mare adâncime. Apa freatică de mare adâncime prezintădurităţi temporare mai mari decât cele permanente. Aceasta, datorită faptului căduritatea temporară se calculează din alcalinitatea (m), dată de ionii debicarbonaţi. În apele de mare adâncime concentraţiile ionilor de Na+ şi K+ esteridicată şi în aceste condiţii o parte din ionii de bicarbonaţi se combină şi cuaceşti ioni. Astfel duritatea temporară determinată şi calculată este de fapt oduritate aparentă. Valoarea durităţii temporare se poate afla în această situaţie,făcând diferenţa dintre duritatea totală şi duritatea permanentă.

Exprimarea durităţilor: se exprimă în grade germane de duritate (G):1G = 10mg/l CaO/l sau1 mval duritate = 20,04 mg/l Ca2+ = 12,16 mg/l Mg2+ sau1 mval duritate = 2,8 GDeterminarea durităţii: Duritatea temporară (Dt ) se determină prin dozarea volumetrică a carbonaţilor acizi de calciu şi magneziu din apă cu ajutorul unei soluţii de acid clorhidric 0,1n,

în prezenţă de metil-orange ca indicator, cf. următoarelor reacţii:



64

Ca(HCO3)2 + 2HCl = CaCl2 + 2CO2 + 2H2O

Mg(HCO3)2 + 2HCl = MgCl2 + 2CO2 + 2H2O

La 1 cm3 HCl 0,1n consumat corespund 2,8 grade de duritate.

Duritatea D p se determină prin titrare complexometrică bazată pe formareacomplecşilor de calciu şi magneziu cu complexonul III în prezenţă de amestectampon (NH4Cl şi NH4OH).

Complexonul III (EDTA sau Trilon B) este sarea disodică a aciduluietilendiamintetraacetic a cărui formulă chimică se poate reprezenta în felulurmător:

Acest compus conţine azot de tip amino (N=) alături de grupări carboxilice(-COOH), fiind de aceea capabil să formeze atât săruri cu diferiţi cationi cât şicomplecşi.

Titrarea se efectuează la o anumită valoare pH (în jur de 9, realizat prinadaos de amestec tampon NH4OH + NH4Cl) cu soluţie standard de EDTA.Punctul de echivalenţă se determină cu ajutorul indicatorului negru Eriocrom T.

Acest indicator este un colorant organic care cu cationii formează complecşicoloraţi.

Când un astfel de complex colorat se titrează cu complexon lll, estedescompus treptat datorită formării unui nou şi mult mai stabil complex alcationilor de calciu şi magneziu cu complexonul lll.

La punctul de echivalenţă, culoarea iniţială a complexului formată deindicator cu cationii ce urmează să fie determinaţi dispare şi apare culoareaindicatorului liber.

La 1 cm3 EDTA 0,1n consumat corespund 2,8o de duritate.

Determinarea durităţii totale se face conform STAS 3026/1976.

Capacitatea naturală de tamponare a pH-ului apei

Capacitatea naturală de tamponare a pH-ului apei este proprietatea apei de aputea anula un timp efectul unui impact cu soluţii acide sau alcaline, fără ca pH-ul apei să se modifice semnificativ.



65

Alcalinitatea (HCO3-) şi duritatea totală servesc la caracterizarea capacităţii de

tamponare a pH-ului conform relaţiei:

La apele naturale A 1. Cu cât A este mai scăzut, cu atât capacitatea detamponare a pH-ului este mai diminuată.

Indicatorii cantităţii de oxigen În această grupă se includ:- oxigenul dizolvat respectiv saturaţia în oxigen dizolvat- consumul biochimic de oxigen (CBO);- consumul chimic de oxigen (CCO);- Carbonul organic (dizolvat şi total – COD şi COT).

Oxigenul dizolvat în apă

Oxigenul dizolvat este unul din elementele principale ce se regăseşte înapele naturale, fiind indispensabil vieţii aerobe acvatice. Este un importantindicator de calitate a apelor naturale În apă oxigenul dizolvat ajunge pe douăcăi:

- din atmosferă prin dizolvare la interfaţa aer/apă; - prin intermediul fitocenozei acvatice, în urma procesului de fotosinteză.

Cantitatea de oxigen dizolvată în apă depinde de temperatura apei, presiuneaaerului şi de conţinutul în substanţe oxidabile şi microorganisme. Apele cuconţinut ridicat de alge prezintă şi o variaţie zi–noapte foarte accentuată aconcentraţiei oxigenului dizolvat. În timpul zilei când predomină procesele defotosinteză se eliberează oxigen, care duce la creşterea semnificativă aconcentraţiei oxigenului dizolvat, cu instalarea unei suprasaturaţii accentuate. Întimpul nopţii, procesele de fotosinteză încetează predominând alte procesemetabolice, cum este respiraţia, care consumă oxigenul dizolvat din apă. Efectulpoate fi apariţia unui deficit sever de oxigen dizolvat, cu consecinţe grave asuprabiocenozei acvatice. Concentraţia oxigenului dizolvat se poate reduce şi datorităunor procese biochimice respectiv chimice de oxidare (de mineralizare) amateriei organice moarte. Alături de materia organică moartă şi o serie de alţi

compuşi anorganici consumă oxigen prin reacţiile de oxidare:NH+ → NO2

- → NO3- (ionul amoniul trece în azotiţi, azotiţii trec în azotaţi)

Fe2+ → Fe3+ (fierul bivalent în fier trivalent)Fiecărei temperaturi a apei îi corespunde o concentraţie de saturaţie. Astfel, încondiţii normale de presiune la:

- 0º C - concentraţia de saturaţie este de 14,66 mg/dm3; - 10º C - concentraţia de saturaţie este de 11,33 mg/dm3;

)(

)(

mechivtal ă Duritateto

mechivte Alcalinita A



66

- 20º C - concentraţia de saturaţie este de 9,17 mg/dm3; - 30º C - concentraţia de saturaţie este de 7,63 mg/dm3.

Scăderea cantităţii de oxigen din apă duce la pierderea caracterului deprospeţime al acesteia dându-i un gust fad şi făcând-o nepotabilă. De asemeneascăderea oxigenului reduce capacitatea de autoepurare a apelor naturale

favorizând persistenţa poluării cu toate consecinţele nedorite.Saturaţia în oxigen se calculează astfel:

S % = Ci /Cs 100

unde- Ci este concentraţia determinată în proba de apă- Cs este concentraţia la saturaţie a oxigenului la temperatura probei.

Exprimarea concentraţiei oxigenului dizolvat se face în unităţi de concentraţie mgO2/dm3 iar a saturaţiei în procente (%).

Măsurarea concentraţiei se poate face titrimetric sau potenţiometric. Metoda Winkler (metoda titrimetrică) oxigenul dizolvat în apă oxideazăhidroxidul manganos la hidroxid manganic, care în mediu acid scoate iodul diniodura de potasiu în cantitate echivalentă cu oxigenul dizolvat în apă şi care setitrează cu tiosulfat de sodiu.

MnSO4 + 2NaOH → Mn(OH)2+ Na2SO4

Mn(OH)2 +1/2O2 → H2MnO3 H2MnO3 + Mn(OH)2 →Mn MnO3 + 2H2O

Manganit de mangan (brun)

Mn MnO3 + 3H2SO4 → Mn2(SO4)3 +3H2OMn2(SO4)3 +4KI → 4MnSO4 +2K2SO4 + 2I2

2I2 + 4Na2S4O6 + 4NaI

Apa se recoltează în sticle cu multă grijă ca să nu se aereze în timpulmanipulărilor. Sticla se umple complet apoi se pune dopul. Imediat se introducecu atenţie 2 ml soluţie de sulfat sau clorură manganoasă şi 2 ml soluţie alcalinăde iodură de potasiu. Se pune dopul şi se agită conţinutul flaconului. În prezenţaoxigenului se formează un precipitat brun-roşcat, iar î n absenţa acestuiaprecipitatul rămâne alb. După depunerea completă a precipitatului se elimină cuatenţie cca 10 ml din lichidul supernatant şi se adaugă 5 ml acid sulfuric 1:3.

Se pune dopul şi se amestecă bine până ce precipitatul se dizolvăcomplet. Se transvazează conţinutul cantitativ într -un pahar Erlenmayer, apoi setitrează cu o soluţie de tiosulfat de sodiu 0,025n până la obţinerea coloraţieigalben apoi se adaugă 1 ml amidon, când se va obţine o coloraţie albastră. Secontinuă titrarea până la decolorarea completă. Calculul mg O2/l =V f 0,2 1000/V1- 4Unde:



67

V= ml soluţie tiosulfat de sodiu folosiţi la titrare;f= factorul soluţiei de tiosulfat de sodiu 0,025n;0,2 = echivalentul în mg O2 a unui ml de soluţie de tiosulfat 0,025n; V1 = cantitatea de apa de analizat, în ml;4 = cantitatea de reactivi introdusă pentru fixarea oxigenului, in ml.

Determinarea oxigenului dizolvat se face conform SR EN 25813/1983 (metodaiodometrică) şi SR EN 25814/1999 (metoda potenţiometrică).

Consumul biochimic de oxigen (CBO)

Acest indicator este o măsură a conţinutului de materie organicăbiodegradabilă prezentă într -o cantitate de apă. CBO reprezintă cantitatea deoxigen consumat pentru descompunerea biochimică (oxidarea) în condiţii aerobestandard a substanţelor organice. Compuşii organici biodegradabili provin în

principal din materia organică vie şi moartă, care ajunge în ape:- din mediul natural (organismele ce trăiesc în apă)- accidental – frunze, crengi, cadavre – antrenate de precipitaţii, viituri, etc.- - sau prin procesul de poluare: ape uzate (fecaloid menajere), dinindustria alimentară (lapte, carne, fructe, zarzavaturi), din agricultură(îngrăşăminte naturale, zootehnie etc.).

Consumul de oxigen se realizează în două faze: Faza primară sau a carbonului, în care oxigenul se consumă pentrudescompunerea substanţelor organice ce conţin carbon, având loc transformarea

în CO2. Această treaptă începe în prima zi şi durează cca 20 de zile, la

temperatura de 20º C;Faza secundară sau faza azotului, în care oxigenul se consumă pentrutransformarea amoniacului (amoniului) în azotiţi apoi în azotaţi, fiind cunoscutăca faza de nitrificare. Această fază începe după cca 10 zile şi se întinde până la75 – 100 zile, chiar mai mult.

Ambele faze sunt dependente de temperatură. Din cauza timpului lung necesar descompunerii materiilor organice totale, în practică s-a adoptat un timp de cincizile. Acest indicator se numeşte consum biochimic de ox igen la 5 zile şi senotează CBO5.Exprimarea CBO5 se face în unităţi de concentraţie: mgO2/dm3.Măsurarea concentraţiei de CBO5 se face prin determinarea diferenţei dintreconcentraţia oxigenului dizolvat al probei la începutul perioadei şi concentraţiaoxigenului dizolvat al probei după 5 zile, probă ţinută la 20º C în întuneric:CBO5 = OD0 – OD5 Determinarea CBO se face conform SR ISO 5815/1989.



68

Consumul chimic de oxigen (CCO)

CCO reprezintă cantitatea de oxigen consumat prin reacţii chimice, de totalitateasubstanţelor organice şi anorganice oxidabile din apă. Oxigenul consumat estedirect proporţional cu concentraţia substanţelor oxidabile.

Exprimarea CCO se face în unităţi de concentraţie: mgO2/dm3.Determinarea CCO se poate efectua prin două metode:

- Metoda de oxidare cu permanganat de potasiu, KMnO4 şi se notează cuCCO-Mn. Determinarea constă în tratarea probei de apă cu permanganat depotasiu în mediu acid şi apoi fierbere timp de 10 minute. Oxigenul eliberat dinKMnO4 oxidează materia organică. Consumul de KMnO4 este propor ţional cuconţinutul de materie organică oxidabilă. Permanganatul rămas în exces sedetermină cu acid oxalic

2KMnO4 + 5H2C2O4 +3H2SO4 →2MnSO4 + K2SO4 + 10CO2 + 8H2O

- Metoda de oxidare cu bicromat de potasiu, (K 2 Cr 2 O7 ): se notează cuCCO-Cr. Substanţele oxidabile din apă sunt oxidate de bicr omatul de potasiu înmediu de acid sulfuric, la cald, iar excesul de bicromat de potasiu este titrat cusare Mohr (sulfat de fier şi amoniu) în prezenţa feroinei drept indicator

Prin această metodă se pot oxida 60-90 % din substanţele organiceexistente din probă. Determinarea CCO se face conform: STAS 9887/74 şi SR EN ISO 8467/2001(CCO-Mn) respectiv SR ISO 6060/1996 (CCO-Cr).

Carbonul organic total (COT)

Conţinutul de carbon organic total este o măsură a concentraţiei materieiorganice prezente în apă. Determinarea se face în analizoare de carbon, după ooxidare catalitică. În prima etapă se elimină carbonul anorganic prin tratareaprobei cu acid fosforic (se elimină sub formă de CO2).

Exprimarea COT: se face în unităţi de concentraţie: mgC/dm3.Deter minarea COT şi COD se face conform: SR ISO 8245/1995 şi SR EN1484/2001 (COT şi COD).

3.4.4. Indicatorii biogeni - nutrienţii

Substanţele biogene, prin natura lor, iau parte în procesele vitale dinmediul acvatic. Ele se găsesc sub formă de ioni sau sub formă coloidală,adeseori cu o compoziţie nedeterminată. Principalele substanţe biogene sunt



69

compuşii anorganici şi organici ai azotului şi fosforului. Atât azotul cât şi fosforulsub formele în care există în apă constituie indicatori de calitate deosebit deimportanţi.

Indicatorii biogeni ai azotului:

Azotul este un element constitutiv deosebit de important al atmosfereiterestre, fiind sursa principală de azot pentru organismele vii. Azotul esteelementul de bază din compoziţia proteinelor şi aminoacizilor. Aceşti compuşi dinapă provin din diverse procese biochimice de degradare enzimatică a produselor vegetale şi animale. În funcţie de gradul de descompunere, compuşii azotului potfi de natură organică sau minerală şi constituie indicatori chimici de calitate aiapei.

O altă sursă de provenienţă a compuşilor cu azot din apele naturale sunt

apele uzate fecaloid-menajere, industriale (industria chimică, de îngrăşămintechimice, cocserii, industria alimentară), zootehnia etc. Sursele difuze de poluarecu aport în compuşi ai azotului sunt cele din agricultură (administrarea

îngrăşămintelor), gospodării individuale, transport etc.

Principalii compuşi cu azot, monitorizaţi în ape, sunt: Azotul anorganic sau mineral:

o Amoniu/amoniac (NH4+/NH3);

o Azotiţi sau nitriţi (NO2-);

o Azotaţi sau nitraţi (NO3-);

Azotul organic dizolvat sau particulat (nedizolvat); Azotul total – constituit prin însumarea concentraţiilor azotului mineral şiorganic şi se exprimă în mgN/dm3.

O apă în care predomină azotul amoniacal iar azotiţii sau azotaţii lipsesc sause regăsesc în concentraţii scăzute, indică o poluare recentă. Lipsa amoniuluisau prezenţa lui în concentraţii mici dar prezenţa azotiţilor şi a azotaţilor presupune o poluare produsă cu mai mult timp în urmă, perioadă în ca re aufuncţionat procesele de autoepurare (de oxidare).

Amoniul dizolvat în apă este oxidat de oxigenul dizolvat din atmosferă sau, subacţiunea bacteriilor Nitromonas şi Nitrobacteriilor se transformă treptat în azotiţi,

apoi în azotaţi, primul stadiu de oxidare având loc cu viteză mare: 2NH4

+ + 3O2 = 2NO2- + 2H2O + 4H+

2NO2- + O2 = 2NO3

-

În timpul acestor procese de oxidare o parte din azotul amoniacal ajunge în starea de oxidare zero, adică azot molecular şi se elimină din sistem.



70

Azotul amoniacal (amoniacul şi amoniul)

Azotul amoniacal îl putem găsi sub două forme: NH3 (amoniacul) şi NH4+ (ionul

amoniu), primul reprezentând un gaz solubilizat în apă cu toxicitate mult maimare decât forma ionizată. În apele naturale cu pH cuprins între 6,5 – 8,3 se

determină doar amoniul. Peste acest pH se regăseşte şi amoniacul, concentraţialui crescând o dată cu cea a pH-ului şi cu temperatura.

În tabelul nr 3.11 este prezentată variaţia concentraţiei NH3 şi NH4+ în funcţie de

pH la 20 ˚C:

Tabelul nr. 3.11 Var iaţia concentraţiei NH3 şi NH4+ în funcţie de pH la 20 ˚C

pH 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0

NH3, % 0 1 4 25 78 96

NH4+, % 100 99 96 75 22 4

Relaţia de calcul, derivată din legea acţiunii maselor, cu care se poate determinaprocentual amoniacul şi amoniul este:

][

][lg3,9

3

4

NH

NH pH

La pH = 9,3 de exemplu, 50 % din azotul amoniacal se găseşte sub formă deamoniac.La concentraţii de 0,27 – 0,30 mgNH3/dm3 s-a observat hiperplazia branhiilor şiefecte patologice asupra ficatului şi sângelui unor salmonizi. Pentru salmonide

(păstrăvi) concentraţia letală este de 0,2 mgNH3/dm3

în timp ce la ciprinide (crap)această concentraţie este de cca 2,0 mgNH3/dm3.

Determinarea conţinutului de amoniu se face conform: STAS 8663/70; SR ISO5664/2001; SR ISO 7150-2/2001; STAS 6328/85 (pentru apa potabilă).

Azotiţii

Azotiţii reprezintă prima treaptă de oxidare a amoniului. Prezenţa ionilor de azotiţipoate indica o poluare recentă şi existenţa unor substanţe reducătoare. Prezenţa

lor în apa potabilă este nedorită provocând boala numită maladia albastră(methemoglobimenie), care se manifestă prin blocarea hemoglobinei din sânge,ducând în final la asfixierea organismului.

Determinarea conţinutului de azotiţi se face conform: SR 3048-2/1996; STAS9800-2/1971.



71

Azotaţii

Azotaţii reprezintă stadiul avansat de oxidare al amoniului, prezenţa lor semnalând o poluare mai veche. Pot proveni din materii organice (ape fecaloidmenajere), în urma unor procese de mineralizare, de pe terenurile fertilizate cu

îngrăşăminte, din efluenţi industriali sau zootehnici. În condiţii de hipoaciditate stomacală azotaţii se pot reduce la azotiţi cuconsecinţele prezentate anterior.

Determinarea conţinutului de azotaţi se face conform: SR ISO 7890/1; STAS8900-1/1971.

Azotul organic

Azotul organic înglobează mai multe familii de compuşi organici: amine, acizi

amilici, ierbicide, derivaţi nitrozo, proteine, peptide, clorofile, acizi humici etc.Există sub două forme: dizolvat şi particulat (nedizolvat). Forma dizolvată segăseşte în special sub formă de amine şi aminoacizi (excretaţi de alge şimicrofite), uşor degradabile. Din punct de vedere cantitativ, azotul organicparticulat urmăreşte evoluţia masică a fitoplanctonului.

Azotul organic se determină prin metoda Kjealdhal, conform căreia compuşii sunttransformaţi în amoniac (prin mineralizare cu acid sulfuric şi hidroliză cu hidroxidde sodiu): SR EN 25663/2000.

În ceea ce priveşte ponderile dintre azot organic şi cel anorganic, la apele desuprafaţă naturale, nepoluate, acestea sunt, de regulă date de relaţia:

NT = 0,8Nmin + 0,2Norg

Formele de azot se regăsesc şi în sedimente, în cea mai mare cantitate în primii10 cm de la suprafaţă, preponderent sub formă organică.

Ciclul azotului în lacuri prezintă anumite particularităţi: Algele preferă azotul amoniacal, abia după epuizarea lui se consumă şi azotaţii.Microfitele (plante acvatice mari) preferă azotaţii; Toate fazele transformărilor bacteriene ale azotului sunt reversibile, sensultransformărilor depinzând de ansamblul factorilor abiotici (oxigen, pH,temperatură etc.);Pierderile de azot se situează fie la nivelul emisarului (efluentul din lac), fie lanivelul sedimentelor (diageneză şi denitrificare);

În lacuri, reciclarea azotului are loc de 10 – 20 ori pe an. În general transformăr ilepentru azotul amoniacal sunt mai rapide în masa apei decât în sedimente şiinvers pentru azotul din azotaţi.



72

Indicatorii biogeni ai fosforului

Fosforul este esenţial pentru sistemele biologice, intrând în alcătuireaacizilor nucleici, fosfoproteinelor, fosfolipidelor, fitinei, în scheletul vertebratelor.

Are rol esenţial în metabolismul energetic ca parte componentă a compuşilor

macroenergetici (ADP, ATP) şi în fotofosforilare.Negăsindu-se în atmosferă rezervorul principal de fosf or pentru mediul

acvatic sunt rocile care conţin acest element: apatia, rocile magmatice,depozitele de guano şi materia organică moartă. Lipsa compuşilor gazoşi aifosforului face ca circuitul acestui element în natură să fie legat indisolubil decircuitul apei. Pe circuitul geologic global se grefează circuitul biologic, în caremicroorganismele joacă un rol esenţial.

Cea mai mare parte a fosforului din ape se găseşte sub formă organică.Fosforul mineral din apă apare ca: H2PO4

-, HPO42- şi PO4

3-. Cea mai bună măsură a conţinutului fosforului în ape o reprezintă fosforul

total (PT), dizolvat sau particulat (sub formă de particule fine). Ponderea uneiasau altei forme depinde de o serie de condiţii, în mediile acvatice oligotrofe(sărace în nutrienţi) cca 90 % din fosfor este particulat (nesolubilizat), în lacurileeutrofe (cu ofertă ridicată în nutrienţi), majoritatea este sub formă dizolvată.Strickland şi Parson (1960)1 au realizat o diagramă a fracţionării analitice afosforului în apă:

Fosfor total (PT):o Fosfor particulat (PP) > 0,45 μm; o Fosforul solubil (PS) < 0,45 μm;

Fosfor solubil reactiv cu molibdatul (PSR);

Fosfor solubil nonreactiv cu molibdatul;Concentraţia fosforul total în apele nepoluate variază mult în funcţie de geologiaregiunii. Limitele sunt cuprinse între 1 - 200 μg/dm3, dar în medie se încadrează

între 10 – 50 μg/dm3, mai redusă în zone cu roci cristaline şi mai ridicată în zonecu roci sedimentare şi foarte mare în regiunile cu roci fosfatate.

Apele bogate în materie organică au şi concentraţii ridicate ale fosforului total. Fosforul particulat poate fi de origine biologică (organică) sau minerală.

Fosforul particulat organic se regăseşte sub formă de ADN, ARN, fosfoproteine,esteri ai enzimelor, vitamine cu greutate moleculară mică, ADP, ATP. Conţinutul

în fosfor al celulelor algale variază foarte mult (2-10 mg/g substanţă uscată).Raportul C/N/P este 106/16/1 la algele în creştere dar poate ajunge raportul N/Pla 30/1, când există un deficit ridicat al fosforului în apă. Bacteriile din apă au unconţinut de până la 5 ori mai mare în fosfor decât algele.

Fosforul mineral particulat este dificil de identificat mai ales cândparticulele sunt foarte fine. Fosforul mineral are o afinitate mare pentru argile şi

1 J.D.H. Strickland and T.R. Parsons, 1960, A manual of sea water analysis, Fish. Res. Board Can.Bull., No. 125 (1960),



73

are o tendinţă ridicată de a coprecipita cu hidroxizii metalici sau cu carbonatul decalciu. Fosfatul anorganic din suspensii (insolubil) apare sub formă de fosfattricalcic – Ca3(PO4)2, fosfat trimagnezic (de magneziu) - Mg3(PO4)2, fosfat feric – FePO4, fosfat de aluminiu – AlPO4.Fosforul solubil înglobează ortofosfaţii, polifosfaţii, coloizii organici sau esteri ai

fosfatului cu greutate moleculară mică. Fosforul organic solubil se găseşte în cantitate mai mare decât cel mineral, dar încantitate mult mai mică decât cel organic part iculat (70 %). Fosforul organicsolubil este reprezentat de o fracţie cu greutate moleculară mică, carereacţionează parţial cu molibdatul. În această fracţie este inclus şi fosforulorganic coloidal, cu greutate moleculară mare, nonreactiv cu molibdatul, careconţine acizi nucleici şi fosforul legat de acizi humici prin cationi metalicicomplecşi. Fosforul anorganic (sau mineral) solubil se găseşte în ape sub formă deortofosfaţi PO4

3- (fosfaţi terţiari). În afară de ortofosfaţi, acidul fosforic H3PO4 mai

formează două serii de săruri: Fosfaţi primari sau metafosfaţi redaţi prin ionul H2PO4-,

Fosfaţii secundari redaţi prin ionul HPO42-.

Dintre fosfaţi numai cei ai metalelor alcaline (Na şi K) şi ai altor câteva metalesunt solubili în apă ex. fosfat monosodic – NaH2PO4, fosfat disodic – Na2HPO4,fosfat disodic de amoniu – Na2(NH4)PO4, fosfatul monocalcic – Ca(H2PO4)2.Prin analiza apei aceste forme de fosfor sunt exprimate sub formă de PO4

3-, Psau P2O5.Fosfaţii de Al şi Fe sunt speciile cele mai labile, în funcţie de pH-ul mediuluiacvatic, de potenţialul redox şi de prezenţa altor ioni. Astfel, în mediul acvatic, la

interfaţa apă-sediment, în condiţii anaerobe sau în urma hidrolizei sunt eliberaţiioni de fosfaţi, alături de metale (Fe, Mn):

AlPO4 O H OH 2,

Al(OH)3↓ + PO43- (solubilizat)

Fe3+ PO4↓

reducere Fe2+ +PO43- (ambii solubilizaţi)

În urma unor reacţii de oxidare Fe şi Mn bivalent trec în Fe3+ respectiv Mn4+careprecipită cu fosfaţii, şi în urma depunerii trec în sedimente

În condiţii anaerobe (în cazul lacurilor adânci, în perioada stratificării termicedirecte din perioada caldă, când în zonele apropiate de fund se instalează undeficit sever de oxigen dizolvat – deci există condiţii anaerobe - reducătoare,Fe3+respectiv Mn4+se reduc la forma bivalentă. Fosfaţii acestor metale în starebivalentă sunt solubili, reîntroducând în circuit fosforul. În consecinţă,sedimentele se constituie ca rezervoare de fosfor în condiţii aerobe, în cazcontrar proprietăţile de stocare sunt anulate.



74

Determinarea conţinutului de fosfaţi se face conform: SR EN 1189/2000, STAS10064/75.

Importanţa prezenţei azotului şi fosforului în apă. Fenomenul de eutrofizare

Azotul şi fosforul sunt principalii factori ai pr ocesului de eutrofizare a apei,proces natural către care tinde orice sursă de apă cu viteză mică de curgere,având consecinţă dezvoltarea excesivă a algelor.

Eutrofizarea este un proces lent, care în condiţii naturale se realizează într-un timp foarte îndelungat. Dar datorită aportului însemnat, prin poluare, acelor două elemente (N şi P) se poate vorbi şi de o eutrofizare accelerată. Dinacest motiv, cei doi indicatori trebuie şi sunt sever limitaţi în cazul definirii stăriide eutrofizare. Fosforul, în general fiind în concentraţii mai scăzute poate să seconstituie în factor limitativ al acestui proces. Cu cât concentraţiile în N şi P sunt

mai mari, cu atât balanţa energetică este îndreptată spre intensificareaprocesului de fotosinteză, având ca rezultat dezvoltarea algelor, care în anumitesituaţii (lipsa insolaţiei, noaptea), în timpul procesului de respiraţie, suntconsumatori ai oxigenului dizolvat în apă. Menţionăm că la concentraţii ridicatede P şi N în apă se produce o inhibare a procesului de fotosinteză, deci se poatereduce procesul de dezvoltare algală. Limitarea introducerii, cât şi eliminarea dinmediul acvatic al azotului şi fosforului sunt condiţii necesare pentru împiedicareaapariţiei fenomenului de eutrofizare.

3.4.5. Indicatori ai salinităţii apelor

Indicatorii de salinitate (mineralizare) sunt relevanţi îndeosebi din punct devedere al unor folosinţe de apă cum ar fi potabilizare, folosinţe industrie,agricultură, îmbăiere etc.

Reziduul fix

Reziduul fix reprezintă totalitatea substanţelor organice şi anorganicedizolvate în apă, stabile după evaporare la 105C. În timpul determinării,bicarbonaţii se descompun termic, pierzând cca 30 % din greutatea lor. Se mai

întâlnește şi sub denumirea de TDS – săruri totale dizolvate.

Valoarea reziduului fix în diferite ape naturale variază în funcţie de caracteristicilerocilor şi mineralelor cu care vine în contact:

ape de suprafaţă 100 – 250



75

ape din pânza freatică ape din pânza de mare

adâncime ape de mare ape din regiuni sărăturoase apa de ploaie ape minerale potabile

200 – 350

1000 – 300020000 – 220001100 – 5000

10 – 201000 – 3000

Apele cu reziduu fix ridicat au un gust sălciu, sărat în funcţie de săruriledizolvate, astfel încât utilizarea lor în scop potabil este limitată.Utilizarea acestor ape în scopuri industriale este limitată atât de conţinutul cât şide natura sărurilor dizolvate şi necesită operaţii de tratare specifice(dedurizare/demineralizare - exemplu apa pentru cazane).

După cum s-a arătat anterior, conţinutul de minerale în apele naturale estedependent de condiţiile meteorologice şi climatologice (precipitaţii, topirea

zăpezilor, secetă, anotimp etc.). În perioade ploioase şi de topire a zăpezilor concentraţia în reziduu fix a apelor de suprafaţă scade (sub 100 mg/l) iar înperioade secetoase (vara) sau iarna când scurgerile sunt minime, concentraţiilepot ajunge şi la 350 – 400 mg/l săruri dizolvate (apele de suprafaţă suntalimentate din freatic cu concentraţii mai ridicate în săruri). În cazul apelor freatice şi mai ales la cele de mare adâncime concentraţia în săruri dizolvateeste mai mare şi variaţia lor în timp este redusă, nedepinzând direct de factoriexterni.

În funcţie de temperatura de uscare în afara reziduului fix (cu uscare la 105 C)mai există:

reziduu fix cu uscare la 180 C, în vederea îndepărtării apei de cristalizaredin unele săruri;

reziduu calcinat, se poate efectua la 450 C sau la 650 C. În aceste cazurise elimină substanţele organice şi unele săruri minerale volatile.

Dacă din reziduul total se scade reziduul calcinat se determină pierderea princalcinare.Reziduul fix se exprimă în unităţi de concentraţie (mg/l, g/l, g/m3).Determinarea se face prin cântărire după filtrare şi uscare, respectiv calcinare.

Modul de lucru este conform STAS 9187/1984.

Conductivitatea

Conductivitatea electrică a apelor (inversul rezistivităţii electrice) sedatorează sărurilor disociabile din apă şi constituie unul dintre indicatorii cei maiutilizaţi în aprecierea gradului de mineralizaţie, din următoarele considerente:



76

măsurătorile de conductivitate a apei permit determinarea conţinutului totalde săruri dizolvate în apă (TDS);

se elimină erorile datorate transformării speciilor de carbonaţi/bicarbonaţiprin evaporare la 105 C;

operativitate ridicată (cca 5 minute) faţă de metoda clasică care necesitămai mult timp (cel puţin 2-3 ore);

se pretează la analiza în situ; poate fi adoptată pentru măsurători în timp real respectiv automate on line; costuri de exploatare reduse în comparaţie cu alte măsurători; accesibilitate ridicată.

Cu toate aceste avantaje există şi o serie de limitări ale acestui indicator încaracterizarea gradului de mineralizaţie a apelor:

substanţele tensioactive, emulsiile din apele naturale ajunse prin poluare,pot perturba direct caracteristicile primare ale electrodului de măsurare;

calibrarea sistemului de măsură în TDS implică determinări paralele dereziduu fix pentru fiecare punct (secţiune) de recoltare;

mediul alcalin/acid induce erori; temperatura mediului de investigaţie contribuie la erori de până la 3 %; modificarea în timp a constantei celulei conductometrie.

Exprimarea conductivităţii; se face în ohm-1.cm-1 sau siemens (S/cm).Conductivitatea specifică C a unei soluţii este conductivitatea soluţiei ce segăseşte între doi electrozi, având suprafaţa de 1 cm2 dispuşi la distanţa de 1 cm

unde:1/R - reprezintă conductivitatea (ohm-1);l – reprezintă distanţa dintre electrozi (cm); s – reprezintă suprafaţa electrozilor (cm2);Mărimea l/s determinată pentru o soluţie etalon reprezintă constanţa aparatului,notat cu c.Măsurarea conductivităţii se face cu conductometr u.

Determinarea conductivităţii electrice se face conform SR EN 27888/1997. În general Rfix = 0,7 – 0,8 din valoarea conductivităţi, în domeniul pH = 6,5-8,5.

Ioni principali Apele naturale conţin diferite săruri la formarea cărora participă în proporţii

diferite o serie de ioni. Cei mai importanţi ioni, care participă în concentraţiile celemai mari şi se regăsesc permanent în toate apele naturale sunt: clorurile, sulfaţii,calciul, magneziu, sodiu, potasiu şi bicarbonaţii. Alături de aceşti ioni, dar în

s

l x

RC

1



77

concentraţii mai scăzute şi având un rol important în chimismul apei se mairegăsesc şi: fierul, manganul, aluminiul, siliciul, fluorurile şi iodurile.

Prezenţa acestor ioni se datorează dizolvării unor săruri solubile (MgSO4, NaCl,KCl, KHCO3, Na2SO4, NaHCO3) şi săruri greu solubile (CaSO4, CaCO3,

MgCO3).

Cei mai stabili ioni din ape în condiţii naturale sunt sodiul şi clorurile, pentru că nuprecipită, decât la concentraţii foarte ridicate (necaracteristice apelor naturale).

Clorurile

Clorurile sunt constituenţi minori ai scoarţei terestre în schimb reprezintăconstituenţi importanţi ai apelor naturale şi însoţesc de obicei cationii alcalini, înspecial sodiul. Cele mai solubile cloruri sunt: clorura de calciu, clorura de

magneziu şi clorura de sodiu. Tabelul nr. 3.12 Solubilitatea principalelor cloruri

Solubilitatea la 18 CaCl2 MgCl2 NaCl

g/l731,6 558,1 358,6

Clorurile din apele naturale provin atât pe cale anorganică cât şi organică.

Pe cale anorganică clorurile provin din zăcăminte de sare, din roci sedimentarecare conţin clorură de sodiu (argila), din roci magmatice care pierd clorul lacontactul cu atmosfera. Principalele minerale din roci metamorfice şi eruptivesunt: sodalitul (3NaAlSiO4.NaCl) şi apatitul. Apele din precipitaţii au conţinuturivariabile de cloruri, în zonele litorale (mări şi oceane) sunt mai ridicate (3 -6 mg/l)iar în zonele continentale de cca 1mg/l. Pe cale organică provin în urmamineralizării materiei organice din apă.

Clorurile pot avea efecte corozive asupra metalelor, fapt pentru careconcentraţiile lor sunt limitate. În cazul apelor potabile concentraţia maximăadmisă este limitată la 250 mg/l, deoarece peste aceste limite apa are deja gustsărat.

În general, repartiţia în apele de suprafaţă a ionilor este HCO3-SO4

2-Cl- iar în

apa mărilor şi oceanelor Cl-SO42-HCO3

-.

Determinarea clorurilor se face conform STAS 8663/1970 şi SR ISO 9297/2001.



78

Sulfaţii

Sulf aţii sunt componente obişnuite ale apelor naturale. Ionii de sulfaţi însoţesc îngeneral metalele alcalino-pământoase (Ca şi Mg), mai rar alcaline (Na) şi foarterar Fe3+. În rocile sedimentare sulfaţii (ghips şi anhidridă) se găsesc în cantităţi

importante, pe când în rocile eruptive constituie componente minore. Sulfaţii maiiau naştere şi din sulfurile metalelor, prin oxidare aerobă în prezenţă de bacterii(Thiobacillus thiooxidans), în condiţii de pH 5. În urma reacţiilor ia naştereacidul sulfuric, care coboară brusc pH-ul mediului sub 3:

PbS + 2O2 PbSO4 CuFeS2 + 4O2 CuSO4 + FeSO4

2FeS2 + 15O2 + H2O H2SO4 + Fe2(SO4)3 Fe2(SO4)3 + 6H2O 2Fe(OH)3 + 3H2SO4

Ionul sulfat mai poate rezulta şi prin mineralizarea compuşilor organici cuconţinut de sulf din apă.

În apele naturale concentraţiile sulfaţilor variază în limite foarte largi (0,2 – 100mg/l). Cele mai scăzute concentraţii sunt în apele de ploaie şi predomină înapele de suprafaţă cu mineralizaţie medie. Concentraţia de sulfaţi este încorelaţie cu duritatea permanentă (necarbonică) a apei. În apa potabilă,deoarece este tolerat bine de organismul uman se admite până la 250 mg/l desulfaţi. În apele de suprafaţă limita maximă este limitată la 300 mg/l. Sulfaţii înconcentraţii ridicate pot provoca fenomene de coroziune a metalelor şi abetoanelor.

Determinarea sulfaţilor se face conform STAS 8601/1970.

Bicarbonaţii şi carbonaţii

Ionii de bicarbonaţi şi carbonaţii reprezintă cele mai importante specii chimice dinapele naturale. Aceşti ioni însoţesc în general ionii de calciu şi magneziu. Ocaracteristică a ionilor de carbonaţi şi bicarbonaţi este că generează aproape înexclusivitate alcalinitatea apei (mai intervin în măsură foarte redusă fosfaţii, fierul

şi silicaţii). De aici rezultă că alcalinitatea este o măsură sigură în apele naturalea ionilor de calciu şi magneziu.

Cei mai mulţi ioni de carbonat şi bicarbonat din apele naturale provin din dioxidulde carbon atmosferic, din dioxidul de carbon din sol, din rocile carbonatice(calcar e, dolomită) şi din circuitul carbonic al rocilor sedimentare.



79

CaCO3 + CO2 + H2O Ca2+ + 2HCO3-

MgCO3 + CO2 + H2O Mg2+ + 2HCO3-

În general, apele naturale conţin mai mult de 10 mg/l şi mai puţin de 800 mg/lbicarbonaţi. Cele mai multe ape conţin între 50 – 400 mg/l bicarbonaţi.

În general apele naturale nu au pH-ul mai ridicat de 8,2. Fenomenul se poate produce natural în lacuri sau în cursuri de apă, în situaţia în care sunt prezenţi alge în număr foarte mare. Prin fotosinteză, (în timpul zilei) algele consumădioxidul de carbon dizolvat din apă. Necesarul de dioxid de carbon este extrasdin bicarbonaţi în urma reacţiei de disociere:

2HCO3- CO2 + CO3

2- + H 2 O

Din cauza prezenţei carbonaţilor pH -ul apei creşte şi în acelaşi timp ionii de

calciu şi magneziu precipită sub formă de carbonaţi şi se depun. Fenomenul senumeşte decalcifiere biogenă şi are drept rezultat extragerea carbonului anorganic, calciului şi magneziului în urma activităţii algelor din mediul acvatic.Noaptea, din lipsa luminii fotosinteza încetează, şi vor predomina fenomenelemetabolice, exemplu respiraţia, în urma căreia algele elimină CO2 . Astfel carbonaţii din apă, conform reacţiei amintite mai sus se redizolvă prin trecere înbicarbonaţi. De asemenea apa se saturează (sau suprasaturează) cu dioxid de

carbon, pH-ul mediului devenind acid (pH 7).

Determinarea bicarbonaţilor se face conform SR ISO 9963-1-2/1997.

Calciul şi magneziul

Calciul şi magneziul sunt reprezentați prin ionii de Ca2+ şi Mg2+ şi sunt elementede bază, care intră în componenţa mineralizării apei (determinând duritatea ei) şi

în calculul bilanţului ionic al apei.

Calciul (Ca2+) – în majoritatea apelor de suprafaţă sau subterane este elementulconstituent cationic predominant. Este legat mai ales de ionul bicarbonat (HCO3

-)

şi provine prin dizolvarea calcarului – varietatea naturală a CaCO3 respectiv adolomitelor CaCO3.MgCO3 (existent în roci calcaroase şi sedimentare) – înprezenţă de CO2 (vezi reacţiile de la bicarbonaţi). O altă sursă de calciu suntsilicaţii de calciu.

Magneziu (Mg2+) – în apele de suprafaţă se găseşte în concentraţii mai micidecât calciul însă în unele ape subterane poate depăşi concentraţia calciului.



80

Magneziul este un element ce intervine în anumite sisteme enzimatice. Apele cuconţinut ridicat de magneziu au proprietăţi laxative.

Determinarea calciului şi magneziului se face conform SR ISO 7980/1997, STAS3662/1990 (Ca din apa potabilă).

Sodiul şi potasiul

Sodiul şi potasiul sunt cationii, care după calciu şi magneziu sunt cei mai frecventprezenţi în apele naturale, având în general concentraţia de 5 – 30 mg/dm3 (Na+ + K+). Există şi ape, de mare adâncime, a căror conţinut de sodiu şi potasiu estemai mare. În situaţia unor poluări provenite din zone saline concentraţia mai alesa sodiului poate fi foarte ridicată. Există situaţii în care la unele ape duritateatemporară să fie mai mare decât cea totală, fenomen datorat prezenţeibicarbonaţilor de sodiu şi potasiu.

Determinarea sodiului şi potasiului se face conform STAS 8295/1969, ISO 9964-3/93.



81

Capitolul 4. Poluanţii apelor şi surse de poluare

4.1. Noţiuni introductive despre poluarea apelor

Apa este un factor important în echilibrele ecologice, iar poluarea acesteiaeste o problemă actuală cu consecinţe mai mult sau mai puţin grave asuprapopulaţiei.

Prin poluarea apei, se înţelege alterarea caracteristicilor fizice, chimice şi biologice ale apei, produsă direct sau indirect de activităţile umane sau pe căi naturale, care fac ca apele să devină improprii utilizării normale în scopurile încare această utilizare era posibilă înainte de a interveni alterarea.

Efectele poluării resurselor de apă sunt complexe şi variate, în funcţie denatura şi concentraţia substanţelor impurificatoare. Rezolvarea acestor problemeridicate de poluarea apei se realizează printr -un proces de tratare.Mediul acvatic este mai complex din punct de vedere fizico-chimic, decât celterestru. Astfel, apele naturale sunt soluţii de săruri şi gaze, a căror conţinut estefuncţie de categoria bazinului: ape dulci, salmastre (ape cu salinitate redusă) şisărate. În acelaşi bazin concentraţia diferitelor componente chimice poate varia

în spaţiu, la suprafaţă sau în adâncime, amonte sau aval şi în timp, în funcţie deanumiţi parametri fizici cum ar fi: temperatura, lumina, regimul precipitaţiilor.

Apele poluate au o integritate cu atât mai redusă cu cât creşte gradul lor de impurificare. Modificarea integrităţii unui bazin prin poluare, se răsfrânge şiasupra efluenţilor, constituind adevărate baraje de apă nocivă în calea deplasăriipeştilor, deplasări care au loc mai ales în scopul reproducerii speciei.

Modificarea componenţilor unei biocenoze (structura organismelor prezente într-un bazin, ecosistem acvatic) atrage după sine modificări structuraleşi funcţionale ale întregului ecosistem şi implicit asupra răspunsului săuinformaţional.

Un exemplu concludent poate fi luat din practica epurării biologice a apelor uzate. Nămolul activ, acea biocenoză complexă, formată din bacterii, ciuperci,protozoare şi alte microorganisme are însuşiri funcţionale noi. Astfel, nămolulactiv dobândeşte proprietatea de a metaboliza materii organice toxice (fenoli,detergenţi, insecticide). Organismele menţionate ca fiind prezente în nămolulactiv, nu au în condiţiile activităţii individuale însuşirea de metaboliza materiiorganice toxice.



82

Menţinerea echilibrului dinamic ce caracterizează integritateaecosistemelor acvatice, se realizează prin mecanisme complexe de autoreglarecare funcţionează pe baza principiilor ciberneticii, prin conexiuni directe şiinverse. Cu cât sistemul posedă mecanisme de autoreglare mai perfecţionate şicu cât gradul său de integritate este mai mare, cu atât va prezenta independenţă

mai mare faţă de oscilaţiile mediului extern. În aceste condiţii echilibrul semenţine mai uşor şi se poate spune că sistemul este mai stabil.

De exemplu la tulburarea echilibrului chimic dintr-un râu, realizată prinintroducerea de substanţe organice degradabile, are loc modificarea structuriibiocenozei. De obicei, se înregistrează apariţia de populaţii capabile să suportenoile condiţii. Treptat, pe măsura mineralizării substanţelor organice, compoziţiafizico-chimică a apei se reface ca urmare a procesului cunoscut sub numele deautoepurare iar apa va ajunge astfel la un nou echilibru chimico-biologic, diferittotuşi faţă de cel iniţial. Poluarea apelor poate fi:

Poluarea naturală se datorează surselor de poluare naturale şi seproduce în urma interacţiei apei cu atmosfera, când are loc o dizolvare a gazelor existente în aceasta, cu litosfera, când se produce dizolvarea rocilor solubile şicu organismele vii din apă.

Poluarea artificială se datorează surselor de ape uzate de orice fel,apelor meteorice, nămolurilor, reziduurilor, navigaţiei etc. Poluarea artificial aapărut odată cu dezvoltarea primelor aşezări urbane, sub influenţa factoruluiantropic. Iniţial produsele poluante erau puţine, de natură organic şi uşor degradabile de către microorganismele mediului (bacteria, ciuperci). Pe măsuradezvoltării industriale, a creşterii demografice, poluarea s-a extins, poluanţii s-au

înmulţit şi au apărut deşeuri greu biodegradabile (detergenţi, pesticide, deşeuriradioactive).Se poate vorbi şi despre poluare controlată şi necontrolată.

Poluarea controlată se referă la poluarea datorată apelor uzatetransportate prin reţeaua de canalizare şi evacuate în anumite puncte stabiliteprin proiecte.

Poluarea necontrolată provine din surse de poluare care ajung în emisaripe cale naturală, de cele mai multe ori prin intermediul apelor de ploaie.Poluarea normală şi accidentală reprezintă categorii de impurificare folositepentru a defini grupuri de surse de ape uzate.

Poluarea normală provine din surse de poluare cunoscute, colectate şitransportate prin reţeaua de canalizare la staţia de epurare sau direct în receptor.

Poluarea accidentală apare, de exemplu, ca urmare a dereglării unor procese industriale, când cantităţi mari (anormale) de substanţe nocive ajung înreţeaua de canalizare sau, ca urmare a defectării unor obiective din staţia de preepurare sau epurare.Se mai poate vorbi şi despre poluare primară şi secundară.



83

Poluarea primară apare, de exemplu, în urma depunerii substanţelor însuspensie din apele uzate, evacuate într-un receptor, pe patul acestuia.

Poluarea secundară apare, de exemplu, imediat ce gazele rezultate înurma fermentării materiilor organice depuse din substanţele în suspensieantrenează restul de suspensii şi le aduce la suprafaţa apei, de unde sunt apoi

transportate în aval de curentul de apă.

4.2. Principalele substanţe poluante şi efectele acestora

Substanţele poluante introduse în ape din surse naturale şi artificiale suntnumeroase, producând un impact important asupra apelor de suprafaţă şisubterane. Prejudiciile aduse mediului de substanţele poluante pot fi grupate îndouă mari categorii: prejudicii asupra sănătăţii publice şi prejudicii aduse unor folosinţe (industriale, piscicole, navigaţie, etc.).

Substanţele poluante pot fi clasificate, după natura lor şi după prejudiciileaduse, în următoarele categorii:

substanţe de natură organică, de origine naturală sau artificială,reprezintă pentru apă poluantul principal. Substanţele organice de originenaturală (vegetală şi animală) consumă oxigenul din apă atât pentrudezvoltare, cât şi după moarte. Materiile organice consumă oxigenul dinapă, în timpul descompunerii lor, într -o măsură mai mare sau mai mică, înfuncţie de cantitatea de substanţă organică evacuată, provocânddistrugerea fondului piscicol şi în general a tuturor organismelor acvatice.

În acelaşi timp oxigenul mai este necesar şi proceselor aerobe deautoepurare, respectiv bacteriilor aerobe care oxidează substanţeleorganice şi care, în final, conduc la autoepurarea apei. Concentraţia deoxigen dizolvat nor mată, variază între 4 - 6 mg/l, în funcţie de categoria defolosinţă. Coborârea sub această limită având ca efect oprirea proceselor aerobe, cu consecinţe foarte grave. Cele mai importante substanţeorganice de origine naturală sunt ţiţeiul, taninul, lignina, hidraţii de carbon,biotoxinele marine ş.a..Substanţele organice – poluanţi artificiali, provin din prelucrarea diferitelor substanţe în cadrul rafinăriilor (benzină, motorină, uleiuri, solvenţi organici

ș.a.), industriei chimice organice şi industriei petrochimice (hidrocarburi,hidr ocarburi halogenate, detergenţi ş.a.).Coloranţii , alţi poluanţi de natură organică, provin îndeosebi de la fabricilede textile, hârtie, tăbăcării etc., împiedică absorbţia oxigenului şidesfăşurarea normală a fenomenelor de autoepurare şi a celor defotosinteză .



84

substanţe de natură anorganică, în suspensie sau dizolvate sunt cel maifrecvent întâlnite în apele uzate industriale. Dintre acestea semenţionează, în primul rând, metalele grele (Pb, Cu , Zn , Cr, Cd, Hg,etc.), clorurile, sulfaţii etc.Sărurile anorganice conduc la mărirea salinităţii apelor, iar unele dintre ele

pot provoca creşterea durităţii. Clorurile în cantităţi mari fac apa impropriealimentărilor cu apă potabilă şi industrială, irigaţiilor etc. .Prin bioacumulare metalele grele au efecte toxice asupra organismelor acvatice, inhibând în acelaşi timp şi procesele de autoepurare.Sărurile de azot şi fosfor produc dezvoltarea rapidă a algelor la suprafaţaapelor. Apele cu duritate mare produc depuneri pe conducte, mărindu-lerugozitatea şi micşorându-le capacitatea de transport şi de transfer acăldurii.Substanţele cu aciditate sau alcalinitate pronunţată, evacuate cu apeleuzate, conduc la distrugerea florei şi faunei acvatice, la degradarea

construcţiilor hidrotehnice, a vaselor şi instalaţiilor necesare navigaţiei, împiedică folosirea apei în agrement, irigaţii, alimentări cu apă etc. Deexemplu, toxicitatea acidului sulfuric pentru faună depinde de valoarea pH-ului, peştii murind la un pH = 4,5. Hidroxidul de sodiu, folosit în numeroaseprocese industriale, este foarte solubil în apă şi măreşte rapid pH-ul,respectiv alcalinitatea apei, producând numeroase prejudicii diferitelor folosinţe ale apelor. Astfel, apele receptorilor care conţin peste 25 mg/lNaOH, distrug fauna piscicolă.

materialele în suspensie, organice sau anorganice, se depun pe patul

emisarului formând bancuri care pot împiedica navigaţia, consumăoxigenul din apă dacă materiile sunt de origine organică, determinăformarea unor gaze urât mirositoare. Substanţele în suspensie plutitoare,cum ar fi ţiţeiul, produsele petrolifere, uleiul, spuma datorată detergenţilor,produc prejudicii emisarului. Astfel, ele dau apei un gust şi miros neplăcut,

împiedică absorbţia oxigenului la suprafaţa apei şi deci autoepurarea, se depun pe diferite instalaţii, colmatează filtrele, sunt toxice pentru fauna şiflora acvatică, fac inutilizabilă apa pentru alimentarea instalaţiilor de răcire,irigaţii, agrement etc.Multe dintre aceste substanţe poluante, nu pot fi reţinute de instalaţiile de

tratare a apelor şi o parte din ele pot ajunge în organismul uman,provocând îmbolnăviri. Aceste substanţe de natură organică sauanorganică, chiar în concentraţii foarte mici, pot distruge în scurt timp floraşi fauna receptorului.

substanţele radioactive, izotopii radioactivi sunt unele dintre cele maipericuloase substanţe toxice. Evacuarea apelor uzate radioactive în apelede suprafaţă şi subterane prezintă pericole deosebite, datorită acţiunii



85

radiaţiilor asupra organismelor vii. Efectele substanţelor radioactive asupraorganismelor depind atât de concentraţiile radionuclizilor, cât şi de modulcum acestea acţionează, din exteriorul sau din interiorul organismului,sursele interne fiind cele mai periculoase.

poluarea termică, caracteristică apelor calde de la termocentrale şi de launele industrii, aduce numeroase prejudicii în alimentarea cu apă potabilăşi industrială, împiedică dezvoltarea florei şi faunei acvatice. Datorităcreşterii temperaturii apelor scade concentraţia de oxigen dizolvat, viaţaorganismelor acvatice devenind dificilă.

microorganismele de orice fel, ajunse în apa receptorilor, fie că sedezvoltă necorespunzător, fie că dereglează dezvoltarea altor microorganisme sau chiar a organismelor vii. Microorganismele provenitede la tăbăcării, abatoare, industria de prelucrare a unor produse vegetale,

sunt puternic vătămătoare, producând infectarea emisarului care poatedeveni inutilizabil.

4.3. Principalele surse de poluare

Sursele de poluare sunt în general aceleaşi pentru cele două maricategorii de receptori: apele de suprafaţă (fluvii, râuri, lacuri etc.) şi apelesubterane (straturi acvifere, izvoare etc.).Impurificarea apelor de suprafaţă sau subterane este favorizată de următoarele

caracteristici ale apei : starea lichidă a apei (la variaţii mari de temperatură), ceea ce face ca ea

să antreneze în curgerea sa diferite substanţe impurificatoare; apa e un mediu propice pentru realizarea a numeroase reacţii fizico-

chimice (ca de exemplu dizolvarea unor substanţe naturale sau artificiale,sedimentarea suspensiilor etc.);

faptul că în natură apa se găseşte sub forme diferite (inclusiv gaze şivapori) îi măreşte sensibil domeniul de aplicare şi în consecinţă posibilităţimultiple de poluare.

Sursele de poluare se pot împărţi în două categorii distincte: surse organizate, care produc poluarea în urma evacuării unor substanţe

în ape prin intermediul unor instalaţii destinate acestui scop, cum ar ficanalizări, evacuări de la industrii sau crescătorii de animale etc.;

surse neorganizate, care produc poluarea prin pătrunderea necontrolată aunor substanţe în ape.



86

După acţiunea lor în timp, sursele de poluare pot fi : surse de poluare permanente; surse de poluare nepermanente; surse de poluare accidentale.

După modul de generare a poluării, sursele de poluare pot fi împărţite în: surse de poluare naturale; surse de poluare artificiale, datorate activităţii omului.

Referitor la apele subterane , sursele de impurificare provin din: impurificări cu ape saline, gaze sau hidrocarburi, produse ca urmare a

unor lucrări miniere sau foraje; impurificări produse de infiltraţiile de la suprafaţa solului a tuturor

categoriilor de ape care produc în acelaşi timp şi impurificarea surselor desuprafaţă;

impurificări produse în secţiunea de captare, din cauza nerespectării zoneide protecţie sanitară sau a condiţiilor de execuţie.

4.3.1.Surse de poluare naturale

Sursele naturale de poluare a apelor sunt, în cea mai mare parte a lor,surse cu caracter permanent. Ele provoacă adesea modificări importante alecaracteristicilor calitative ale apelor, influenţând negativ folosirea lor. Cu toate că,

în legătură cu aceste surse, termenul de poluare este oarecum impropriu, eltrebuie considerat în sensul pătrunderii în apele naturale a unor cantităţi de

substanţe străine, care fac apele respective improprii folosirii.Principalele condiţii în care se produce poluarea naturală a apelor sunt :

- trecerea apelor prin zone cu roci solubile (zăcăminte de sare, de sulfaţi)constituie principala cauză de pătrundere a unor săruri, în cantităţi mari, în apelede suprafaţă sau în straturile acvifere. Un caz deosebit îl reprezintă rocileradioactive, care pot duce la contaminarea unor ape de suprafaţă sau subterane;

- trecerea apelor de suprafaţă prin zone cu fenomene de eroziune a soluluiprovoacă impurificări prin particulele solide antrenate, în special dacă solurilesunt compuse din particule fine, cum sunt cele din marne şi argilă, care semenţin mult timp în suspensie;

- apa de ploaie (ape uzate meteorice) şi cea provenită din viiturile carespală terenurile. În acest mod se pot antrena diferite cantităţi de nisip, argilă,frunze, cadavre, resturi vegetale, amendamente, îngrăşăminte, insecticide dincare o parte vor ajunge în apele naturale;

- vegetaţia acvatică, fixă sau flotantă, în special în apele cu viteză mică descurgere şi în lacuri, conduce la fenomene de impurificare variabile în timp, înfuncţie de perioadele de vegetaţie. Fenomen cunoscut sub numele de “înflorirea



87

apei” care înseamnă de fapt, o dezvoltare extensivă a algelor albastre sau verzidin ecosistem;

- vegetaţia de pe maluri produce şi ea o impurificare, atât prin cădereafrunzelor, cât şi prin căderea plantelor întregi. Elementele organice sunt supuseunui proces de putrezire şi descompunere, care conduce la o impurificare a

apelor, în special în perioade de ape mici sau sub pod de gheaţă.Sursele de poluare accidentală naturale sunt în general rare, ele

datorându-se în special unor fenomene cu caracter geologic. Dintre impurificărilede acest tip se pot cita pătrunderea unor ape puternic mineralizate în straturilesubterane sau în apele de suprafaţă, în urma unor erupţii sau altor activităţivulcanice, a deschiderii unor carsturi (formă, proces, fenomen, structură,sistemsau mediu după Goran C.1, a deschiderii unor noi căi de circulaţie a apeisubterane prin spălarea unor falii etc.

4.3.2. Surse de poluare artificială

4.3.2.1 Ape uzatePrincipala sursă de poluare permanentă o constituie apele uzate

reintroduse în receptori după utilizarea apei în diverse domenii. Dupăprovenienţa lor, există următoarele categorii de ape uzate:

ape uzate orăşeneşti , care reprezintă un amestec de ape menajere şiindustriale, provenite din satisfacerea nevoilor gospodăreşti de apă alecentrelor populate, precum şi a nevoilor gospodăreşti, igienico-sanitare şisocial - administrative ale diferitelor unităţi industriale mici.

ape uzate industriale, rezultate din apele folosite în procesul tehnologic

industrial, ele fiind de cele mai multe or i tratate separat în staţii de epurareproprii industriilor respective. Numărul de poluanţi pentru o anumităindustrie este de obicei restrâns, o apă industrială uzată având în principiu,caracteristici asemănătoare substanţelor chimice utilizate în procesultehnologic. De exemplu, apele uzate provenite de la minele de cărbuni audrept caracteristică principală conţinutul în substanţe în suspensie, în timpce apele uzate rezultate de la fabricile de zahăr conţin atât substanţe însuspensie, cât şi substanţe organice.

ape uzate de la ferme de animale şi păsări care, au în generalcaracteristicile apelor uzate orăşeneşti, poluanţii principali fiind substanţele

organice în cantitate mare şi materialele în suspensie. ape uzate radioactive, care conţin ca poluant principal substanţele

radioactive rezultate de la prelucrarea, transportul şi utilizarea acestora.Indiferent de provenienţa lor substanţele radioactive pot ajunge în apă, aer şi sol pe multiple căi, prejudiciind întreg mediul înconjurător.

ape uzate calde, care conţin de obicei un singur poluant, energia calorică.

1 “Configuraţia mediilor carstice, Terra, nr.1,pp77-82, 2000)



88

ape uzate provenite din zonele de agrement, campinguri, terenuri de sport ,care sunt asemănătoare cu apele uzate orăşeneşti.

ape uzate provenite de la navele maritime sau fluviale, conţin impurităţideosebit de nocive cum ar fi: reziduuri lichide şi solide, pierderi decombustibil, lubrifianţi etc.

4.3.2.2 Depozite de deşeuri sau reziduuri solide

O sursă importantă de impur ificare a apelor o constituie depozitele dedeşeuri sau de diferite reziduuri solide, aşezate pe sol, sub cerul liber, în haldeneraţional amplasate şi organizate. Impurificarea provenită de la aceste depozitepoate fi produsă prin antrenarea directă a reziduurilor în apele curgătoare decătre precipitaţii sau de către apele care se scurg, prin infiltraţie, în sol. Deosebitde grave pot fi cazurile de impurificare provocată de haldele de deşeuriamplasate în albiile majore ale cursurilor de apă şi antrenate de viiturile acestora.

Cele mai răspândite depozite de acest fel sunt cele de gunoaie orăşeneşti şi dedeşeuri solide industriale, în special cenuşa de la termocentralele care ardcărbuni, diverse zguri metalurgice, steril de la preparaţiile miniere, rumeguş şideşeuri lemnoase de la fabricile de cherestea etc. De asemenea, pot fi încadrate

în aceeaşi categorie de surse de impurificare depozitele de nămoluri provenitede la fabricile de zahăr, de produse clorosodice sau de la alte industrii chimice,precum şi cele de la staţiile de epurare a apelor uzate.

Mai pot fi amintite şi surse de poluare accidentală, dar ele sunt în marealor majoritate legate de probleme de risc industrial.

Hidrosfera în general, este un colector şi un vector purtător al deşeurilor

activităţilor gospodăreşti şi industriale. Sensibilitatea ei la poluarea chimică estecondiţionată de circuitul apei în natură (evaporări, precipitaţii, scurgeri desuprafaţă şi subterane). În acest mod substanţele poluante ajung în atmosferăsau sunt introduse în sol şi mai devreme sau mai târziu ajung în bazineleacvatice.

După intensitatea poluării ecosistemelor acvatice se deosebesc două zonecaracteristice:

zona poluării şi zona acţiunii poluării.

Prin zonă de poluare se înţelege, acea parte a râului sau rezervorului de

apă care se află în apropierea sursei de poluare şi unde în strânsă legătură cunatura poluanţilor, au loc perturbări ale proceselor naturale fizico-chimice şibiologice din interiorul bazinului. În acest caz concentraţia substanţelor poluantedepăşeşte permanent concentraţiile maxime admise.

Prin zona acţiunii poluării, se înţelege acea parte a obiectivului acvatic(ecosistemului), unde concentraţiile substanţelor poluante depăşesc numai dincând în când normele şi nu au loc schimbări esenţiale ale proceselor naturale dininteriorul ecosistemelor.



89

Aprecierea calităţii apei unui ecosistem se realizează cu ajutorul indicilor,indicatorilor sau parametrilor hidrochimici şi hidrobiologici. În categoriaparametrilor hidrochimici de calitate intră:

indicatorii fizici cum ar fi: temperatura, culoarea, pH-ul, indicatorii chimici cum ar fi: suspensiile, duritatea, mineralizarea – reziduu

fix, consumul chimic şi biochimic de oxigen (CCO, CBO), oxigenul dizolvat,azotul şi fosforul mineral (NH4

+, NO2-, NO3

-, PO43-), cationii metalelor grele,

produsele petroliere, pesticidele, detergenţii.Din categoria parametrilor biologici cităm: numărul speciilor algele şi intensitateadezvoltării lor, cantitatea de substanţe organice sintetizate de alge(productivitatea primară), cantitatea de substanţă organică ce a fost descompusăde bacterii, prezenţa microflorei patogene.

Pentru fiecare dintre aceste substanţe există anumite concentraţii limităadmisibile, cotate prescurtat – CLA, stabilite de stat, care depind de domeniul deutilizare al apei. CLA se stabileşte individual pentru fiecare parametru, pe baza

nocivităţii asupra organismelor vii, asupra omului şi asupra proceselor fizico-chimice şi biologice din bazinul acvatic.

În general, CLA reprezintă concentraţia la care substanţa nu are acţiuneperturbatoare asupra stării funcţionale a organismelor vii. Condiţia principală a calităţii apei este dată de relaţia:

Ci < CLAUnde: Ci reprezintă concentraţia substanţei „i” în apă, iar CLA reprezintăconcentraţia limită admisă a substanţei „i” în apă.

În cazul poluării cu mai multe substanţe poluante aprecierea calităţii apeise face cu indicele general de poluare Ip, care exprimă suma acţiunii tuturor

substanţelor poluante, folosind formula:

Ip = 1/(CLN)n ∑ Qi/Z

Unde: - n reprezintă numărul substanţelor poluante; - Qi –mărimea relativă a concentraţiei substanţei „i”; - Z – mărimea relativă a CLA a substanței „i”; - (CLN)n – media CLA a acestor substanţe.

4.4. Poluanţii apelor

Poluanţii apelor pot fi grupaţi după următoarele criterii:

4.4.1.După natur a lor : poluanţi organici, anorganici, biologici,



90

termici, radioactivi;

4.4.2. După starea lor de agregare: suspensii (substanţe insolubile în apă); solubili in apă; dispersii coloidale;

4.4.3 După durata degradării naturale în apă, poluanţii pot fi: uşor biodegradabili; greu biodegradabili (degradarea are loc în mai puţin de 30 de zile); nebiodegradabili (degradarea se produce în 30-60 de zile); refractari (degradarea începe după cel puţin 2 ani).

4.4.4 După modificările pe care le produc apei poluanţ i care modifica proprietăţ ile chimice si/sau biologice ale apei compuţ i toxici anorganici: plumb, mercur, cupru, zinc, crom, cianuri compuţ i organici greu sau nedegradabili: pesticide, detergent săruri organice provenite din mine sau exploatări petroliere substanţ e fertilizatoare: azot, fosfor microorganisme: bacterii, viruşi,

paraziţ i

4.4.5 P oluanţi care modifica proprietăţile fizice si/sau organoleptice ale apei

uleiuri, coloranţ i substanţ e degradabile care consuma oxigenul din apa substanţ e solide: suspensii

Poluarea organică - Substanţele organice, de origine naturală sau artificială,reprezintă pentru apă poluantul principal. Substanţele organice de originenaturală (vegetală şi animală) consumă oxigenul din apă atât pentru dezvoltare,cât şi după moarte. Materiile organice consumă oxigenul din apă, în timpuldescompunerii lor, într-o măsură mai mare sau mai mică, în funcţie de cantitateade substanţă organică evacuată, provocând distrugerea fondului piscicol şi îngeneral a tuturor organismelor acvatice. În acelaşi timp oxigenul mai estenecesar şi proceselor aerobe de autoepurare, respectiv bacteriilor aerobe careoxidează substanţele organice şi care, în final, conduc la autoepurarea apei.Concentraţia de oxigen dizolvat normată, variază între 4 - 6 mg/l, în funcţie decategoria de folosinţă, coborârea sub această limită având ca efect oprireaproceselor aerobe, cu consecinţe foarte grave. Cele mai importante substanţe



91

organice de origine naturală sunt ţiţeiul, taninul, lignina, hidraţii de carbon,biotoxinele marine ş.a. Substanţele organice – poluanţi artificiali, provin dinprelucrarea diferitelor substanţe în cadrul rafinăriilor (benzină, motorină, uleiuri,solvenţi organici ş.a.), industriei chimice organice şi industriei petrochimice(hidrocarburi, hidrocarburi halogenate, detergenţi ş.a.).

Poluarea cu produse petroliere - acestea provin din extracţia, transportul şiprelucrarea ţiţ eiului

- platforme de foraj;- spălarea tancurilor petroliere;- accidente.

Pelicula de petrol distruge flora şi fauna deoarece: - întrerupe contactul cu aerul;- împiedică asimilaţia clorofiliană; - sunt distruse ouă, larve (păsările nu îşi mai găsesc hrana, mor de frig prin

îmbibarea penajului cu ţiţei);

- compuşii fenolici şi aromatici sunt toxici, benzpirenul este cancerigen etc.Ţiţeiul deversat în mare se poate recupera parţial (10-14%) prin:- adsorbţie în mase plastice poroase; - congelare (se solidifică); - colectarea mecanică - aspiraţie cu pompe şi sisteme colectoare. - dispersarea ţiţeiului prin insuflare de aer, prin conducte perforate,

scufundate;- dispersare cu detergenţi; aprindere cu aruncătoare de flăcări.

Din punct de vedere al poluării organice mai amintim poluarea cu detergenţ i carepot fi poluanţi uşor sau greu biodegradabili:

- produc spumă, efect letal asupra peştilor. La concentraţii mari, spuma areefect toxic pentru toată faună acvatică;- la ţărm/mal, aspect neplăcut şi miros (se descompune cu ajutorul

microorganismelor anaerobe).Poluare cu pesticidele - substanţe organice cu fosfor, sulf, clor, brom etc.:

- efect toxic asupra fondului piscicol, vegetaţiei acvatice şi la animalele cefolosesc apa pentru băut;

- cancerigene pentru om. Efectele ajung la om, prin lanţur i trofice.

Poluanţii organici persistenţi (POP)

Poluanţii organici persistenţi sunt, conform definiţiei, substanţe chimicecare persistă în mediul înconjurător, se bioacumulează în organismele vii şiprezintă riscul de a cauza efecte adverse asupra sănătăţii umane şi mediu lui. Unaspect unic al POP îl reprezintă pătrunderea lor într -un segment al lanţului trofic,având posibilitatea de a trece de la mamă la copil prin placentă şi laptele matern. Categorii de poluanţi organic persistenţi:



92

pesticide (aldrin, clordan, dieldrin, endrin, heptaclor, mirex, toxafen); substanţe chimice industriale (hexaclorbenzen, HCB, bifenili policloruraţi,

PCB); produse secundare (dioxinele şi furanii).

Poluarea anorganică (săruri, acizi, baze): este indusă de industria chimică (produse clorosodice, îngrăşăminte

chimice), extracţia ţiţeiului, prepararea minereurilor, hidrometalurgie. în suspensie sau dizolvate sunt mai frecvent întâlnite în

apele uzate industriale. Dintre acestea se menţionează, în primul rând,metalele grele ( Pb, Cu , Zn , Cr ), clorurile, sulfaţii etc.

Sărurile anorganice conduc la mărirea salinităţii apelor, iar unele dintre ele potprovoca creşterea durităţii.

Clorurile în cantităţi mari fac apa improprie alimentărilor cu apă potabilă şiindustrială, irigaţiilor etc. .

Prin bioacumulare metalele grele au efecte toxice asupra organismelor acvatice, inhibând în acelaşi timp şi procesele de autoepurare. Sărurile de azot şifosfor produc dezvoltarea rapidă a algelor la suprafaţa apelor.

Apele cu duritate mare produc depuneri pe conducte, mărindu-le rugozitateaşi micşorându-le capacitatea de transport şi de transfer a căldurii.

Poluarea biologică - îşi are originea în activităţile menajere, funcţionareaabatoarelor, crescătorii de animale etc.Prin apă se transmit numeroase boli: bacteriene (febra tifoidă, dizenteria, holera);virotice (poliomielita, hepatita); parazitare (giardiaza).

Poluarea termică - se produce prin deversarea de apă caldă, provenită de lainstalaţii industriale şi îndeosebi din industria energetica. Ca urmare a acestuifapt, scade concentraţia oxigenului din apă, creşte sensibilitatea organismelor acvatice la poluanţi, dispare o parte din faună, se înmulţesc peste măsură algele

albastre etc.

Poluarea radioactivă - este generată de: apa rezultată din extracţia şi prelucrarea minereurilor radioactive

(uraniu, toriu); depozitele de deşeuri radioactive;



93

avariile la reactoarele nucleare; naufragiile vapoarelor cu încărcătură nucleară etc.

Apele de suprafaţă poluate pătrund prin scoarţa terestră pană la apelesubterane.Nivelul poluării depinde de:

structura geologică a straturilor străbătute; factori hidrodinamici.

Poluarea apelor subterane se semnalează frecvent în următoarele perimetre:conducte sparte; depozite de deşeuri; terenuri irigate; zone cu injectări de soluţii

în sol.

4.5. Autoepurarea apei

Autoepurar ea apei reprezintă un ansamblu de procese fizice, chimice şi

biologice prin care dispar poluanţii din apă, fără intervenţia omului. Apele naturale pot degrada poluanţii organici, cu formare de compuşi

simpli: CO2, H2O, CH4, NH3, H2S. Autoepurarea este influenţată de următoarele:

natura şi concentraţia poluanţilor; prezenţa microorganismelor; temperatură (modifică viteza reacţiilor chimice şi biologice); radiaţia solară (radiaţiile ultraviolete au efect bactericid); regimul curgerii apei (debit, turbulenţă, condiţii de amestecare a efluentului

cu receptorul); prezenţa argilelor (pot reprezenta bariere naturale împotriva migrării

poluanţilor).Se realizează pr in procese fizice si fizico-chimice precum si prin procesebiologice si biochimice. Acestea constau in:

sedimentarea materiilor mai grele, sedimentare, care este influenţată detemperatură, viteza de scurgere a apei etc.;

prin acţiunea radiaţiilor solare (ultraviolete) cu efecte antibacteriene; prin reacţii chimice de oxidare, reducere, neutralizare care au loc între

substanţele chimice din apă si cele din apa poluată; prin reacţii chimice chiar numai între substanţele chimice din apa poluată

4.6. Consecinţele poluării:

4.6.1. Asupra mediului:

posibilitatea contaminării sau poluării chimice a animalelor acvatice;



94

contaminarea bacteriologică sau poluarea chimică şi radioactivă alegumelor, fructelor sau a zarzavaturilor;

distrugerea florei microbiene propr ii apei ceea ce determină micşorareacapacităţii de debarasare faţa de diverşi poluanţi prezenţ i la un momentdat în apă.

4.6.2. Asupra sănătăţi:

Majoritatea bolilor din organism sunt cauzate de faptul că oamenii nu beausuficientă apă sau apa băută nu are cele mai bune calităţ i.

Boli infecţioase: boli microbiene: febra tifoidă, dizenteria, holera; boli virotice: poliomielita, hepatita epidemică; boli parazitare:dizenteria, giardiaza.

Boli neinfecţioase: determinate de contaminarea apei cu substanțe chimice

cu potenţ ial toxic:Intoxicaţ ia cu plumb (saturnism), se manifestă prin:

oboseală nejustificată; afectează globulele roşii, vaselesanguine; afectează sistemul nervos central, provocândencefalopatia saturnina şi cel periferic cu dereglări motorii.

Into xicaţ ia cu mercur :dureri de cap, ameţeli, insomnie, oboseală;tulburări vizuale;afecţ iuni ale sistemului nervos; afecţ iuni ale rinichilor;malformaţii congenitale ale fătului în cazul femeilor

însărcinate.

Intoxicaţ ia cu zinc :dureri epigastrice, diaree, tremurături, pareze; afecţ iuni alesistemului nervos central, muşchilor şi sistemuluicardiovascular.

Intoxicaţ ia cu cadminiu:cefalee; scăderea tensiuni arteriale; afecţ iuni hepato-renale.

Intoxicaţ ia cu azotaţi si fosfaţ i: învineţ irea buzelor, nărilor, feţ ei; agitaţ ie până la convulsii;cefalee, greaţă.

Intoxicaţ ia cu pesticide:

alterarea funcţiilor ficatului până la formarea hepatitei cronice;encefalopatii; malformaţ ii congenitale.

4.6.3. Asupra calităţii apelor: În viaţa colectivităţ ilor umane, apele sunt utilizate zilnic atât ca aliment cât

şi î n asigurarea igienei personale. În medie, în 24 de ore, un om adult consumă în scopuri alimentare 2-10 l de apă.



95

Mirosul apei provine de la substanţele volatile pe care le conţine carezultat al încărcării cu substanţ e organice în descompunere, al poluării cusubstanţ e chimice sau ape reziduale. Cu cât apa conţine mai multe substanţ eorganice, chimice sau ape reziduale cu atât mirosul este mai uşor de perceput.

Culoarea apei poate da indicaţii asupra modificării calităţ ii astfel: apele de culoare arămie sau brună provin de la distilările de cărbune

amestecate cu ape industriale care conţ in fier; apele de culoare brun închis sunt apele de la fabricile de celuloza; apele bogate în crom sunt cele provenite de la tăbăcării şi au culoarea

verde inchis sau neagră ionii de f ier dau apelor o culoare galbenă; ionii de cupru conferă apei o culoare albastră; apele care conţ in argila coloidală au o culoare galben-brună.





97

Capitolul 5. Epurarea apelor uzate

Apele uzate, sunt principala sursă de poluare a apelor naturale, prinevacuarea acestora în receptori. Aceste ape rezultate după folosirea apei îndiverse scopuri, gospodăreşti sau industriale, se caracterizează prin aceeaşiindicatori fizico-chimici ca şi apele de suprafaţă.

Compoziţia apelor uzate depinde foarte mult de provenienţa acestora, ele,clasificându-se în ape uzate menajere şi ape uzate industriale.

Evacuarea apelor uzate industriale în reţeaua de canalizare orăşeneascăsau în receptori este, într-o oarecare măsură, diferită de cea a apelor uzate

orăşeneşti, în principal, datorită caracteristicilor fizico-chimice şi biologicespecifice.

5.1. Ape uzate menajere

Apele uzate menajere provin din satisfacerea nevoilor gospodăreşti de apăale centrelor populate, precum şi a nevoilor gospodăreşti, igienico-sanitare şisocial administrative ale unităţilor industriale mici.

Apele uzate menajere au o compoziţie relativ constantă, dependentă orar de

activitatea umană. În tabelul 5.1 sunt prezentate valorile medii ale caracteristicilor specifice aleapelor uzate menajere.

Tabelul 5.1. Compoziţia medie a apelor uzate menajere

Caracteristici g / loc,zi mg / l

Substanţe solide totale: 250 655- substanţe minerale 105 275- substanţe volatile 145 380

Suspensii sedimentabile: 54 140

- minerale 15 40- volatile 39 100Suspensii nesedimentabile

(plutitoare):36 95

- minerale 10 25- volatile 26 70

Substanţe dizolvate 160 420- minerale 80 210- volatile 80 210



98

5.2. Ape uzate industriale

Cunoaşterea procesului tehnologic industrial, în măsura în care aceastaconduce la stabilirea originii şi a caracteristicilor calitative ale apelor uzate,reprezintă una din condiţiile de bază pentru o proiectare judicioasă a staţiilor deepurare industrială şi mai târziu, a exploatării acestora. Pentru principalele apeuzate industriale sunt prezentate în tabelul 5.2, o serie de date generale,referitoare la originea, caracteristicile calitative şi modul de epurare a acestora.

Tabelul 5.2 Ape uzate industriale: origine, caracteristici şi mod de epurare

Ape uzateIndus

triale de la:

Origineaprincipalilor

efluenţi:

Caracteristici principale Mod de epurare

1 2 3 4INDUSTRIA ALIMENTARĂ ŞI A MEDICAMENTELOR

Conserve,diferite

Pregătirea,selecţ ionarea, stoarcereaşi decolorareafructelor şivegetalelor

Cantităţi mari de suspensii,substanţe coloidale şidizolvate

Grătare, epurare înlagune, irigaţii sauinfiltraţii în sol

Produse din

lapte

Diluarea,

separarea,prepararea untuluişi îndepărtareazerului

Cantităţi mari de substanţe

organice, îndeosebi proteine,grăsimi şi lactoză

Preparare, epurare

biolog. convent.(bazine cu nămol activsau filtre biologice)

Fabrici debere şidistilerii debăuturialcooli-ce

Macerarea şipresareagrăunţelor,reziduurilor de ladistilareaalcoolului,condensatul de larafinareaevaporatului

Cantităţi mari de substanţeorganice solide, dizolvate,Conţinând azot şi amidonfermentat sau produse aleacestuia

Recuperarea,concentrarea prinevaporare şicentrifugare, filtrebiologice; hrană laanimale

Carne şiproduse dinpăsări decurte

Grajduri, coteţe,abatoare deanimale, topireagrăsimilor şioaselor,reziduurilor dincondensate,grăsimi şi ape despălare,conservarea

Cantităţi mari de substanţeorganice dizolvate şi însuspensie, sânge, diferiteproteine şi grăsimi

Grătare, flotaţie,decantare filtrebiologice

Consumul biochimic de oxigenCBO5

54 140

Consumul chimic de oxigenCCO-Mn

57 150



99

păsărilor de curte

Zahăr din

sfeclă dezahăr

Transportul sfeclei,

supernatant de lanămolul de latratarea cu var,condens dupăevaporare,extragereazahărului

Cantităţi mari de substanţe

organice dizolvate şi însuspensie, conţinând zahăr şi proteine

Refolosirea apelor

uzate, coagularea şiepurarea în lagune

Produsefarmaceutice

Micelium, filtratulepuizat, spălare

Cantitate mare de substanţeorganice în suspensie şidizolvate, incluzând vitamine

Evaporare şi uscare,hrană pentru animale.

Drojdie Filtrarea drojdiei(reziduu)

Cantităţi mari de solide, înspecial organice şi CBO

Fermentare anaerobă,filtre biologice

Murături Pregătireaproduselor (apă devar, apă sărată,alaun, sirop,seminţe şi bucăţide castraveţi)

pH variabil, cantităţi mari desubstanţe în suspensie,substanţe organice, culoare

Reţinere avansată adeşeurilor în secţie,grătare, egalizare.

Cafea Pregătire (pulpă şiboabe de cafea)

CBO mare şi cantităţi mediide solide în suspensie

Grătare, decantare şifiltre biologice

Peşte Centrifugare(deşeuri),preparare peşte,ape uzate de laevaporare ,ş.a.

CBO foarte mare, suspensiisolide organice şi miros

Evaporarea în întregime a apelor,resturi de peşte înmare.

Băuturinealcoolice Spălarea sticlelor,pardoselilor şiechipam., drenarearezervoarelor desirop

pH mare, substanţe solide însuspensie şi CBO mediu Grătare, apoidescărcare încanalizareaorăşenească.

Orez Înmuierea,prepararea şispălarea orezului

CBO mare, substanţe solide, în suspensie

Coagulare cu var,fermentare anaerobă

INDUSTRIA TEXTILĂ-PIELĂRIE Textile Pregătirea f ibrelor,

fabricareamaterialelor

Ape alcaline, colorate, cuCBO şi temperatură mari,cantităţi mari de substanţesolide în suspensie

Neutralizare,precipitare chimică,epurare biologicăconvenţională

Produse depielărie Îndepărtareapărului, înmuierea,pr egătirea pentruintroducerea în băia pieilor

Cantităţi mari de solidetotale, duritate mare, sare(NaCl), sulfiţi, crom, pH ≈ 7,var preparat şi CBO mediu

Egalizare, sedimentareşi tratare biologică

Spălătorii derufe şi

îmbrăcăminte

Spălarea rufelor şi îmbrăcămintei

Turbiditate mare, alcalinitate,subst. organice solide.

Grătare, precipitarechimică, flotaţie şiadsorbţie

INDUSTRIA CHIMICĂ



100

Acizi Procesultehnologic (apeuzate şi acizidiluaţi)

pH mic, conţinut redus desubstanţe organice

Neutralizare, arderecând conţinutul desubstanţe organice

justifică procesul. Detergenţi Spălarea şi

purificarea

săpunurilor şidetergenţilor

CBO şi săpunuri saponificatemari

Flotaţie şi separareagrăsimilor, precipitare

cu CaCl2 Amidon dinporumb

Evaporare(condensul),spălare finală(sirop), îmbuteliere(ape uzate)

CBO şi substanţe organicedizolvate mari; în princip.

Amidon şi substanţe anexe

Egalizare, tratarebiologică convenţională

Explozivi Spălarea TNT şi afulmicotonuluipentru purificare,spălarea şipregătirea

încărcăturii

TNT, culoare, ape cucaracter acid, miros, conţinutde acizi organici şi alcool dela pulbere şi bumbac, metal,uleiuri şi săpun

Flotaţie, precipitarechimică, epurarebiologicăconvenţională, aerare,clorare, neutralizare

Insecticide Spălarea şipurificareaproduselor (2,4D şiDDT)

Mari cantităţi de substanţeorganice, structuri benzenice

închise, toxice pentru bacteriişi peşti, ape cu caracter acid

Diluare, înmagazinare,absorbţie cu cărbuneactiv, clorare alcalină.

Fosfaţi şifosfor

Spălarea, trecereaprin grătare şiflotarea rocii,condens (rezultatdin staţia dereducere afosfatului)

Argile, noroi şi uleiuri, pHalcalin, substanţe solide însuspensie, fosfor, siliciu şifluoruri

Epurare în lagune,epurare mecanică.Coagular e şidecantarea apelor rafinate

Formaldehide

Fabricareaenzimelor sintetice(reziduuri), vopsireafibrelor sintetice

CBO normal şi HCHO încant. mari (toxice pentrubacterii )

Filtre biologice,adsorbţie pe cărbuneactiv.

INDUSTRIA DE PRELUCRARE A MATERIALELORHârtie Pregătirea,

rafinarea, spălareafibrelor, trecereaprin grătare apulpei de hârtie

pH mare sau mic; culoare;substanţe solide însuspensie, coloidale şidizolvate în cantitate mare

Decantare, epurare înlagune, epurarebiologică, aer are,recuper. substanţelor pierdute în proces.

Produsefotografice

Developare şi fixare(soluţii uzate)

Ape cu caracter alcalin,conţin diferiţi agenţi dereducere organici şianorganici

Recuperarea Ag, apoievacuarea apelor uzate în canaliz. oraş.

Oţel Pregătireacărbunelui,

spălarea gazelor dela furnale şi de lafinisarea oţelului

pH mic, acizi, cianuri, fenol,minereu, cocs, piatră de var,

alcalii, uleiuri, substanţe însuspensie fine

Neutralizare,recuperare ,

reutilizare, coagularechimică

Acoperirimetalice

Striparea oxizilor,spălarea şiacoperireametalelor

Ape cu caracter acid, toxice, îndeosebi substanţe minerale

Eliminarea cianurilor,reducerea şi precip.cromului, precipitareacu var a altor metale



101

Produse dinfontă

Îndepărtareanisipului folosit prinevacuare hidraulică

Cantitate mare de subst.solide în suspensie, înspecial nisip; puţină argilă şicărbune

Grătare, uscareanisipului recuperat

Ţiţei Din proceseletehnologice (noroi

de foraj, sare, ţiţeişi gaze în cantităţ imici, nămoluri acideşi diferite uleiuri dela rafinare)

Cantităţi mari de săruri dinţiţei, CBO mare, miros, fenoli

şi compuşi cu sulf de larafinării

Recuperare, injecţia însol a sărurilor;

acidificarea şi ardereanămolurilor alcaline

Cauciuc Spălarea latexului,coagulareacauciucului,

îndepărtareaimpurităţilor dincauciuc

CBO mare, miros, subst.solide în suspensie încantităţi mari, pH variabil,cloruri în cantităţi mari

Aerare, clorare,sulfonare, epurarebiologică

Sticlă Polizarea şispălarea sticlei

Culoare roşie, substanţesolide în suspensienesedimentabile, ape cucaracter alcalin

Precipitarea clorurii decalciu

Silozurinavale

Spălarea încăperilor,recuperareasolvenţilor şirecuperarea apeidin ţiţei

CBO mare, ape cu caracter acid

Recuperarea subst.pierdute în proces,egalizare, recirculareşi refolosire, filtrebiologice

INDUSTRIA ENERGETIC Centrale cuabur

Răcire, drenare apeuzate, evacuareaboilerelor

Ape calde, volum mare,substanţe solide dizolvate şisubstanţe anorganice încantităţi mari

Răcirea prin aerare,depozitarea cenuşii,neutralizarea excesuluide acizi din apeleuzate

Prelucrareacărbunelui

Curăţirea şiclasificareacărbunilor,contactul straturilor de sulf cu apa

Cantităţi importante desubstanţe solide însuspensie; pH mic, H2SO4mare şi FeSO4

Decantarea, flotareaspumei şi

înmagazinareasterilului

Din tabelul 5.2. rezultă evident că pe lângă procedeele convenţionale de epuraresunt folosite şi numeroase alte procedee specifice.

5.3. Caracteristicile principale ale unor categorii de ape uzate industriale

În tabelul 5.3. sunt înscrise principalele substanţe prezente în apele uzateindustriale, iar în tabelul 5.4 sunt trecute caracteristicile principalelor ape uzateindustriale



102

Tabelul 5.3 Unele substanţe prezente în principalele ape uzate industrialeSubstanţe Prezente în apele uzate de la:

Clor liber Spălătorii de rufe şi îmbrăcăminte, fabrici de hârtie, înălbire textile Amoniac Fabricarea cocsului şi benzinei, fabricarea substanţelor chimiceFluoruri Scrubere pentru gaze, gravare în sticlă, uzine de energie atomicăCianuri Fabricarea benzinei, acoperiri metalice, curăţirea metalelor

Sulfuri Vopsirea textilelor, tăbăcării, fabricarea benzinei, fabricarea mătăsiiartificiale tip vâscoză Acizi Fabricarea substanţelor chimice, mine, fabricarea DDT, berii,

textilelor, fabricarea de baterii, soluţii de fier şi cupru Alcalii Curăţirea lânii, mercerizarea bumbacului, spălătorii de rufe şi

îmbrăcăminte, fierberea bumbacului şi a paielor Crom Acoperiri metalice, tăbăcirea pieilor cu crom, eloxarea aluminiuluiPlumb Fabricarea bateriilor, fabricarea culorilor, fabricarea benzinei, mine

de plumbNichel Acoperiri metaliceCadmiu Acoperiri metaliceZinc Galvanizare, acoperiri cu zinc, fabricarea mătăsii artificiale tip

vâscoză, prelucrarea cauciucului

Cupru Acoperiri metalice de cupru, soluţii de cupru, fabricarea mătăsiiartificiale Arsen Prepararea soluţiilor de deparazitareZaharuri Prelucrarea laptelui, fabricarea berii, fabrici de glucoză şi zahăr din

sfecla de zahăr, fabrici de ciocolată sau de dulciuri Amidon Prelucrarea unor alimente, industria textilă, fabricarea tapetuluiGrăsimi. Uleiuri Curăţirea lânii, spălătorii, industria de textile, rafinării de ţiţei, lucrări

inginereştiFenoli Fabricarea de benzină şi cocs, fabricarea răşinilor sintetice,

industria de textile, tăbăcării, distilerii de gudroane, fabrici chimice,soluţii pentru dezinfectare, fabricarea coloranţilor

Formaldehide Fabr icarea de răşini sintetice, fabricarea penicilinei şimedicamentelor

Acid acetic Fabricarea mătăsii artificiale, fabricarea conservelor Acid citric Băuturi nealcoolice şi prelucrarea citricelor Fluoruri Fabricare de benzină şi cocs, fabricare de substanţe chimice, fabrici

de substanţe fertilizatoare, fabrici de ceramică, fabricarea detranzistori, gravarea sticlei

Hidrocarburi Fabrici petrochimice şi de cauciuc Apă oxigenată Înălbirea textilelor, încercarea motoarelor de rachetăMercaptani Rafinării de ţiţei, fabrici de pulpă de lemn

Acizi minerali Fabricarea substanţelor chimice, mine, soluţii de fier şi cupru,fabricarea DDT, fabricarea berii, textilelor, bateriilor

Nichel Acoperii metaliceNitroderivaţi Fabrici de produse chimice şi explozivi

Acizi organici Distilerii şi procese de fermentaţie

Argint Acoperiri metalice, fotografie Acid tanic Tăbăcării, fabrici de cherestea Acid tartanic Colorarea vinului, pieilor, fabricarea de substanţe chimice



103

Tabelul. 5.4. Caracteristici ale principalelor ape uzate industriale

Ape uzateindustrialedin/de la

Unitateade măsură

Apeuzate

l/unitate

Caracteristici Locuitoriechivalenţi

/unitate(dpdvCBO5)

CBO5 Suspensii

Kg/unit mg/l Kg/unit mg/l

1 2 3 4 5 6 7 8Cr eşterea animalelor Porcine GV=1000kg

Greutatevie

60 1,9-2,3 2400-4800

4,5-6,0 4000-7100 -

Bovinepentrucarne

GV=1000kg 60 1,6 - 6,9 - -

pentrulapte

GV=1000kg 82 1,7 - 10,5 - -

Ovine GV=1000kg 40 0,9 - 10,0 - -Păsări

găini GV=1000kg 53 3,5 - 13,5 - -

pui decarne GV=1000kg 71 - - 17,0 - -

Industria alimentară

Conservede:

legume 1t 5400-30700

3,6-33000

- 5-24,5 - 30-580

fructe 1t 9520-8200

1,8-30 - 0,8-13,6 - 38-186

Produsedin lapte

1000l 920-54000

12-47,5 - 6-19 - 255-900

Fabrici dezahăr (din

sfeclă)

1t sfeclă 1200-1900

3,2 2700-4700

4,3 3580-2260 60

Spirt demelasă

1t spirt 80 0,32 4000 0,03 375 6

Fabrici debere (fărăsecţiamalţ)

100l bere 2000 1,7 850 0,61 301 32

Fabrici dedrojdie depanificaţie

1 t drojdie 9000 347 3900 68 760 6426

Fabrica debăuturi

10 m

borhot1020 17,0 - 31 - 365

În aceeaşi măsură ca şi reducerea volumului de ape uzate, micşorareanocivităţii lor contribuie la impurificarea într -o măsură mai mică a receptorului. Şi

în acest caz, introducerea de tehnologii noi în procesul tehnologic industrial sau înlocuirea substanţelor nocive folosite în aceasta cu substanţe mai puţin sauchiar de loc nocive, poate reduce gradul de impurificare al apelor uzateindustriale. În acest sens, se dau câteva exemple:



104

la unele secţii de spălare a cărbunilor s-au înlocuit unii reactivi de flotaţiecu alţii mai puţin toxici pentru flora şi fauna receptorului;

substanţele mercerizate fenolice din industria textilă au fost înlocuite cuproduse pe bază de alcooli superiori;

introducerea difuziei continue la fabricile de zahăr; folosirea de detergenţi biodegradabili etc.

Recuperarea substanţelor valoroase din apele uzate, ca de exemplu: soluţiile de fierbere de la fabricile de prelucrare a lemnului( în scopul

obţinerii de drojdie furajeră), substanţele petroliere din rafinăriile de petrol, metalele grele în metalurgia neferoasă, cianurile în preparaţiile aurifere etc. au ca scop, pe de o parte valorificarea

substanţelor recuperate, iar pe de altă parte reducerea cantităţii desubstanţe nocive evacuate cu apele uzate.

Valorificarea parţială sau totală a apelor uzate, prin irigarea terenurilor agricolesau prin folosirea lor în procesele tehnologice industriale în urma unei epurăriavansate, reprezintă, de asemenea, un mod de reducere a nocivităţilor evacuatecu apele uzate.Mai trebuie reamintit, de asemenea, că egalizarea şi uniformizarea debitelor şi aconcentraţiilor contribuie în mare măsură la reducerea şocurilor ce trebuiesuportate de receptor, şocuri care ar putea câteodată să aibă efecte mult maigrave decât cele aşteptate

5.4. Consideraţii generale privind epurarea apelor uzate industriale

Deşi diferă prin dimensiuni şi tehnologiile folosite, cea mai mare parte astaţiilor de epurare a apelor uzate au o schemă constructivă apropiată. Există şiunele staţii de epurare realizate pe verticală, tip turn, dar majoritatea sunt peorizontală. Ocupă relativ mult teren, dar o parte din instalaţii se pot realiza însubteran, cu spaţii verzi deasupra.

Epurarea apelor reprezintă totalitatea operaţiilor efectuate pentrudiminuarea conţinutului de poluanţi. Epurarea apelor se realizează prin procedeefizice/ mecanice, chimice şi biologice. Pentru ca tehnologia de epurare să fie câtmai eficientă din punct de vedere economic, trebuie:

să fie cât mai simplă; să cuprindă un număr cât mai redus de faze; să se desfăşoare cu consumuri cât mai mici de energie electrică,

combustibili şi reactivi.



105

5.4.1. Treapta primară

Prin acest procedeu are loc separarea produselor poluante nedizolvate,prin cuprinzând mai multe etape succesive:

reţinerea particulelor grosiere, cu dimensiuni peste 1 mm, pe grătare/site

cu spaţii/ochiuri tot mai dese între lamele, aşezate unele după altele.Curăţirea materiilor reţinute pe suprafaţa lor se face mecanic. Ele segestionează ca şi gunoiul menajer, luând drumul rampei de gunoi sauincineratorului;

deznisiparea, depunerea în decantoare a particulelor de 0,2-1 mm, în timpde 2-3 minute (se scade viteza apei la 0,3-0,4 m/s), are loc depunereanisipului şi a altor particule ce au trecut de site. Nisipul depus secolectează mecanic de pe fundul bazinelor şi se gestionează ca şi deşeu,

împreună cu cele rezultate din etapele anterioare. Decantoarele primare sunt longitudinale sau circulare şi asigură

staţionarea apei timp mai îndelungat (1-3 ore), astfel că se depun şisuspensiile fine. Se pot adăuga în ape şi diverse substanţe chimice cu rolde agent de coagulare sau floculare, uneori se interpun şi filtre. Spumele şialte substanţe flotante adunate la suprafaţă (grăsimi, substanţe petroliereetc.) se reţin şi înlătură ("despumare") iar nămolul depus pe fund secolectează şi se înlătură din bazin (de exemplu cu lame racloare susţinutede pod rulant) şi se trimite la metantancuri.

5.4.2. Treapta secundară

Apa este trecută în : Aerotancuri, bazine unde apa este amestecată cu "nămol activ" ce conţine

microorganisme ce descompun aerob substanţele organice. Se introducecontinuu aer pentru a accelera procesele biochimice.

Decantoarele secundare sunt bazine în care se sedimentează materialelede suspensie formate în urma proceselor complexe din aerotancuri. Acestnămol este trimis la metantancuri iar gazele (ce conţin mult metan) sefolosesc ca şi combustibil de exemplu la centrala termică.

Tot aici se realizează şi o epurarea chimică, în funcţie de natura şi concentraţiapoluanţilor realizează prin:

reacţii de oxidare; precipitare; coagulare; clorurare.



106

5.4.3. Treapta terţiară

Principiul acestui procedeu constă în eliminarea poluanţilor organici,biodegradabili, cu ajutorul microorganismelor. Au loc procese de fermentaţie

aerobă, sau anaerobă, din care se formează compuşi aglomeraţi (flocoane), carese separă de apă, alături de săruri minerale şi gaze (SO2, CH4, CO2 etc.).

Această treaptă poate fi biologică, mecanică sau chimică sau combinată,utilizând tehnologii clasice precum filtrarea sau unele mai speciale cum esteadsorbţia pe cărbune activat, precipitarea chimică etc.

Eliminarea azotului în exces se face biologic, prin nitrificare (transformareaamoniului în azotit şi apoi azotat) urmată de denitrificare, ce transformă azotatul

în azot ce se degajă în atmosferă. Nitrificarea este procesul prin care se realizează oxidarea biologică a amoniului.

Aceasta se realizează în două etape, prima la forma de azotiţi şi apoi la forma de

azotaţi. Responsabile pentru aceste două etape sunt două bacteriichemoautotrofe (obţin energie din reacţii chimice, prin oxidarea compuşilor anorganici asemenea amoniacului, azotiţilor şi sulfidelor), respectiv nitrosomonasşi nitrobacter.

Nitrosomonas Nitrobacter NH4

+ + O2 → NO2- + O2 → NO3

-

Reacţiile de transformare sunt în general cuplate şi au loc rapid la forma deazotat; nivelul de azotiţi la un moment dat este relativ scăzut. Azotaţii pot fifolosiţi în sinteză pentru a sprijini creşterea plantelor sau pot fi substanţial reduşi

prin denitrificare.Denitrificarea este reducerea biologică a azotaţilor la azot gazos. Ea poate firealizată în mai multe etape pe cale biochimică, cu producere finală de azotgazos. O gamă largă de bacterii heterotrofe iau parte la proces, necesitândcarbon organic ca sursă de energie.

NO3- + carbon organic→ NO2

- + carbon organic→ N2 + dioxid de carbon + apa Azotat Azotit Azot gazos

Pentru ca procesul de epurare biologică să se desfăşoare în condiţii optime,raportul optim C:N:P este cuprins între 100: 10:1 şi 100: 5 : 1.

Eliminarea fosforului se poate face pe cale biologică, sau chimică. În urma trecerii prin aceste trepte apa trebuie să aibă o calitate acceptabilă, caresă corespundă standardelor pentru ape uzate epurate. Dacă emisarul nu poateasigura diluţie puternică, apele epurate trebuie să fie foarte curate. Ideal e săaibă o calitate care să le facă să nu mai fie numite "ape uzate" dar în practică nuse întâlneşte întotdeauna o astfel de situaţie.



107

În final apa epurată este restituită în emisar. Ea conţine evident încă urmede poluant, de aceea este avantajos ca debitul emisarului să fie mare pentru aasigura diluţie adecvată.

Alte soluţii propun utilizarea pentru irigaţii a apelor uzate după tratamentulsecundar, deoarece au un conţinut ridicat de nutrienţi. Acest procedeu e aplicabil

dacă acele ape nu conţin toxice specifice peste limitele admise şi produseleagricole rezultate nu se consumă direct. În acest caz nu mai este necesarătreapta a III-a şi nu se mai introduc ape în emisar.

Se experimentează şi utilizarea apelor uzate ca sursă de apă potabilă,desigur cu supunerea la tratamente avansate de purificare şi tratare.

Nămolul din decantoarele primare şi secundare este introdus în turnuri defermentaţie, numite metantancuri. De obicei sunt rezervoare de beton armat demari dimensiuni, unde se asigură temperatură relativ ridicată, constantă, şicondiţii anaerobe, în care bacteriile fermentează nămolul şi descompunsubstanţele organice până la substanţe anorganice, rezultând un nămol bogat în

nutrienţi şi gaze care, conţinând mult metan, se utilizează ca şi combustibil. Procesele de epurare a apelor uzate industriale, sunt, în general, aceleaşica pentru apele uzate orăşeneşti. Pentru apele uzate industriale este nevoie decele mai multe ori de o epurare complementară pentru eliminarea poluanţilor specifici, care implică procese fizico-chimice de o complexitate deosebită, ca deexemplu: extracţie lichid-lichid, schimb ionic, electrodializă, adsorbţie, absorbţie,corectare de pH, etc.

Pentru a avea o privire de ansamblu asupra aplicării acestor procesepentru epurarea apelor uzate industriale, ele au fost puse în evidenţă în ultimacoloană a tabelului 5.2., urmărirea acestei coloane putând furniza date asupra

gradului mai mare sau mai mic de epurare necesar, precum şi asupra frecvenţeiaplicării proceselor de epurare. În vederea proiectării staţiilor de epurare industriale, cunoaşterea

caracteristicilor apelor uzate reprezintă factorul hotărâtor, ca şi în cazul staţiilor de epurare orăşeneşti. Câteodată, la dimensionarea staţiilor de epurareindustrială se pot utiliza parametrii valabili pentru apele uzate orăşeneşti, dar ţinând cont de aportul de impurităţi industriale, aport care în majoritatea cazurilor se referă la consumul biochimic de oxigen sau la suspensii, este necesar caaportul de impurităţi industriale să fie exprimat printr-un aşa numit coeficient"locuitori echivalenţi " (notat e.l. şi reprezintă încărcarea organică biodegradabilăavând un consum biochimic de oxigen la 5 zile - CBO5 -.de 60g O2 /zi ),conformLegii 188/2002.



108

5.5. Barajele absorbante

În unele cazuri, mai ales pentru depoluarea apelor de suprafaţă sefolosesc barajele absorbante care au rolul de a reţine poluanţii, în special ceicare au densităţi mai mici şi formează pelicule poluante pe suprafaţa apelor

Caracteristici tehnice principale: sunt destinate aşezării în calea poluanţilor care se deversează accidental

pe apă; când poluantul ajunge la baraj, acesta îl absoarbe şi îl reţ ine; sunt produse hidrofobe si oleofile; barajul are î n interior ca element de absorbţ ie, un absorbant sintetic.

Elemente componente: cămaşa interioară care are rolul de a reţine absorbantul să nu se

î mprăştie; cămaşa exterioară (sub forma de plasă rară) este confecţionată dintr-un

material special care are rolul de a permite montarea elementelor derezistentă (parâma) si de conectare (inele si carabiniere);

elementele de conectare rapidă care au rolul de a permite cuplarea rapidă a mai multor baraje pentru a obţ ine un baraj de orice lungime necesară.

Dimensiuni: diametru: 8cm, 10cm, 13cm, 15cm , 20cm; lungime standard: 3m (se pot realiza si cu alte lungimi).

Mod de utilizare: pe apă se aşează în calea poluantului sau se încercuieşte absorbind

progresiv poluantul.

5.6. Condiţii de calitate pentru evacuarea apelor uzate industriale

Apele uzate industriale pot fi evacuate fie în reţeaua de canalizare fie înreceptori, bineînţ eles atunci când este cazul, după o prealabilă preepurare sauepurare.

5.6.1. Evacuarea apelor uzate industriale în reţeaua de canalizareorăşenească

Debitele mici de ape uzate industriale sunt evacuate, de cele mai multe ori, în reţeaua de canalizare orăşenească, epurarea lor făcându-se în comun cuapele uzate orăşeneşti. Această soluţie, recomandată de întreaga literatură despecialitate, poate fi aplicată numai când apele uzate industriale nu degradeazăsau împiedică buna funcţionare a reţelei de canalizare şi a staţiei de epurare. De cele mai multe ori, staţia de epurare orăşenească se supradimensioneazăchiar de la proiectare, cu scopul de a putea primi şi ape uzate industriale.



109

Evacuarea apelor uzate industriale în reţeaua de canalizare orăşeneascăprezintă numeroase avantaje, dintre care menţionăm următoarele:

un singur responsabil cu epurarea apelor uzate din oraş poate conduce şirăspunde mai eficient de epurarea tuturor apelor uzate;

de cele mai multe ori construcţiile necesare pentru epurarea celor două

feluri de ape uzate sunt similare, costul investiţiei unei singure staţii deepurare este mult mai redus, în aceeaşi măsură şi costul exploatării estemult mai redus;

economie de teren pentru construcţia staţiei de epurare; cooperarea între industrie şi oraş este mai bună, ambele urmărind

reducerea costului apei uzate epurate; apele uzate menajere conţin substanţe nutritive necesare epurării unor ape

uzate industriale, care în cazul epurării separate ar trebui adăugateartificial.

Hotărârea privind primirea apelor uzate industriale în reţeaua de canalizare

orăşenească trebuie fundamentată, ea putând uneori conduce la uneledezavantaje, ca de exemplu:

greutăţi în extinderea staţiei de epurare orăşenească, în momentuldezvoltării industriei;

necesitatea folosirii pentru apele uzate industriale a unor procese saumateriale specifice care nu ar fi fost necesare epurării apelor uzateorăşeneşti;

efluentul staţiei de epurare comune, r areori poate fi reutilizat în procesultehnologic industrial;

schimbări sezoniere ale procesului tehnologic industrial care pot conduce

la dereglarea procesului de epurare etc.Este însă necesar de arătat că tratarea în comun a celor două feluri de ape se

dovedeşte uneori chiar de la început incompatibilă, deoarece industriaevacuează o serie de substanţe care inhibă procesele de epurare. Cercetărilepreliminare la proiectarea unei staţii de epurare comună au drept scop principalsă stabilească aceste substanţe, să facă recomandări în privinţa separării lor

înainte de a ajunge la colectorul comun precum şi asupra posibilităţilor deepurare separată a apelor de transport ale acestora, ajungându-se astfel, demulte ori, la necesitatea construirii de staţii de preepurare.

Îndepărtarea sau reducerea substanţelor nocive prezente în procesul

tehnologic industrial, care pot inhiba procesele de epurare sau degrada reţeauade canalizare se poate face printr-o bună şi atentă întreţinere a instalaţiilor industriale paralel cu valorificarea unor substanţe nocive; înlocuirea proceselor şiechipamentelor vechi cu unele noi şi mai eficiente; recircularea unor substanţenocive care iau parte la procesul tehnologic industrial; îmbunătăţirea şi bunagospodărire a procesului tehnologic etc.



110

Condiţiile evacuării apelor uzate industriale în reţeaua de canalizareorăşenească sunt, în general, în toate ţările asemănătoare, la noi în ţară,acestea fiind reglementate prin NTPA-002/2002, prin care sunt reglementatecerinţele care trebuie îndeplinite de apele uzate evacuate în reţelele decanalizare ale localităţilor şi direct în staţiile de epurare. În sensul normativului

menţionat, apele uzate, ce se descarcă în reţelele de canalizare a centrelor populate nu trebuie să conţină în secţiunea de control următoarele substanţe:

substanţe în suspensie a căror cantitate, mărime şi natură constituie unfactor activ de erodare a canalelor, provoacă depuneri sau stânjenesccurgerea hidraulică normală şi anume: suspensii grele sau alte materialecare se pot depune; corpuri solide, plutitoare sau antrenate, care nu trecprin grătarul cu spaţiu liber de 20 mm între bare; suspensii dure, care potgenera zone de erodare a colectoarelor; păcură, uleiuri, grăsimi sau altemateriale, într-o formă şi cantitate care pot genera aderenţe de natură săprovoace zone de acumulări a unor depuneri pe pereţii colectorului;

substanţe care în apa reţelelor de canalizare provoacă fenomene decoagulare, care duc la formare unor depuneri în colectoare; substanţe cu agresivitate chimică asupra materialelor folosite în mod

obişnuit în construcţia reţelelor de canalizare şi staţiilor de epurare aapelor uzate din centrele populate;

substanţe de orice natură în stare de suspensie, coloidale sau dizolvatecare, în această stare sau prin evaporare, stânjenesc exploatarea normalăa canalelor şi staţiilor de epurare sau provoacă împreună cu aerulamestecuri detonante;

substanţe nocive care pot pune în pericol personalul de exploatare a

canalizării; substanţe inhibatoare ale procesului de epurare în cantităţi care, în

condiţiile diluării realizate în reţeaua de canalizare, ar putea prejudiciafuncţionarea treptei de epurare biologică sau a celei de fermentaţie anămolului;

deşeuri radioactive; substanţe care singure sau în amestec cu apa de canalizare pot degaja

miros neplăcut; substanţe colorante; substanţe organice greu biodegradabile.

Se recomandă ca staţiile de epurare în comun să fie prevăzute cu bazine deegalizare a debitelor şi concentraţiilor, amplasate la intrarea în staţia de epurare,necesare pr evenirii eventualelor şocuri ce ar putea aduce prejudicii, îndeosebiepurării biologice. De asemenea, prevederea unei staţii de clorinare dupăepurarea biologică este indicată de cele mai multe ori, în scopul distrugeriibacteriilor, uneori în cantităţi mari, aduse de apele uzate industriale.



111

Încărcarea organică, exprimată prin CBO5 (consum biochimic de oxigen,determinare efectuată înainte şi după 5 zile de incubare la 20 ±1°C la întunerictotal) se modifică sensibil o dată cu introducerea apelor uzate industriale înreţeaua orăşenească. Se ştie că CBO5 al unor ape uzate industriale poate fi chiar de sute de ori mai mare ca cel al apelor uzate menajere, o cantita te mică de apă uzată industrială putând, să mărească mult încărcarea organică a staţiei deepurare şi, să provoace deranjamente în exploatarea ei. Se impune, înconsecinţă, verificarea instalaţiilor de epurare biologică din acest punct devedere. Cercetările trebuie să stabilească dinamica degradării substanţeiorganice din apa uzată industrială şi din cea a amestecului de apă uzatăorăşenească şi industrială, necesară verificării capacităţii şi eficienţei instalaţiilor existente puse să lucreze în condiţii noi.

În ceea ce priveşte condiţiile de calitate care trebuie îndeplinite de apele uzate însecţiunea de control, normativul NTPA.002/2002 stabileşte valorile prevăzute întabelul 5.5

Tabelul nr. 5.5: Indicatori de calitate ai apelor uzate evacuate în r eţelele de canalizare ale localităţilor

Nr.crt. Indicatorul de calitate U.M.

Valorile

maxime

admise

Metoda de analiză3

1. Temperatura C 40

2. pHunităţi pH

6,5-8,5 SR ISO 10523-97

3. Materii în suspensie mg/dm 350 STAS 6953-81

4. Consum biochimic de oxigen la 5 zile(CBO5) mgO2/dm3 300 STAS 6560-82 SR ISO 5815/98

5.Consum chimic de oxigen - metoda cu

dicromat de potasiu [CCO(Cr)1]

mg

O2/dm3

500 SR ISO 6060/96

6. Azot amoniacal (NH4+) mg/dm 30 STAS 8683-70

7. Fosfor total (P) mg/dm 5,0 STAS 10064-75

8. Cianuri totale (CN) mg/dm 1,0 SR ISO 6703/1-98

9. Sulfuri şi hidrogen sulfurat (S2-) mg/dm 1,0 SR ISO 10530-97

10. Sulfiţi (SO3-) mg/dm 2 STAS 7661-89

11. Sulfaţi (SO4

-

) mg/dm 600 STAS 8601-70

12.Fenoli antrenabili cu vapori de a pă(C6H5OH)

mg/dm3

30 STAS 7167-92

13.Substanţe extractibile cu solvenţi

organicimg/dm

330 SR 7587-96

14. Detergenţi sintetici biodegradabili mg/dm 25 SR ISO 7875/1,2-96

15. Plumb (Pb ) mg/dm 0,5 STAS 8637-79



112

Nr.crt. Indicatorul de calitate U.M.

Valorile

maxime

admise

Metoda de analiză3

16. Cadmiu (Cd+) mg/dm 0,3 SR ISO 5961/93

17. Crom total (Cr 3+ + Cr 6+) mg/dm3 1,5 STAS 7884-91 SR ISO 9174-98

18. Crom hexavalent (Cr 6+

) mg/dm3

0,2STAS 7884-91 SR

ISO 11083-98

19. Cupru (Cu+) mg/dm 0,2 STAS 7795-80

20. Nichel (Ni+) mg/dm 1,0 STAS 7987-67

21. Zinc (Zn+)2) mg/dm 1,0 STAS 8314-87

22. Mangan total (Mn2+

) mg/dm3

2,0SR 8662/1-96 SR

ISO 6333-96

23. Clor rezidual liber (Cl2) mg/dm 0,5 STAS 6364-78

____________ 1) Valoarea concentraţiei CCOCr este condiţionată de respectarea raportului CBO5/CCO mai mare sauegal cu 0,4. Pentru verificarea acestei condiţii vor putea fi utilizate şi rezultatele determinării consumuluichimic de oxigen, prin metoda cu permanganat de potasiu, urmărindu-se cunoaşterea raportuluiCCOMn/CCOCr caracteristic apei uzate.2) Pentru localităţile în care apa potabilă din reţeaua de distribuţie conţine zinc în concentraţie mai marede 1 mg/dm3 se va accepta aceeaşi valoare şi la racordare, dar nu mai mare de 5 mg/l. 3) Metoda de analiză va fi cea corespunzătoare standardului în vigoare.

Dacă pe colectorul reţelei de canalizare a localităţii, în punctul de racord alsursei de ape uzate, curge în permanenţă un debit care asigură diluarea

corespunzătoare a acestora, operatorul deservicii publice care exploatează şiadministrează reţeaua de canalizare poate stabili condiţiile de evacuare, ţinândseama de diluţia realizată. În aceste situaţii utilizatorii de apă care se racordeazăla reţeaua de canalizare din localitate sunt obligaţi să amenajeze căminul deracord corespunzător necesităţilor de protejare a construcţiei şi cu respectareacondiţiilor de salubritate şi a igienei mediului.

În cazul în care în apa uzată se găsesc mai multe metale grele din categoria: Cu,Cr, Ni, Mn, suma concentraţiilor lor nu trebuie să depăşească valoarea de 5,0mg/dm3; dacă se găsesc doar metale grele, precum Zn şi/sau Mn, sumaconcentraţiilor acestora nu poate depăşi valoarea de 6,0 mg/dm3. Enumerarea din tabel nu este limitativă; operatorul de servicii publice careexploatează şi administrează reţeaua de canalizare şi staţia de epurare,

împreună cu proiectantul care deţine răspunderea realizării parametrilor proiectaţi şi, după caz, prin implicarea unităţii de cercetare tehnologică, care afundamentat soluţia de proiectare pentru reţeaua de canalizare şi/sau pentru staţia de epurare, pot stabili, în funcţie de profilul activităţii desfăşurate deabonat, limite şi pentru alţi indicatori, ţinând seama de prescripţiile generale de



113

evacuare şi, atunci când este cazul, şi de efectul cumulat al unor agenţi corosivişi/sau toxici asupra reţelei de canalizare şi instalaţiilor de epurare.Toate condiţiile de descărcare a apelor uzate în reţeaua de canalizareorăşenească au în vedere, în general, interacţiunea unor substanţe, în specialcele aduse de apele uzate industriale, care ar putea duce la formarea de gaze

periculoase, compuşi corosivi, coagulanţi care ar avea ca rezultat depunereasubstanţelor în suspensie în reţeaua de canalizare etc.Dacă industria este amplasată imediat în vecinătatea staţiei de epurare,construcţia unui canal separat pentru industrie până la staţia de epurare comună(orăşenească) poate conduce uneori la avantaje, astfel:

dacă apele uzate industriale conţin cantităţi mici de substanţe însuspensie, apele pot fi îndreptate direct spre epurarea biolog ică, fără a mai

încărca hidraulic epurarea mecanică; se poate prevedea o pre epurare separată pentru apele uzate industriale,

chiar în staţia de epurare orăşenească; există posibilitatea economisirii unor cheltuieli de investiţie, prin construirea

canalului separat menţionat mai sus.

5.6.2. Evacuarea apelor uzate industriale în receptorii naturali

Evacuarea directă a apelor uzate industriale în receptorii naturali, dupăepurarea necesară, este condiţionată de o serie de factori, dintre care semenţionează: aşezarea industriei faţă de oraş, raportul dintre debitele orăşeneştişi industriale, costul instalaţiilor de pre epurare şi al racordului de canalizare,

natura apelor uzate industriale etc. La noi în ţară, aproape toate marilecombinate industriale aşezate în apropierea oraşelor îşi evacuează apele uzate în receptorul învecinat.

5.6.3. Influenţa apelor uzate asupra receptorului

O dată cu apele uzate industriale sunt evacuate în receptori numeroasesubstanţe nocive, cu caracteristici foarte variate, care pot conduce la murdărireareceptorului, făcându-l totodată inapt altor folosinţe. Efectele nocive ale

categoriilor mai importante de substanţe evacuate cu apele uzate industriale suntarătate în cele ce urmează.Substanţele organice consumă oxigenul din apă într -o măsură mai mare sau maimică, în raport cu cantitatea evacuată, provocând distrugerea fondului piscicol şi,

în general, a tuturor organismelor acvatice. Cantitatea de oxigen, reprezentânduna dintre condiţiile principale ale vieţii acvatice, este normată de STAS 4706-74şi variază între 4 - 6 mg/l în funcţie de categoria emisarului (tabelul 3.3). Pe dealtă parte, trebuie avut în vedere că oxigenul este necesar proceselor aerobe,



114

care, în final, conduc la autoepurarea emisarului. Lipsa oxigenului, ca urmare aconsumului de către substanţele organice duce, deci, la oprirea oxidării acestora,de aici decurgând toate consecinţele produse de prezenţa substanţelor organice

în apă.Substanţele în suspensie care se depun formează acumulări (bancuri) pe fundul

receptorului, împiedică navigaţia, îngreunează tratarea apei, genereazăconsumul de oxigen din apă, când sunt de natură organică etc. cantitatea desubstanţe în suspensie ce pot fi evacuate în receptor este stabilă (tabelul 3.3).Substanţele în suspensie plutitoare, ca de exemplu: ţiţeiul, produsele petroliere,uleiurile etc., care formează uneori o peliculă compactă la suprafaţa apei, producnumeroase prejudicii. Astfel, ele dau apei gust şi miros neplăcut, împiedicăabsorbţia de oxigen de la suprafaţa apei şi, deci, autoepurarea, se depun pediferite instalaţii (murdărindu-le şi, cu timpul, obturându-le), colmatează filtrelepentru tratarea apei, sunt toxice uneori pentru fauna şi flora acvatică, distrugând-o, fac inutilizabilă apa pentru alimentarea instalaţiilor de răcire, împiedică

folosirea ei pentru irigaţii, agrement etc. Acizii sau alcaliile conduc la distrugerea faunei şi florei acvatice, la degradareaconstrucţiilor hidrotehnice de pe receptor, a vaselor şi a instalaţiilor necesar enavigaţiei, stânjenesc folosirea apei pentru agrement, pentru alimentarea cu apă(acizii sau alcalii împiedică formarea flocoanelor în instalaţiile de tratare a apei cucoagulant), alimentarea cazanelor etc.Toxicitatea acidului sulfuric pentru faună depinde de valoarea pH-ului (deexemplu peştii mor la un pH< 4,5). De asemenea, hidroxidul de sodiu, folosit înnumeroase procese tehnologice (în tăbăcării, fabrici de textile de cauciuc etc.),este foarte solubil în apă, măreşte pH-ul şi alcalinitatea apei, producând

numeroase prejudicii folosinţelor. Apele de râu care conţin peste 25 mg/l hidroxidde sodiu distrug fauna piscicolă.Sărurile anorganice prezente în multe ape industriale conduc la mărirea salinităţiiapei emisarului, iar în unele dintre ele pot provoca creşterea durităţii. Astfel,apele cu duritate mare produc depuneri pe conducte, mărindu-le rugozitatea şimicşorându-le capacitatea de transport; în aceeaşi ordine de idei, depunerile dintuburile boilerelor micşorează capacitatea de transfer a căldurii. Apele dureinterferează cu vopselele în industria textilă, înrăutăţesc calitatea produselor înfabricile de bere, zahăr etc. Sulfatul de magneziu, factor principal al creşteriidurităţii apelor, are efecte nedorite asupra populaţiei, iar bicarbonaţii şi carbonaţiisolubili produc inconveniente în procesul de producţie din fabricile de zahăr. Pede altă parte, absenţa durităţii nu este de dorit, deoarece apa are gust neplăcut,coroziunea poate acţiona mai puternic în conducte etc.Clorurile, peste anumite limite, fac apa improprie pentru alimentări cu apăpotabilă şi industrială, pentru irigaţii etc. Compuşii fierului produc neplăceri însecţiile de albire din fabricile de hârtie şi textile, in timp ce metalele grele (Pb, Cu,Zn, Cr etc.), evacuate o dată cu apele uzate, au acţiune toxică asupraorganismelor acvatice, inhibând în acelaşi timp şi procesele de autoepurare.



115

Sărurile de azot şi fosfor produc dezvoltarea rapidă a algelor la suprafaţa apei.Substanţele toxice organice sau anorganice, câteodată în concentraţii foartemici, pot distruge în scurt timp fauna şi flora emisarului. Multe dintre acestesubstanţe nu pot fi reţinute de instalaţiile de tratare a apei şi o parte din ele,reţinute de sistemul digestiv uman, pot produce îmbolnăviri. Unele procese

tehnologice industriale, folosesc numeroase substanţe toxice, greu de determinat în apă cu procedeele fizico-chimice uzuale, cum ar fi substanţe fitofarmaceutice,nitroclorbenzen, nitroderivaţi aromatici etc.STAS 4706-74 indică valorile limită pentru caracteristicile de calitate a apei desuprafaţă (tabel 3.3), şi valorile limită admisibile ale principalelor substanţepoluante din apele uzate înainte de evacuarea acestora în cursurile de apăreceptoare (tabel 3.3).Substanţele radioactive, folosite din ce în ce mai mult în diferite scopuri(medicină, tehnică etc.), precum şi dezvoltarea centralelor atomice, creează noiprobleme protecţiei apelor.

Apele calde, evacuate de unele industrii, aduc numeroase prejudicii, ca deexemplu: produc dificultăţi în exploatarea industriilor de alimentare cu apăpotabilă şi industrială şi în folosirea apei pentru răcire; împiedică dezvoltareanormală a faunei piscicole (deoarece apa caldă rămâne deasupra, iar peştii seretrag pe fundul emisarului, dezvoltându-se necorespunzător) etc. De asemenea,trebuie menţionată şi scăderea cantităţii de oxigen datorită măririi temperaturiiapei şi a dezvoltării excesive a bacteriilor aerobe în condiţiile unei temperaturiridicate.Culoarea, datorită îndeosebi apelor uzate provenite din fabricile de textile, hârtie,tăbăcării etc. împiedică absorbţia oxigenului şi dezvoltarea normală a

fenomenelor de autoepurare precum şi a celor de fotosinteză. Apa receptorilor,colorată de diferite substanţe evacuate de industrie, nu poate fi folosită pentruagrement, alimentări cu apă etc.Bacteriile din unele ape uzate, cum sunt cele provenite de la tăbăcării, abatoare,industrii de prelucrare a unor produse vegetale sunt patogene (de exemplubacilul antracis) şi produc infectarea puternică a receptorului, făcându-l deneutilizat; altele sunt mai puţin vătămătoare, chiar inofensive sau utile,contribuind la mineralizarea substanţelor organice în emisar.

Tabel 5.6 Valori limită de încărcare cu poluanţi a apelor uzate industriale şi orăşeneşti evacuate înreceptori naturali Se aplică tuturor categoriilor de efluenţi proveniţi sau nu din staţii de epurare.

Nr.crt.

Indicatorul de calitate U.M. Valorile limităadmisibile Metoda de analiză5)

1 2 3 4 5

A. Indicatori fizici

1. Temperatura1) 0C 35 -

B. Indicatori chimici

2. pH unităţi pH 6,5-8,5 SR ISO 10523-97



116

Pentru Fluviul Dunărea 6,5-9,0

3. Materii în suspensie (MS)2) mg/dm3 35,0 (60,0) STAS 6953-81

4.Consum biochimic de oxigen la 5zile(CBO5)3)

mgO2/dm3

20 25,0STAS 6560-82SR ISO 5815-98

5.Consum chimic de oxigen - metoda cu

dicromat de potasiu (CCO(Cr))3)

mg

O2/dm370 125,0 SR ISO 6060-96

6. Azot amoniacal (NH4+)7) mg/dm3 2,0 (3,0) STAS 8683-70

7. Azot total (N)7) mg/dm3 10,0 (15,0) STAS 7312-83

8. Azotaţi (NO3-)7) mg/dm3 25,0 (37,0)STAS 8900/1-71SR ISO 7890/1-98

pentru apa de mare: STAS 12999-91

9. Azotiţi (NO2-)7) mg/dm3 1 (2,0)STAS 8900/2-71SR ISO 6777-96

pentru apa de mare: STAS 12754-89

10. Sulfuri şi hidrogen sulfurat (S2-) mg/dm3 0,5SR ISO 10530-97SR 7510-97

11. Sulfiţi (SO32-) mg/dm3 1,0 STAS 7661-89

12. Sulfaţi (SO42-) mg/dm3 600,0 STAS 8601-70

13.Fenoli antrenabili cu vapori de apă(C6H5OH)

mg/dm3 0,3 STAS R 7167-92

14. Substanţe extractibile cu solvenţi organici mg/dm3 20,0 SR 7587-96

15. Produse petroliere6) mg/dm3 5,0SR 7277/1-95SR 7277/2-95

16. Fosfor total (P)7) mg/dm3 1,0 (2,0) SR EN 1189-99

17. Detergenţi sintetici mg/dm3 0,5SR ISO 7825/1-1996SR ISO 7825/2-1996

18. Cianuri totale (CN) mg/dm3 0,1 SR ISO 6703/1-98STAS 7685-79

19. Clor rezidual liber (Cl2) mg/dm3 0,2 STAS 6364-78

20. Cloruri (Cl-) mg/dm3 500,0 STAS 8663-70

21. Fluoruri (F-) mg/dm3 5,0 STAS 8910-71

22. Reziduu filtrat la 1050C mg/dm3 2.000,0 STAS 9187-84

23. Arsen (As+)4) mg/dm3 0,1 SR ISO 6595-97

24. Aluminiu (Al3+) mg/dm3 5,0 STAS 9411-83

25. Calciu (Ca2+) mg/dm3 300,0STAS 3662-90SR ISO 7980-97

26. Plumb (Pb2+)4) mg/dm3 0,2 STAS 8637-79

27. Cadmiu (Cd2+)4) mg/dm3 0,2STAS 7852-80SR ISO 5961-93

28. Crom total (Cr3+ + Cr6+)4) mg/dm3 1,0STAS 7884-91SR ISO 9174-98

29. Crom hexavalent (Cr6+)4) mg/dm3 0,1STAS 7884-91 SRISO 11083-98

30. Fier total ionic (Fe2+, Fe3+) mg/dm3 5,0 SR ISO 6332-96



117

31. Cupru (Cu2+)4) mg/dm3 0,1 STAS 7795-80

32. Nichel (Ni2+)4) mg/dm3 0,5 STAS 7987-67

33. Zinc (Zn2+)4) mg/dm3 0,5 STAS 8314-87

34. Mercur (Hg2+)4) mg/dm3 0,05 STAS 8045-79

35. Argint (Ag+) mg/dm3 0,1 STAS 8190-68

36. Molibden (Mo2+) mg/dm3 0,1 STAS 11422-84

37. Seleniu (Se2+) mg/dm3 0,1 STAS 12663-88

38. Mangan total (Mn) mg/dm3 1,0STAS 8662/1-96 SRISO 6333-96

39. Magneziu (Mg2+) mg/dm3 100,0STAS 6674-77SR ISO 7980-97

40. Cobalt (Co2+) mg/dm3 1,0 STAS 8288-69

1) Prin primirea apelor uzate temperatura receptorului natural nu va depăşi 350C.2) A se vedea tabelul nr. 1 prevăzut în anexa nr. 1 la hotărâre - NTPA-011 şi art. 7 alin. (2) din anexa laanexa nr. 1 - Plan de acţiune privind colectarea, epurarea şi evacuarea apelor uzate orăşeneşti.3) Valorile de 20 mg O2/l pentru CBO5 şi 70 mg O2/l pentru CCO(Cr) se aplică în cazul staţiilor de epurareexistente sau în curs de realizare. Pentru staţiile de epurare noi, extinderi sau retehnologizări,preconizate să fie proiectate după intrarea în vigoare a prezentei hotărâri, se vor aplica valorile mai mari,respectiv 25 mg O2/l pentru CBO5 şi 125 mg O2/l pentru CCO(Cr).4) Suma ionilor metalelor grele nu trebuie să depăşească concentraţia de 2 mg/dm 3, valorile individualefiind cele prevăzute în tabel. în situaţia în care resursa de apă/sursa de alimentare cu apă conţine z inc înconcentraţie mai mare decât 0,5 mg/dm3, această valoare se va accepta şi la evacuarea apelor uzate înresursa de apă, dar nu mai mult de 5 mg/dm3.5) Metoda de analiză va fi cea corespunzătoare standardului în vigoare.6) Suprafaţa receptorului în care se evacuează ape uzate să nu prezinte irizaţii.7) Valori ce trebuie respectate pentru descărcări în zone sensibile, conform tabelului nr. 2 din anexa nr. 1la hotărâre - NTPA-011.

Tabelul nr. 5.7 cuprinde substanţe poluante cu grad ridicat de per iculozitateTabelul cuprinde următoarele clase şi grupe de substanţe selectate în special pebaza toxicităţii, persistenţei şi bioacumulării lor:

Tabelul nr. 5.7 Substanţe poluante cu grad ridicat de periculozitate

1. compuşi organohalogenaţi; 2. compuşi organostanici şi organofosforici; 3. substanţe cu proprietăţi cancerigene; 4. compuşi organici ai mercurului; 5. compuşi organosilicici;

6. deşeuri radioactive care se concentrează în mediu sau în organismeleacvatice.Este interzisă evacuarea în receptorii naturali o dată cu apele uzate asubstanţelor individuale care aparţin claselor sau grupelor de substanţeenumerate mai sus şi care au un grad ridicat de periculozitate. Publicat în Monitorul Oficial, Partea I nr. 187 din 20 martie 2002



118

5.6.4. Categorii de folosinţă şi condiţii de calitate a apelor de suprafaţă.

Condiţiile ce trebuie îndeplinite de apa receptorului după evacuarea apelor uzate în acesta sunt date de STAS 4706-74, aceste condiţii depinzând defolosinţa pe care o are apa receptorului.

Unele dintre cele mai importante valori limită pentru caracteristicile decalitate a apelor de suprafaţă, în funcţie de categoria din care acestea fac partesunt date în tabelul 5.7.

Tabelul 5.7. Indicatori pe categorii de calitate a apelor naturale

Nr.crt.

Indicator

Valori admise

Cat I Cat II Cat III

1 Culoare fără culoare 6,5...8,52 Miros fără miros 3 PH 6,5-8,54 Amoniu NH

+

4 mg/l. max1 3 10

5 Amoniac NH3 mg/l.0,1 0,3 0,5

6 Azotaţi mg/l 10 30 nu senormează

7 Azotiţi mg/l 1 38 Calciu Ca

+mg/l

150 200 3009 Clor rez.liber Cl2 mg/l

0,00510 Cloruri Cl

-mg/l

250 300300

11 Dioxid de carbon liber mg/l

5012 Fenoli antrenabili cu

vapori de apă mg/l max. 0,001 0,02 0,0513 Fier total Fe

+mg/l

0,3 1 114 Fosfor P mg/l 0,115 Hidrogen sulfurat H2S+S

-

mg/llipsă lipsă 0,1

16 Magneziu Mg + mg/l50 100 200

17 Mangan Mn2+

mg/l0,1 0,3 0,8

18 Oxigen dizolvat O2 mg/lmin. 6 5 4

19 Produse petroliere mg/lmax. 0,1

20 Reziduu filtrabil uscat la



119

1050C mg/l 750 1000 1200

21 Sodiu Na+

mg/l max.100 200

200

22 Subst. organice (O2)a. Consum biochimic deoxigen CBO5 mg/l

b. Consum chimic deoxigen CCO mg/l

- prin met. KMnO4

- -prin met. K2Cr2O7

5

10

10

7

400

20

12

400

30

23 Sulfaţi SO-

4 mg/l max.200 400 400

24 Argint Ag+

mg/l max.0,01

25 Arsen As+mg/l max.

0,0126 Bariu Ba

+mg/l max.

1,027 Cadmiu Cd

2+

mg/l max.0,003

28 Cianuri CN-mg/l max.

0,0129 Cobalt Co

+mg/l max.

1,030 Crom Cr

+

Cr 6*+ mg/l max.

0,5

0,0531 Cupru Cu

+mg/l max.

0,0532 Detergenţi anionactivi mg/l

max. 0,533 Fluor F

-

mg/l max.*0,5

34 Hidrocarburi policiclicearomatice mg/l 0,0002

35 Mercur Hg2+

mg/l max. 0,001

36 Molibden Mo mg/l max. 0,0537 Nichel Ni

+

mg/l max. 0,1

38 Plumb Pb2+

mg/l max. 0,05

39 Seleniu Se mg/l max. 0.0140

Zinc Zn

2+

mg/l max.0,03

41 Pesticide-ierbicide trianzinetrianzione mg/l max. 0,0001 0,001

Valor ile limită admisibile ale principalelor substanţe poluante sau ale indicatorilor de încărcare pentru apele uzate, în funcţie de gradul de diluare în receptor,



120

înainte de evacuarea acestora în cursurile de apă, conform Decretului 414/ 84,sunt date în tabelul 5.8.

Tabelul 5.8 Valorile limită admisibile ale principalelor substanţe poluanteSubstanţa poluantă sau indicatorulde încărcare

UM Valorile limită admisibile în funcţie degradul de diluţie care se realizează

Gradul de diluţie 1 50 100Materii în suspensie mg/l 25 100 200Consumul biochimic deoxigen(CBO5)

mg/l 15 60 100

Hidrogen sulfurat (H2S) şisulfuri (S2-)

mg/l 0,1 1 2

Cianuri (CN) mg/l 0,1 1 2Fier total ionic mg/l 2 5 8Mercur (Hg) mg/l 0,01 0,01 0,01

Cadmiu (Cd) mg/l 0,1 0,1 0,1Plumb (Pb) mg/l 0,2 0,2 0,2Zinc (Zn) mg/l 0,1 0,5 1Detergenţi anionicibiodegradabili

mg/l 0,5 15 30

Fenoli antrenabili cu vaporide apă

mg/l 0,02 0,3 0,6

Concentraţia ionilor dehidrogen (pH)

- 6,5-8,5 6,5-8,5 6,5-8,5

Valorile limită, corespunzătoare calitative ale apelor de suprafaţă conform STAS4706-74 trebuie îndeplinite, fie într-un anumit sector, de exemplu pe sectorulfolosit pentru creşterea şi reproducerea salmonidelor, fie într -o oarecaresecţiune, de exemplu de captare a apei. Valorile limită trebuie să fie îndeplinite însecţiunea de proiectare, considerând că pentru CBO5 aceasta se situează la 1km amonte de secţiunea de utilizare a apei de suprafaţă, iar pentru O2 în oricesecţiune aval de evacuarea apelor uzate. Aceste două prevederi se referă, înspecial, la substanţele care pot fi oxidate sau influenţate de procesele dereducere aerobă sau anaerobă.

În concordanţă cu prevederile STAS 4706-74, apa receptorilor trebuie săcorespundă, din punct de vedere calitativ, în cele mai dezavantajoase situaţii,valorile limită prevăzute pentru categoria a III-a de folosinţă. De aceea, apeleuzate evacuate trebuie să fie epurate într -o asemenea măsură, încât în amesteccu apele de suprafaţă, valorile caracteristicilor de calitate să nu scadă subvalorile limită corespunzătoare categoriei a III-a de folosinţă. Numai în acest felse poate ajunge la o utilizare cât mai completă a apelor de suprafaţă şi larealizarea normală a proceselor de autoepurare.



121

Ţinând seama de cele de mai sus, înseamnă că, imediat după evacuarea apelor uzate în receptor trebuie satisfăcute limitele admisibile cel puţin pentru categoriaa III-a de folosinţă, ceea ce înseamnă că amestecul celor două feluri de apătrebuie să se facă complet, chiar în aval de secţiunea de evacuare. Dacăamestecul se face pe distanţă prea lungă, se întârzie, pe de o parte

autoepurarea, iar pe de altă parte se creează, în lungul receptorului, benzi deapă poluată unde nu sunt respectate valorile limită ale diferitelor caracteristici. Deaceea, este obligatorie folosirea de dispersori pentru dispersarea apelor uzate înapa receptorilor, aceştia, având ca prim efect, realizarea rapidă a amesteculuicelor două feluri de ape.

În ceea ce privesc valorile limită admisibile, menţionate în D 414/1984, acesteatrebuie să se realizeze în secţiunea de proiectare situată înainte de evacuareaapelor uzate în receptor. Se menţionează că valorile limită admisibile, spredeosebire de STAS 4706-74 sunt în f uncţie de gradul de diluţie (tabelul 3.4).

5.7. Stabilirea gradului de epurare necesar pentru dimensionareastaţiilor de epurare.

Gradul de epurare necesar (eficienţa pe care trebuie să o aibă o staţie deepurare) înseamnă îndepărtarea unei părţ i dintr-o anumită substanţă conţinută înapa uzată, în aşa fel încât partea rămasă din această substanţă, în secţiunea decalcul - secţiunea în care apa uzată epurată sau nu, este evacuată în receptor (înconformitate cu D 414/1984) sau o secţiune aval de cea de descărcare a apelor uzate (în conformitate cu STAS 4706-74), să corespundă calitativ valorilor limită

specificate în acestea.Se menţionează că, în conformitate cu D 414/1984, secţiunea de calculcorespunde cu secţiunea de evacuare în receptor a apelor uzate (chiar şi pentrusubstanţele organice) deci, autoepurarea apei pe emisar nu este luată înconsiderare. În conformitate cu STAS 4706-74, deoarece secţiunea de calculeste în aval de cea de descărcare a apei uzate în receptor, autoepurarea apeireceptorului trebuie luată în considerare într -o măsură mai mare sau mai mică,după indicaţiile date de literatura de specialitate.Gradul de epurare - eficienţa definită ca mai sus - se determină cu relaţia:

Β = (M-m) 100/M

în care:B - este eficienţa , %;M - concentraţia iniţială a substanţei pentru care se determină eficienţa;m -concentraţia aceleiaşi substanţe după epurare, determinată astfel încât

valoarea acestei substanţe în secţiunea de calcul să se găsească în limitelespecificate în D 414/1984 şi STAS 4706-74.



122

Substanţele din apele uzate şi receptori, care sunt luate în consideraţie, deobicei, când se estimează gradul de epurare, sunt substanţele în suspensie,substanţele organice - exprimate prin CBO5, oxigenul dizolvat O2, pH-ul,substanţele toxice.

Astfel, în cazul unui bazin hidrografic, gradul de epurare sau eficienţa al

fiecărei staţii de epurare trebuie să fie astfel stabilite încât, pe de o parte să serespecte legislaţia în vigoare (D 414/1984, STAS 4706-74 etc.), iar pe de altăparte, să se obţină un cost minim de investiţie şi exploatare pentru toate staţiilede epurare de pe întreg bazinul hidrografic.



123

Capitolul 6. Analiza apelor uzate şi procese unitarefolosite pentru tratarea apelor

6.1. Metode de prelevare a probelor de apă

Recoltarea probelor de apă este o etapă deosebit de importantă îndesfăşurarea procesului de analiză fizico-chimică a apei, deoarece probelerecoltate trebuie să fie reprezentative şi nu trebuie să introducă modificări încompoziţia şi calităţile apei datorită unor tehnici defectuoase sau a unor condiţiiincorecte de pregătire a vaselor de recoltare.

La recoltare se vor asigura condiţii astfel încât să nu apară modificări încompoziţia probei între momentul recoltări şi momentul efectuări analizei. Funcţie de elementul urmărit a fi dozat se recomandă un anumit adaos pentruconservare, o anumită temperatură de păstrare, un timp mai lung sau mai scurt până laefectuarea analizei.

Pentru analiza gazelor dizolvate se recomandă ca determinările să se facăpe cât posibil la locul de recoltare Schimbările de temperatură şi presiuneafectează solubilitatea gazelor în apa de analizat. Dacă nu este posibilă

analizarea la locul de recoltare este necesar utilizarea unor reactivi în scopulconservării.

Recoltarea probelor de apă se face în flacoane de sticlă sau polietilenă cudop, închis ermetic. Vasele de recoltare trebuie spălate foarte bine pentru a se

îndepărta orice urme de substanţe organice sau alte impurităţi care ar puteaduce la denaturarea probei de apă. Spălarea se efectuează cu un amestecsulfocromic şi/sau cu detergenţi, apoi se clătesc din abundenţă cu apă de larobinet. Ultima clătire se face cu apă distilată sau cu apă bidistilată iar în finalflacoanele vor fi bine uscate.

Pentru determinări microbiologice se folosesc flacoane din sticlă care

trebuiesc sterilizate înainte de a recolta proba.Chiar înainte de a începe r ecoltarea probelor de apă, flaconul se va clătide vreo 2-3 ori cu apa ce urmează să fie recoltată, iar apoi umplem flaconul cuapa pentru analiză până la refuz. Dopul îl vom fixa în aşa fel încât să nu rămânăbule de aer în interiorul vasului.

Flacoanele cu probe trebuie să fie prevăzute cu etichete pe care se înscriudupă caz, următoarele:



124

numărul probei; denumirea şi eventualele caracteristici ale punctului de recoltare; data recoltării; metoda de prelevare utilizată; durata prelevării; numele persoanei care a efectuat prelevarea; condiţiile meteorologice; felul pretratării efectuat (agenţ i de conservare sau stabilizare utilizaţ i); alte date necesare.

În laborator este obligatorie o gestionare corectă a probelor. Gestionareaautomatizată de laborator permite urmărirea unui eşantion de la sosirea sa înlaborator până la plecarea buletinelor de analiză. Printr-o gestionare tehnicăadecvată, rezultatele arhivate pot fi tratate în mod statistic pentru stabilireabilanţurilor de calitate, evoluţia parametrilor în timp, corelarea între parametri şiinformaţii.

Modul cum se face recoltarea probelor de apă este şi în funcţie de sursa deapă, de scopul analizei, de gradul de detaliu dorit al analizei, de caracteristicilebazinului acvifer, de tipurile de poluanţi investigaţi şi comportamentul lor în ape;de tipul analizei care urmează a fi efectuată; de echipamentele aflate în dotare.Ţinând cont de toate acestea putem deosebi următoarele moduri de recoltarepentru probele de apă:

din reţeaua de distribuţie apa se recoltează după ce s-a curăţat robinetulcu un tampon curat, atât pe dinafară cât şi pe dinăuntru şi apoi s -a lăsat săcurgă aproximativ 5 minute apa stagnată pe conductă;

în cazul distribuţiei intermitente, o probă se va recolta la primul jet de apă,pentru a avea prima apă care circulă prin robinet şi a doua probă se va luadupă două ore de curgere continuă;

din rezervoarele de înmagazinare, probele se vor recolta de la punctele deieşire;

din fântâni cu extragerea apei prin pompare, probele de apă se recolteazădupă o pompare de minimum 10 minute;

din fântâni cu găleată, recoltarea se face introducându-se găleata la 10-30cm sub oglinda apei;

din apele de suprafaţă, recoltarea se face fixând flaconul la un suportspecial care-i conferă greutatea necesară pentru a pătrunde cu uşurinţăsub nivelul apei. Recoltarea se face pe firul apei, unde este cea mai mareadâncime, în amonte de orice influenţă a vreunui efluent şi în aval, undese realizează amestecul complet al apei receptorului cu efluentul;

din lacuri de acumulare şi lacuri naturale, se prelevează probe de la intrareşi de la toate punctele de ieşire din lac.



125

pentru apele reziduale se recoltează probe unice, medii şi mediiproporţionale. Pentru probele unice se face o singură recoltare, fie dinefluentul general fie din efluenţii parţiali ai unui sector sau ai unei instituţiiProbele medii se realizează prin amestecarea probelor unice recoltate laintervale egale de timp, iar cele medii proporţionale se realizează

amestecând probe recoltate la intervale egale cu volume proporţ ionale cudebitele evacuate.

Luând în considerare tehnica de lucru folosită pentru prelevarea probelor precum şi condiţiile specifice ale poluantului (respectiv poluatorului) putemdeosebi:

Prelevarea instantanee. Flacoanele sunt umplute fără agitarea apei încontact cu aerul, iar pentru aceasta este necesar să utilizăm tuburiadaptate la priza eşantionului şi cufundate pe fundul sticlei. Pentru ape lereziduale, variaţiile zilnice în cantitate şi calitate fac ca eşantioaneleinstantanee să nu fie reprezentative pentru fluxul poluant. Eşantioanele

izolate sunt prelevate atunci când se constată prezenţa de elemente sauconcentraţii neobişnuite sau nedorite cum ar fi: reziduuri toxice (cianuri,crom, cupru), uleiuri şi grăsimi, reziduuri organice.

Prelevarea compusă. Eşantioanele medii se iau atunci când se caută omăsură de calitate medie pe o anumită perioadă de timp. Un anumit număr de aparate de prelevare automată permit construirea de eşantioaneproporţionale cu debitul. Pentru o apă reziduală, este adesea interesant decunoscut variaţia caracteristicilor poluării în cursul unei zile, precizareamărimii poluării diurne şi nocturne.

Prelevarea cu concentraţie. Pentru măsurarea micropoluanţilor organici

este necesară o etapă de concentrare prin extracţie. Această concentrarepoate fi făcută în laborator, pornind de la un volum dat, sau direct pepoziţie, cu ajutorul aparatelor automate continue. În acest caz, eşantionulpoate corespunde la o concentraţie de mai multe sute de litri prelevaţi pemai multe zile.

Obs. mai jos sunt prezentate câteva standarde româneşti referitoare la prelevare: Ghid general pentru stabilirea programelor de prelevare SR ISO 5667-12.

Prelevare Partea 1. Partea a 2 a Ghid general pentru tehnicile de prelevare SR ISO 5667-43. Prelevare

Partea 4.

Ghid de prelevare a apelor din lacuri naturale si artificiale SR ISO 5667-44.Prelevare Partea 10. Ghid pentru prelevarea apelor uzate. SR ISO 5667-105. Prelevare Partea

11. Ghid general pentru prelevarea apelor subterane. SR ISO 5667-116.

Prelevare Partea 13.



126

Ghid general pentru prelevarea probelor de nămol din canalizări si instalaţii de tratare si epurare a apelor uzate. SR ISO 5667-137.

Apa potabilă. Luarea si conservarea probelor STAS 2852-87

Nu se pot conserva probele pentru determinarea: acidităţi, alcalinităţi, durităţi,

suspensiile, consumului biochimic de oxigen (CBO), clor, oxigen, calciu, sodiu,potasiu, magneziu.

6.2. Conservarea eşantioanelor în vederea analizei

Tehnicile de conservare sunt diversificate şi permit limitarea evoluţiilor fizico-chimice şi bacteriologice a apelor supuse analizei. Alegerea materialelor flacoanelor trebuie să limiteze pierderile prin adsorbţie. Conservarea probelor deapă uzată este necesară datorită modificărilor rapide în timp a proprietăţilor fizice

şi compoziţiei chimice a probelor recoltate. Aceste modificări se datoreazăurmătoarelor procese:

variaţiilor de presiune şi temperatură, care au drept consecinţă modificareaconţinutului de gaze dizolvate în apă (oxigen, bioxid de carbon, hidrogensulfurat, clor, bioxid de sulf);

variaţiilor de pH al apei şi implicit ale echilibrului dintre carbonaţi,bicarbonaţi şi bioxid de carbon liber, acesta putând provoca şi schimbareacaracteristicilor celorlalţi compuşi prezenţi în probă prin precipitarea lor sauprin dizolvarea unor sedimente, (de exemplu, la variaţii de pH Fe, Mg, şiCa pot forma compuşi insolubili în starea lor de valenţa superioară şi

compuşi solubili în starea de valenţă inferioară); alţi componenţi, cum suntCu, Cr, Zn, Al, Ag, Cd, fosfaţii, se pot pierde prin adsorbţ ie sau schimbionic cu pereţii vaselor de sticlă în care sunt păstrate probele; alţi ioni, Na,K, Si şi B îşi pot mării concentraţia datorită dizolvării ionilor din sticlă,materialul din care e confecţionat recipientul de conservare;

transformărilor biochimice cu rol deosebit în modificările din probele deapă datorate atât prezenţei unor bacterii sau alge, cât şi a oxigenuluidizolvat, determinând oxidarea sau reducerea unor componenţi ai probei,respectiv: sulfaţii se reduc la sulfuri, azotaţii se reduc la azotiţi sauamoniac (prin nitrificare), clorul rezidual se transformă în cloruri, iar

sulfurile, sulfiţii, ionul feros, iodurile şi cianurile se pot oxida. În scopul menţinerii proprietăţilor fizice, chimice şi biologice ale apei astfel încâtacestea să nu se modifice prea mult din momentul recoltării până în momentulanalizării, se realizează conservarea probelor prin diferite metode:

prin adăugare de substanţe chimice (conservanţi), caz în care trebuieverificată şi depistată apariţia unor interferenţe în etapa analizei delaborator;



127

prin păstrarea probelor de apă uzată la temperatură scăzută (2ºC-5ºC),atunci când durata de conservare este de maxim 24 de ore;

prin congelare (-200C), pentru conservarea probei pe o perioadă mai lungă

de timp (min. 30 de zile); în acest caz, sistemul de conservare princongelare poate conduce la pierderi din conţinutul elementelor de analizatprin precipitarea sau absorbţia /adsorbţia pe alţi compuşi care precipită (deexemplu, fosfatul şi sulfatul de calciu); în momentul decongelării probei,redizolvarea precipitatelor este adeseori incompletă şi poate duce larezultate eronate, în special pentru fosfaţi şi pesticide (compuşibifenilpolicloruraţi).

În tabelul 6.1 se prezintă principale moduri de conservare a eşantioanelor funcţiede parametrii de determinat.

Tabel 6.1 Tehnici de conservare a probelor Indicator de

calitate Material pentrurecipiente de

prelevare

Tehnica deconservare

Perioada deconservare

STAS

Sulfuri(toateformele)

Sticlă, plastic -fără conservare - 2 ml acetat dezinc 22% sauacetat de cadmiu10%- 2ml NaOH 4%

Imediat24 ore

7510-66

Sulfuri totale Sticlă,plastic

-fără conservare - 2 ml acetat dezinc 22% sauacetat de cadmiu10%- 2ml NaOH 4%

Imediat24 ore

7510-66

Substanţeextractibile în eter de petrol

Sticlă(vase cugura largă)

-fără conservare - 5 ml H2SO4 diluat(1+3) în volume

ImediatNu se precizează

în standard

7587-66

Detergenţi Sticla - 2ml cloroform Maximum 24 ore 7576-67 Arsen Sticlă borosilicatică

plastic Acidulare până lapH=2

1 lună 7885

Nichel sticlă -H2SO4diluat(1+1)până la pH=2

Nu se precizează în standard

7987-67

Argint sticlă - fără conservare -HNO3 (d=1,41)până la pH=1,5

- 24 ore- nu se precizează

în standard

8190.68

Cobalt Sticlă

plastic

- nu se precizează

în standard- acidulare până lapH=2 şi păstrare larece (2-5°C)

- nu se precizează

în standard

8288-69

Toluen Sticlă - conservare - maxim 24 ore 8484-69Sodiu plastic plastic - acidulare până la

pH=2 şi păstrare larece (2-5°C)

- 1 lună 8223/2

Potasiu plastic - acidulare până la - 1 lună 8223/1



128

pH=2 şi păstrare larece (2-5°C)

Azot amoniacal Sticlă plastic

- fără conservare - H2SO4 diluat(1+1) până lapH=4

- imediatnu se precizează

în standard

8683-70

Sulf mercaptanic Sticlă plastic nu se precizează în standard - nu se precizează în standard 8684.70Furfurol Sticlă

plasticNu se conservă - maxim 24 ore 8685-70

Chinoleină Sticlă plastic

- NaOH sau HCladăugat până lapH=7

24 ore 8716-70

Benzaldehidă Sticlă plastic

- NaOH sau HCladăugat până lapH=7


în standard

8717-70

Anilină Sticlă plastic

- fără conservare - NaOH 2%până lapH=8


în standard

8507C-70

În tabelul 6.2 se prezintă principalii indicatori de calitate a apei, limitele dedetecţie, precum şi cele mai utilizate metode de analiză a acestora. În acest tabelsunt prezentate metodele standardizate pe plan naţional şi european precum şialte metode instrumentale utilizate în laboratoarele utilate cu aceste tehnici deanaliză, cum ar fi:

cromatografia ionică (IC); spectrof otometria de plasmă cu cuplaj inductiv (ICP); spectrofotometria de absorbţie atomică (AA); cromatografia de gaze (CG);

cromatografia de lichide la presiune înaltă (HPLC).Tabelul 6.2 Principalii indicatori de calitate ai apeiIndicatori decalitate

Tehnici de analiză Limita de detecţie Alte tehnici

Indicatori organoleptici

- culoare colorimetrie 2,5mg/l pt. CO Discuri colorate- turbiditate nefelometrie 0,1 NTU Discul Secchi- miros analiză senzorială fără miros- gust analiză senzorială fără gustIndicatori fizico - chimici

- pH indicatorielectrozi specifici electrozi specifici

- Pot.redox.rH

-conductivitate (S cm-

) conductometrie

- Cl- Volumetrice (pp) 5 mg/l

I.C.Culometrice

- SO4- Gravimetrice

(precipitare)Nefelometrice

- Silice Colorimetrie 5 μg/l I.C.P.

- Ca+ Complexonometrie

A.A.200 μg/l I.C.P.

Colorimetrie



129

- Mg2+ A.A. Colorimetrie

- Na+ Flamfotometrie 10 μg/l

I.C; AA

- K+ Flamfotometrie

A.A.50 μg/l

- Al3+ Colorimetrie A.A.; I.C.P.

- Duritate Complexonometrie Colorimetrie-Reziduu uscat Gravimetrie

(evaporare)Conductivitate

- T.A. Alcalimetrie-Oxigendizolvat (OD)

VolumetriceElectrozi specifici

- CO2 liber Acidimetrice Calcularea echilibruluicalcocarbonic

Indicatorii substanţe indezirabile

- MES Filtrare sau centrifugareGravimetrie

0,5 mg/l

- NO3- Colorimetrie 1 mg/l

NO3- Electrozi specifici

I.C. Absorbanţă.- NO2

- Colorimetrie 5 mg/l NO2-

- NH4+ Colorimetrie

Alcalimetrie5 mg/l NH 4

+ Electrozi specifici

- NTK Mineralizare + Alcalimetrie

0,5 mg/l N

- OxidabilitateKMnO4

Oxido-reducere la cald 0,4 mg/lO2 La rece 4 h

- COT Oxidare Absorbţie IR

0,2 mg/l

- H2S DistilareVolumetrie

Electrozi specificiColorimetrie

Potenţiometrie

6.3. Procese unitare folosite pentru tratarea apelor

Orice tehnologie de transformare, inclusiv cea de tratare a apelor rezidualeeste constituită dintr -o serie de operaţii succesive, discontinue, continue sauciclice, de natură mecanică, fizică sau chimică.

În cele ce urmează se adoptă termenul de operaţie pentru toatetransformările care intervin într -o schemă tehnologică de tratare a apelor, dacăsunt de natură mecanică sau fizică şi termenul de proces dacă implicătransformări chimice sau biologice (respectiv dacă are loc o reacţie chimică,indiferent de mecanismul după care se produce).

Produsul unei staţii de tratare este o apă de calitate superioară carecorespunde cerinţelor unei folosinţe, iar acela al unei staţii de epurare este unefl uent acceptabil care nu înrăutăţeşte calitatea resurselor naturale de apă.



130

Cele mai multe procese de tratare şi de epurare a apelor aduc schimbări înconcentraţiile unor substanţe, intervenind astfel un transfer de fază între cele treifaze existente în apa de tratat. Aceste procese se realizează fie sub acţiuneaforţelor intermoleculare (legături Van der Waals, legături de hidrogen), prindifuziune (sub acţiunea diferenţelor de presiune sau concentr aţie) sau prin

realizarea unor echilibre ionice.Tot în acest scop se folosesc şi alte operaţii sau procese cum ar fi:

separarea pe site sau ciururi, precipitarea, filtrarea, centrifugarea, schimbareastării de agregare a apei, striparea, coagularea, folosirea reacţiilor de oxidoreducerea, etc..

6.3.1. Egalizarea apelor uzate, uniformizarea debitelor şi a compoziţieiapelor industriale

Apele uzate, indiferent de sursă, prezintă variaţii în timp ale debitelor şi

compoziţiei, datorită lipsei de uniformitate a consumurilor de apă, a cantităţilor deapă eliminată din proces şi a conţinutului acestora în substanţe poluante. Suntrelativ rare cazurile în care debitul şi compoziţia sunt constante, cum ar fiprocesele industriale cu caracter continuu, ce funcţionează în regim staţionar şi

în care nu intervin operaţii ciclice, cum sunt industria de sinteză a amoniacului,acidului azotic, metanolului, prepararea minereurilor, în unele procesemetalurgice, etc.

În majoritatea industriilor intervin operaţii discontinue care, pe ansamblu,conduc la evacuarea de ape uzate cu caracter aleator. Prezenţa mai multor surse de evacuare discontinue, cu periodicitate diferită, determină variaţii

dezordonate ale debitului şi compoziţiei apelor uzate. Variabilitatea compoziţiei apelor uzate poate fi şi o consecinţă a modificării în timp a profilului şi a capacităţii de producţie. De exemplu, în fabricile de zahăr şi conserve, debitele de ape uzate sunt sezoniere iar în industria chimică desinteză, de obţinere a medicamentelor şi coloranţilor, unde se obţin cantităţi micide produse pe perioade variabile de timp, se deversează ape uzate numai înaceste perioade.

În aceste condiţii, pe platformele industriale, compoziţia apelor uzate estealeatoare, iar debitele prezintă fluctuaţii, până la limita maximă determinată decapacitatea sistemului din care se face alimentarea cu apă. Aceste debite suntinfluenţate de gradul de recirculare a apelor din industria respectivă (definit prinraportul dintre apa recirculată de sistemul consumator şi necesarul de apă), iar încazul sistemelor de canalizare mixte şi de regimul precipitaţiilor. Variaţiile dedebit sunt însoţite întotdeauna şi de variaţii de concentraţii ale substanţelor poluante.

Concentraţiile poluanţilor sunt determinate de evacuările specifice de apăpe unitatea de produs, precum şi de evacuarea altor materiale nedorite.



131

În instalaţiile de tratare a apelor uzate, rezultatele depind de stabilitatea,respectiv uniformitatea regimului de intrare a apelor uzate în sistemul de tratare.Variaţiile de debit în staţiile de tratare au ca rezultat salturi de viteză ce perturbăregimul de curgere. Instabilitatea vitezelor de curgere este dăunătoare mai ales

în bazinele de decantare, în care vitezele mari de curgere antrenează în efluent

materiale în suspensie sau chiar materiale deja sedimentate.Uniformizarea debitelor şi a compoziţiei apelor uzate se face în bazine de

uniformizare amplasate în serie sau în derivaţie cu colectorul de canalizare şipermite dimensionarea staţiei de tratare la nivelul debitelor medii.

În instalaţiile de uniformizare a apelor uzate, respectiv în bazinele deuniformizare, cu forme şi dimensiuni adaptate fiecărui caz în parte, pot avea locşi transformări chimice între diferiţii poluanţi din aceste ape, cum ar fi reacţii deneutralizare, de oxigenare, reacţii redox, de pr ecipitare sau procese biochimice,toate conducând la o degrevare a etapei de epurare.

6.3.2. Procedee fizice de tratare a apelor industriale

Principalele grupe de operaţii fizice au la bază separarea gravitaţională,filtrarea şi transferarea poluanţilor din fază apoasă într-o altă fază. În toateaceste operaţii substanţele poluante nu suferă, în cursul separării lor din apă,transformări în alte substanţe (nu au loc reacţii chimice).

6.3.2.1. Separare gravitaţională

Se bazează pe acţiunea legii gravitaţiei asupra particulelor cu greutăţi

specifice diferite, ce determină deplasarea particulelor cu greutate specifică maimare spre fundul bazinului de separare.Separarea particulelor relativ grosiere, nedizolvate în apă, sub influenţa

câmpului gravitaţional, are loc prin sedimentare sau flotaţie. Dacăsedimentarea gravitaţională nu este eficientă se utilizează o separare subacţiunea unui câmp de rotaţie creat artificial, operaţie de separare numităcentr i fugare.

Sedimentarea

După o perioadă iniţială de accelerare, deplasarea, sub acţiunea câmpuluigravitaţional, a unei particule în apă se face cu o viteză constantă, datorităechilibrului dintre forţa exercitată de câmpul gravitaţional şi forţa de frecare

între particulă şi apă ( Ff ).Fg= (ρ1- ρ2) gvVFf = Csρ1V

2/2unde:

- ρ1 , ρ2 sunt densităţile particulei şi ale fluidului;



132

- s , v sunt, aria respective volumul particulei;- V : viteza de depunere a particulei;- g : acceleraţia gravitaţională; - C : coeficientul de frecare.

În funcţie de regimul de curgere caracterizat de numărul Reynolds (Re) şi de

coeficientul de frecare C, viteza de sedimentare se poate calcula cu diverseformule, după cum se vede din tabelul 6.3

Tabelul 6.3 Viteza de sedimentareRe Regim de curgere C Formula de calcul

10- < Re< 1 Laminar 24 Re- Stokes

1 < Re< 10 Intermediar 18,5 Re- , Allen

103< Re< 2.105 Turbulent 0,44 Newton

Sedimentarea particulelor într-un bazin ideal de formă rectangulară esteprezentată schematic în figura 6.1, unde sunt reprezentate traiectoriile teoreticeale particulelor discrete (traiectorii drepte) şi ale celor întâlnite în practică(traiectorii curbe).

Fig.6.1. Schema sedimentării în apă a particulelor greu solubile într -un bazin rectangular (secţiuneverticală- longitudinal)

Bazinul de sedimentare poate fi împărţit în patru zone: zona de admisie în care amestecul de apă cu suspensii este distribuit pe

secţiunea transversală a bazinului;



133

zona de sedimentare în care particulele cad prin masa de apă, aflată încurgere orizontală cu viteză constantă vd;

zona de nămol în care se adună particulele depuse; zona de evacuare a apei limpezite care mai conţine particulele care nu s-

au depus.Traiectoriile particulelor discrete rezultă din însumarea vectorială a vitezei de

sedimentare vs şi a vitezei de deplasare a apei în bazin vd. Particulele au vitezade sedimentare v0 (egală cu raportul dintre adâncimea bazinului (h0) şi timpul deparcurgere a lungimii acestuia de către o particulă de apă (t0)); dacă la intrarea înbazin (t = 0) se află la suprafaţa apei (h = 0), ating fundul zonei de sedimentarela extremitatea din aval a acesteia. Toate particulele a căror viteză de cădereeste mai mare sau egală cu v0 sunt reţinute în bazinul de sedimentare.

Î n bazinele cu curgere verticală, particulele cu viteză de sedimentare maimică decât v0 nu sunt reţinute, fiind antrenate cu apă în zona de evacuare.Dimpotrivă, în bazinele cu curgere orizontală, astfel de particule sunt reţinute

dacă la intrarea în zona de sedimentare se află deasupra zonei de nămol la o înălţime mai mică decât produsul vt0.

Decantoarele se pot construi într-o varietate mare de tipuri (STAS 4162-80).Din decantoare se elimină o apă relativ limpede şi nămolul respectiv.

Fig. 6.2 Schema unui decantor vertical

Flotaţia

Flotaţia este procesul unitar de separare din apă, sub acţiunea forţelor gravitaţionale, a particulelor cu densitate medie mai mică decât a apei, procescare poate fi realizat şi modificând proprietăţile tensioactive ale speciilor deseparat.



134

Astfel de particule pot fi constituite din materiale omogene sau din asocieri demateriale cu densităţi diferite.

În procesul de flotaţie naturală, particulele materiale mai uşoare decât apa(uleiuri, grăsimi, hidrocarburi) formează asociaţii cu bule de aer sau gaz dinprocesele microbiologice ridicându-se la suprafaţa apei care staţionează sau

care se află în curgere liberă.Scopul flotaţiei este de a forma o spumă stabilă care să încor poreze

particulele insolubile. Stratul de material plutitor, ridicat în urma procesului deflotaţie, este îndepărtat prin raclare.

Un alt mod de realizare a procesului de flotaţie este acela prin care particulelemai grele decât apa sunt antrenate la suprafaţă, datorită asocierii lor cu bulele deaer, ce este suflat în apă, prin partea inferioară a bazinului. Această asociere cubule de aer are consecinţe pozitive deoarece particulele mai grele decât apacapătă o viteză ascensională datorită aerului insuflat. În flotaţia cu aer, aerul esteintrodus fie sub formă de bule, obţinute prin trecerea aerului prin difuzoare

poroase, fie prin degazarea aerului dizolvat în apă, ca urmare a unei detente,când se produce scăderea bruscă a presiunii gazului, aflată în echilibru în apă.Flotaţia cu aer dispersat se utilizează la prepararea minereurilor şi la

îndepărtarea materiilor grase din apele uzate. Diametrul bulelor de aer insuflatetrebuie să fie de 1-2 mm. La aceste dimensiuni bulele de aer au o vitezăascensională foarte mare şi pot provoca distrugerea suspensiei coagulate dinapă.

Bulele mai fine (cu diametrul mai mic decât 0,1 mm) se pot obţine prindestinderea apei sau prin suprasaturarea apei cu aer.

Ridicarea particulelor insolubile în apă, de către bulele de aer, este rezultatul

asocierilor reciproce, ce are loc în două moduri: încorporarea de bule de aer în interiorul particulei floculate cu structurăafânată;

aderarea particulelor insolubile la suprafaţa bulei de aer (gaz). Mărimea forţelor care reţin particule insolubile pe interfaţa apă-aer sau apă-

gaz depind de mărimea suprafeţei particulelor şi de prezenţa unei substanţetensioactive, ce are tendinţa de acumulare şi orientare a moleculelor pe interfeţe.

În practică, în cazul separării prin flotaţie cu aer nu este suficient doar ridicarea particulelor la suprafaţă ci este necesară şi formarea unei spumeutilizând substanţe spumante. Astfel de substanţe, numite substanţe

tensioactive, pot fi chiar unii constituenţi din apele uzate, iar când aceştia nuexistă în apă trebuiesc adăugaţi. Capacitate de spumare mare o au apele uzatedin industria celulozei, textilă, industria de prelucrare a proteinelor şi în industriilefermentative.

Pentru a se obţine o bună separare prin flotaţie trebuiesc luate măsuri pentrua reduce la minimum turbulenţa din zona de separaţie. Datorită vitezelor mari deurcare a particulelor în procesul de flotaţie, timpul de retenţie a apelor uzate înbazinul de flotaţie este mai mic decât în bazinul de decantare.



135

Necesarul de aer variază funcţie de natura şi concentraţia suspensiilor şi depindde condiţiile care trebuiesc îndeplinite de apa tratată.

Într-o instalaţie de flotaţie cu aer difuzat, consumul de aer este de cca 0,2-1 m3 aer/m3 apă uzată.

Pentru stabilirea parametrilor optimi ai pr ocesului de flotaţie, pentru o apă

uzată dată, se recomandă efectuarea de teste la scară de laborator, pe un modelfizic.

Centrifugarea

Centrifugarea reprezintă o tehnică de separare a componentelor unuiamestec cu densităţi diferite sub influenta unui câmp centrifugal.

Centrifugarea mai poate fi considerată ca un proces de separaregravitaţională a suspensiilor din apă în care intervin acceleraţii superioare celei

gravitaţionale. În cazul centrifugării se obţin viteze mari de sedimentare, ceea ceduce la o separare a unei mase mari de suspensii în unitatea de timp. Princentrifugare se obţin concentrate mai compacte, cu un conţinut mare de solid.

Datorită costurilor mari ale instalaţiilor şi a consumului de energie, acestprocedeu se aplică de preferinţă apelor uzate cu conţinut mare de suspensii saupentru concentrarea nămolurilor.

În procesele de epurare a apelor se utilizează, de regulă, centrifugeledecantoare cu ax orizontal, cu funcţionare continuă. Acestea sunt constituitedintr-un corp cilindro-conic rotativ în care se roteşte, la rândul său, - cu o vitezăceva mai mică – un ax melcat. Apa cu suspensii este introdusă prin axul corpului

melcat şi este proiectată spre faţa interioară a peretelui corpului centrifugei.Solidele depuse pe acest perete datorită forţelor centrifuge sunt raclate şi împinse de către corpul melcat spre zona conică a corpului centrifugei. Lichidullimpezit, numit centrat, este evacuat pe la capătul opus al centrifugei. Adâncimeastratului de lichid deasupra peretelui centrif ugei este stabilită cu ajutorul unor deversoare circulare reglabile, peste care se evacuează lichidul limpezit.Transportul materialului concentrat pe zona conică este o sarcină delicată,datorită forţelor mari de forfecare care intervin, precum şi datorită posibilităţilor destropire cu lichid limpezit, ceea ce poate readuce materialul solid în corpulcentrifugei.

Astfel, prin centrifugare se obţin concentrate de nămol cu un conţinut mai marede 50% de substanţă uscată, comparativ cu nămolurile obţinute pr in alte metodede separare la care concentraţia în substanţe uscate este cuprinsă între 4% şi10%.



136

6.3.2.2. Filtrarea

Filtrarea este un procedeu de separare a părţii solide de cea lichidă carese realizează prin trecerea apelor printr -un strat filtrant. Pe stratul filtrant este

reţinută partea solidă. În funcţie de materialul filtrant folosit, mai exact funcţie dedimensiunile porilor materialului filtrant, în instalaţiile de filtrare se pot reţine dinapă impurităţi de dimensiuni variabile, de la poluanţii grosieri, până la poluanţifoarte fini.

La mediile poroase cu pori mari, mecanismul de reţinere pe filtre estesimplu, fiind oprite toate particulele cu dimensiuni mai mari decât porii filtrelor. Sevorbeşte astfel de un fenomen de sitare.

Pe măsură ce dimensiunile porilor se micşorează, mai intervin şi altefenomene. Mecanismele care contribuie la reţinerea din apă a particulelor deimpurităţi pe un filtru sunt foarte complexe. Reţinerea pe suprafaţa filtrantă

depinde de: caracteristicile fizico-chimice ale particulelor; de caracteristicile mediului filtrant; de viteza de filtrare; caracteristicile fizice ale apei.

Curgerea prin medii filtrante poroase este menţinută în mod normal îndomeniul laminar atât iniţial (când filtrul este curat), cât şi după colmatarea lui cususpensii. În aceste condiţii, curgerea are loc în conformitate cu legea lui Darcy.

În anul 1856, Darcy a observat experimental relaţia dintre debitul caretraversează un material poros (ex. nisip) şi sarcina corespunzătoare curgerii.

Legea lui Darcy este variabilă doar în cazul regimului de curgere laminar,deoarece condiţia ca pierderea de sarcină să varieze liniar cu viteza, poate fi îndeplinită doar în situaţia în care curgerea în interiorul lichidului este guvernatăde forţele de vâscozitate. Pentru valori mari ale vitezei, regimul de curgere semodifică, devenind turbulent. În regim turbulent, legea lui Darcy nu mai estevalabilă. Limita maximă a validităţii legii lui Darcy este în general stabilită denumărul Reynolds asociat regimului de curgere (raportul între forţele inerţiale şicele de viscozitate), exprimat sub forma:

Re = qd/ = qd/,

unde: este densitatea lichidului;q – debitul specific; - vâscozitatea dinamică a lichidului; d – o lungime caracteristică; - vâscozitatea cinematică a lichidului.



137

Valoarea lui d este definită ca fiind valoarea medie a diametrului particuleisolide a mediului poros. Legea lui Darcy este valabilă dacă 1Re10 (Abbott,M.B., Bathurst, J.C. 1; 2).

Ca urmare, valorile scăzute ale gradientului hidraulic nu pot conduce laechilibrarea acestor forţe, care nu sunt luate în considerare de legea lui Darcy.

Cu toate acestea, în general, limita inferioară a valabilităţii legii lui Darcy are oimportanţă practică neglijabilă (White, Dyson S.S.

3).Varietatea mecanismelor de reţinere a impurităţilor din apă prin filtrare şi

gama largă de dimensiuni a particulelor care se reţin a dus la o diferenţiere întreprocesele în care predomină efectul de sită şi cele în care primează altemecanisme.

În cele ce urmează se prezintă pe scurt principalele procese de reţinereprin filtrare, atât pentru corpuri grosiere, cât şi pentru particule de dimensiuneaionilor sau a moleculelor.

Reţinerea pe grătare şi site.Grătarele servesc pentru îndepărtarea din apă a impurităţilor grosiere care

pot forma depuneri greu de evacuat şi care ar bloca sistemele de raclare,pompele şi vanele, gurile de evacuare şi deversoarele. Grătarele sunt formatedin bare cu grosimi de 0,8 –1,2 cm aşezate la o distanţă de 12–60 mm, înclinatecu 30-90°faţă de orizontală. Materialele reţinute, cu dimensiuni mai mari decâtinterstiţiile dintre bare, formează ele însele straturi filtrante care măresc treptatpierderea de sarcină a apei pe grătar şi trebuiesc îndepărtate periodic.

Viteza apei la intrarea în grătare trebuie să fie de 0,3-1 m/s pentru evitareadepunerilor în camera grătarului.

Pentru reţinerea impurităţilor de dimensiuni mai mici se utilizează sitestatice sau mobile.

Reţinerea pe filtre Cele mai utilizate filtre pentru îndepărtarea suspensiilor sunt filtrele

granulare şi filtrele cu prestrat. Materialul granular folosit frecvent este nisipul cuarţos. Filtrele cu nisip

sunt formate din mai multe straturi cu densităţi diferite care într -un curent de apăascendent se stratifică conform densităţii şi la care, după spălare, se obţinespontan o aranjare a granulelor cu diametrul descrescând în sensul de curgeredin timpul fazei de filtrare, fapt care permite o folosire mai eficientă a adâncimiifiltrului.

1 Abbott, M.B., Bathurst, J.C. et al – An introduction to the European Hydrological System, J. of

hydrology, 87, p 45-59 şi61-77, 19862 Alexander, M. – Biodegradation and bioremediation, Academic press, 302p, 19943 White, Dyson S.S. – A transfer function model of solute transport through soil water ressources nr. 22, p

248-254, 1986



138

Filtrele de nisip sunt împărţite în: filtre lente cu viteze de filtrare de 0,1 – 0,6 m3/h; filtre rapide cu viteze de filtrare de 3 – 6 m3/h.

Aceste două tipuri de filtre diferă prin caracteristicile granulometrice ale nisipuluişi prin modul de regenerare.

Î n epurarea apelor uzate filtrele cu nisip se utilizează în treapta secundară deepurare sau pentru finisarea efluenţilor treptei biologice. În aceste filtre au loc, pelângă procesele fizice de reţinere a particulelor insolubile şi procesemicrobiologice de degradare a unor materiale organice dizolvate sau însuspensie.Filtrele cu prestrat sunt formate din suporturi poroase rigide aşezate într -ocarcasă, pe care se depune un strat subţire de material filtrant granular, formatdin particule foarte fine de 5 – 100 μm.

Fazele unui ciclu de funcţionare cuprind formarea prestratului, filtrarea şiregenerarea.

Pentru a prelungi durata fazei de filtrare, uneori se adaugă în apa supusătratării, materialul granular, chiar în timpul filtrării.

6.3.2.3. Separarea folosind membrane

Procesele de membrană au cunoscut, începând cu anii '70, o dezvoltarespectaculoasă, utilizându-se la nivel industrial în domenii cum ar fi: tratareaapelor reziduale, tehnologiile medicale, industria chimică.

Evoluţia rapidă şi diversă a acestor tehnologii a fost posibilă datorită

punerii la punct a tehnicilor experimentale de preparare si caracterizare amembranelor. În procesele de epurare a apei, membrana este definită ca o fază ce

acţionează ca o barieră pentru speciile moleculare sau ionice din apă. Prinmembrană pot trece numai molecule de apă.

Membranele pot fi constituite din: materiale solide; geluri îmbibate cu solvenţi; lichide imobilizate într-o structură poroasă şi rigidă.

Practic o membrană trebuie să aibă o permeabilitate mai mare pentru

unele specii decât pentru altele, deci să fie permeoselectivă. Separarea prin membrane este utilizată în cea mai mare măsură pentruobţinerea apei potabile, dar şi pentru tratarea apelor uzate.

Datorita gamei largi de utilizări a acestora se evidenţiază cinci importanteprocese membranare (microfiltrarea, ultrafiltrarea, osmoza inversa, dializa si electrodializa) care acoperă întregul domeniu de mărimi de particule de separate.

În soluţie, ionii substanţelor ionice sau ionii formaţi prin ruperea unei moleculepolare sunt hidrataţi astfel încât volumul ionilor hidrataţi este mult mai mare decât



139

volumul unei molecule de apă, sau chiar a moleculelor de apă asociate prinlegături de hidrogen.

Prin porii unei membrane semipermeabile (de dimensiuni moleculare) vor putea trece molecule de apă, dar nu vor putea trece ionii hidrataţi.

Structura membranară influenţează criteriile de selectare a materialelor

membranare, constituind factorul esenţial în mecanismele de separare şitransport. Astfel membranele poroase, materiale care conţin goluri de dimensiunimult mai mari decât dimensiunile moleculare, conform criteriilor internaţionale,pot fi membrane macroporoase, mezoporoase şi microporoase, după cummărimea porilor este mai mare de 50nm, cuprinsă între 50 şi 2nm şi respectivmai mică de 2nm. Procesul de transport al speciilor chimice prin acest tip demembrane, având ca forţă motrice gradientul de presiune, concentraţie saupotenţial electric, are loc prin sistemul de pori printr -un mecanism de curgerecapilară.

Osmoza şi osmoza inversă În cazul soluţiilor apoase când două soluţii de concentraţii diferite suntseparate printr-o membrană semipermeabilă, apa va trece prin membrană dinsoluţia mai diluată spre cea mai concentrată având tendinţa de egalizare aconcentraţiilor în ambele celule şi deci, de stabilire a echilibrului.

Acest proces, cunoscut sub numele de osmoză încetează când presiuneahidrostatică care se exercită asupra soluţiei mai concentrate atinge o anumităvaloare de echilibru numită presiune osmotică (fig.6.3). Presiunea osmoticăvariază proporţional cu concentraţia substanţei dizolvate în apă şi cutemperatura.

Fig. 6.3. Procesul de osmoză

Procesul normal de osmoză poate fi inversat dacă asupra soluţieiconcentrate se va exercita o presiune mai mare decât presiunea osmotică. Înacest caz, se va produce, datorită presiunii exterioare mari, o circulaţie a apei însens invers. Astfel, dintr-o apă bogată în săruri se va obţine în compartimentulalăturat o apă curată. Acest proces este utilizat şi pentru obţinerea apei dulci dinapa de mare.



140

O instalaţie pentru purificarea apei folosită în laborator, prin procedeulosmozei inverse arată ca în figura 6.4., unde:

Fig. 6.4 Instalaţie de purificare apa prin procedeul osmozei inverse folosită în laborator

1 Filtru cu cărbune activ 2 Cartuş stabilizare duritate3.Modul osmoză inversă 4. Modul osmoză inversă compus din conducte de presiune şi membranede osmoză inversă 5. Electrovalvă apă de alimentare 6. Electrovalva de curăţare 7. Panou electric de control8 manometru

9. Supapa de sens10. Presostat11. Valvă de reglare presiune 12. Valvă pentru returul concentratului 13. Celulă de măsurare a conductivităţii apei de alimentare 14. celula de măsurare a conductivităţii apei purificate.

A. Conexiune intrare apă de alimentare B. Conexiune ieşire apa purificata



141

C. Conexiune ieşire concentrate.

Printre primele materiale folosite la confecţionarea membranelor semipermeabile a fost acetatul de celuloză, obţinut în condiţii speciale (celofancu calităţi speciale). Ulterior s-au obţinut şi membrane semipermeabile din

materiale polimerizate stabile (poliamide, esteri micşti de acetat - butirat deceluloză, amestecuri de acetat şi nitrat de celuloză, ş.a.). În prezent se obţinmembrane ce permit o eliminare a substanţelor dizolvate, mai ales a speciilor ionice, în proporţie de 95-99%. Membranele folosite în separarea prin osmozăsunt foarte subţiri (0,2 μm) şi au o fragilitate ridicată. Membranele utilizate înosmoza inversă sunt supuse la diferenţe mari de presiune de 20 –100 bar, ceeace determină dificultăţi deosebite la realizarea instalaţiilor practice care trebuie săaibă o bună etanşeitate, o structură compactă, durabilitate mare şi să evitecolmatarea şi polarizarea de concentraţie.

Aplicaţiile osmozei inverse pentru tratarea apelor uzate se foloseşte în

următoarele condiţii: reducerea cantităţilor de ape uzate prin obţinerea unor soluţii concentrate

cu volum mai mic decât al celor de ape uzate; dacă există posibilitatea recuperării de materiale utile; dacă se impune recuperarea apei în zonele sărace în apă; dacă se poate realiza concentrarea poluanţilor în volume mici de apă,

reducându-se cheltuielile de evacuare a poluanţilor.

Ultrafiltrarea

Ultrafiltrarea este procesul de separare prin membrane sub influenţa uneidiferenţe de presiune. Membranele utilizate sunt caracterizate printr -opermeabilitate selectivă pentru anumiţi componenţi ai unei soluţii lichide. Seaplică mai ales pentru a separa substanţele dizolvate cu greutate molecularăpeste 500 u.a.m., care la concentraţii mici au presiuni osmotice mici şi nu pot fiseparate prin osmoză.

Prin ultrafiltrare pot fi îndepărtate din apă bacterii, viruşi, amidon, proteine,pigmenţi din vopsele. Limita superioară a greutăţii moleculare a substanţelor carepot fi reţinute prin ultrafiltrare este de circa 500 000 u.a.m., peste această limită

separarea având loc prin filtrare obişnuită. În cazul ultrafiltrării prin membrane, mecanismul principal este sitareaselectivă, în funcţie de diametrul particulelor de substanţe poluante şi diametrulporilor. Capacitatea de reţinere a unei membrane pentru o substanţă datădepinde de dimensiunea, forma şi flexibilitatea moleculelor constituente alemembranei, precum şi de condiţiile de exploatare. Pentru scopuri practice, secere ca membranele de ultrafiltrare să manifeste reţinere selectivă pe un



142

domeniu relativ îngust de greutăţi moleculare şi un flux mare de solvent ladiferenţă mică de presiune.

Pentru epurarea apelor uzate separarea selectivă nu prezintă importanţădecât în cazul în care concentratele separate pot fi valorificate. In acest caz,ultrafiltrarea are un efect echivalent cu cel realizat prin coagulare, floculare,

decantare şi îngroşare. Prin acest proces pot fi îndepărtate materii organiceinerte şi microorganisme.

Microf i l t rarea

Microfiltrarea foloseşte un mediu de separare cu pori având dimensiunimai mici de 0,2 microni ceea ce previne trecerea microorganismelor care au deobicei o dimensiune mai mare. Mediile ceramice şi carbonul activ bloc sunt celemai des folosite material pentru realizarea microfiltrării. Mediile ceramice au

avantajul că pot fi spălate şi folosite un timp mai îndelungat în timp ce carbonulactiv are un timp limitat de folosire. Microfiltrarea este eficientă şi împotrivachisturilor precum Criptosporidium şi Giardia.

6.3.2.4 Electrodializa

În procesul de electrodializă ionii sunt eliminaţi din apă sub acţiunea unui câmpelectric continuu. Procedeul de electrodializă foloseşte membrane cupermeabilitate selectivă pentr u anioni, respectiv pentru cationi.

Fig.6.5 Instalaţie de electrodializă



143

În compartimentul central este introdusă apa brută, iar în compartimentelelaterale se plasează doi electrozi, care vor atrage ionii de semn contrar care pottrece prin membrane (4) permeabile pentru cationi respectiv pentru anioni. Apaparţial dedurizată, respectiv fără anionii şi cationii în exces se ridică la suprafaţacompartimentului (2) de unde este apoi colectată de utilizator.

Utilizarea unei instalaţii de electrodializă cu o singură celulă (fig. 6.4) esteneeconomică, din cauza consumurilor mari de energie în compartimenteleelectrozilor (pentru deshidratarea ionilor).

Dacă numărul de compartimente este mărit, (proporţia de energieconsumată pentru transportul ionilor creşte în raport cu aceea pentrudeshidratarea acelor ioni care ajung în compartimentele electrozilor. În practicăse folosesc baterii de electrodializă cu 40-500 compartimente.

Prin electrodializă îndepărtarea ionilor străini nu este totală. Dacădemineralizarea este împinsă peste anumite limite, consumurile de energie peunitatea de apă produsă cresc foarte mult, iar produsul devine asemănător cu

electroliza.Electroliza poate fi utilizată şi pentru îndepărtarea sărurilor din apele uzate(de exemplu a nitraţilor din apele evacuate de pe terenurile agricole), cu condiţiaca substanţele organice, eventual prezente în acestea, să fi fost îndepărtate înprealabil.

În general, membranele pentru electroliză se realizează prin turnare deplăci dintr -un amestec de răşini schimbătoare de ioni, sub formă de granule, lianţiinerţi şi solvenţi. Ele pot fi obţinute din filme de polimeri poroşi, în care seintroduc prin reacţie chimică, grupe funcţionale schimbătoare de ioni.

Prin electroliză se pot recupera din apele uzate o varietate de substanţe

utile: acizi carboxilici (acetic, citric, lactic), lignit, cromaţi, etc.

6.3.2.5 . Procese unitare care utilizează transferul între faze

În timp ce în cazul proceselor fizice descrise mai înainte, după izolarea din apă, impurităţile rămân tot în faza apoasă sub forma unor concentrate, există alteprocese în care epurarea are la bază transferul poluanţilor din apă într -o altă fazănemiscibilă cu apa lichidă, solidă sau gazoasă. Dintre aceste procese putemenumera extracţia lichid-lichid, antrenarea poluanţilor volatili cu abur sau cu gaz(stripare), distilarea, spumarea şi adsorbţia.

Extracţia lichid - l ichid Extracţia este o operaţie de separare bazată pe diferenţa de solubilitate acomponenţilor din apă în unul sau mai mulţi solvenţi nemiscibili cu apa.Realizarea unui proces de extracţie implică trei faze importante şi anume:

1.Contactarea intima a apei cu solventul



144

2.Separarea fazelor formate,adică faza bogata in componentul solubil P denumitextract.3.Extragerea substanţ ei utile, adică separarea solventului de poluant de obiceiprintr-un proces de distilare simplă. Calitatea proceselor de extracţie depinde în mare măsură de calităţile

solventului care trebuie să fie omogen, selectiv, să aibă capacitate mare deextr acţie, temperatură de fierbere joasă, căldură de evaporare mică, să nu fieinflamabil, corosiv şi să aibă costuri cât mai scăzute. În general solventul trebuiesă fie recuperate şi eventual refolosit în procesul de extractive.

Determinarea eficacităţii instalaţiilor de extracţie, a necesarului de solvent şi a variaţiei concentraţiei în unităţile de extracţie se face pe baza diagramelor deechilibru între faze şi a bilanţului de material.

La temperatură constant echilibrul între faze se poate exprima printr -orelaţie de tipul y=f(x), în care y reprezintă fracţia molară a solvatului în extract şi xfracţia aceluiaşi component în rafinat. În cazul în care solventul este nemiscibil

cu unul dintre componenţii din soluţia purtătoare, raportul y/x defineşte constantade distribuţie a componentului solubil între extract şi rafinat. Repartiţia poluantului în extract şi apă defineşte o proprietate importantă a solventului şi anumeselectivitatea lui

Notând apa cu A, poluantul cu P şi solventul cu S, principiul extracţ iei esteredat prin schema:

Fig. 6.6 Schema unei unităţi de extracţie

Apa de epurat este pusă în contact cu solventul S în care poluantul P estesolubil. După agitare ( pentru realizarea unei suprafeţe cât mai mari de contact

între cele două lichide) şi după sedimentare se formează conform schemei de



145

mai sus două straturi: apa + solvent şi extractul. După separarea acestoraurmează recuperarea solventului (de obicei prin distilare).

Într-un sistem ternar format din cei trei componenţi A,P,S, definiţi ca maisus. Constantele de distribuţie ale componenţilor A, P în extract şi apa care

rămâne se defineşte prin relaţiile:

K A =y A/x A KP=yP/xP

Solventul S este selective pentru componentul A dacă K A>KP şi este selectivepentru poluantul P dacă KP>K A.Raportul K A/KP defineşte selectivitatea solventului şi reflect posibilitatea deseparare a poluantului din apă cu ajutorul solventului S.Eficacitatea proceselor de extracţie este proporţională cu suprafaţa de contact şi

în consecinţă modul de contactare a fazelor prezintă o importanţă deosebită

pentru eficacitatea proceselor de extracţie O extracţie înaintată a poluantului din apă se realizează prin repetarea operaţieide extracţie cu porţiuni noi de solvent proaspăt, într -un sistem decantor agitator cu mai multe trepte cu circulaţia fazelor de la o treaptă la alta în echicurent saucontracurent.

În figura 6.6 este ilustrată schematic extracţia cu contact multiplu cu circulaţiafazelor în contracurent.1,2 3,4 Unităţi de amestecare-decantare.

Fig. 6.7. Schema extracţiei cu contact multiplu în contracurent

În practică, apa şi solventul circulă în contracurent într -o coloană cu şicane saucu umplutură, pe baza diferenţei de densitate. Într -o astfel de coloană se menţinpe tot parcursul, diferenţe de concentraţie diferite de cele de echilibru, fapt careaccentuează difuzia poluantului din apă în solvent. Un bun solvent pentru extracţia poluanţilor din ape uzate trebuie să

îndeplinească următoarele condiţii:

Apă brută

Apă epurată



146

- să posede faţă de impurităţi o afinitate cât mai ridicată în comparaţie cu a apei,- să aibă o solubilitate cât mai scăzută în apă şi să dizolve cât mai puţină apă peun domeniu larg de temperatură, - să nu formeze emulsii cu apa, - să aibă o densitate cât mai diferită de cea a apei,

- să nu sufere transformări chimice în timpul utilizării, - să aibă punct de fierbere cât mai diferit de cel al apei, - să fie pe cât posibil ieftin. Pentru epurarea apelor uzate se folosesc, drept solvenţi hidrocarburi alifatice,dintre care hexanul este utilizat cel mai frecvent.

O variantă de aplicare a extracţiei în purificarea apei este aceea în caresubstanţa extrasă din amestec este însăşi apa, nu substanţe dizolvate înaceasta. În acest scop s-au dovedit eficienţi ca solvenţi aminele alifatice cu 5 şi 6atomi de carbon (de exemplu diizopropilamina), care extrag în mod selectiv apaşi în care impurităţile (mai ales cele minerale) au o solubilitate scăzută.

Solubilitatea apei în dizolvanţii de acest fel variază puternic cu temperatura,astfel că prin încălzirea extractului are loc separarea apei şi a dizolvantului,acesta din urmă fiind refolosit în proces.

Extracţia se foloseşte la scară industrială pentru separarea şi recuperareafenolului din apele condensate de la prelucrarea termică a cărbunilor şi pentruextracţia din apele uzate a unor metale ce sunt transformate în prealabil încomplecşi organici, solubili în solvenţi nemiscibili cu apa.

Transferul l ichid -gaz (str iparea)

Substanţele volatile prezente în apă pot fi îndepărtate prin (stripare)antrenare cu gaze sau vapori (aer, gaze de ardere, vapori de apă). Procesul esteanalog cu acela de extracţie descris mai sus, rolul solventului fiind preluat defaza gazoasă sau de vapori. Desfăşurarea procesului este favorizată de creareaunor condiţii care duc la micşorarea solubilităţii în apă a substanţei poluante,aceasta putându-se obţine, de obicei, prin modificarea pH-ului şi/sau prinridicarea temperaturii. pH-ul acţionând favorabil prin transformarea unor poluanţi

în forma lor neionizată, moleculară, mai greu solubilă. Astfel, la valori mici alepH-ului, devine posibilă îndepărtarea hidrogenului sulfurat,

S2- + 2 H+ → H2SSulfura (S2-) solubilă este transformată în hidrogen sulfurat molecular greu solubil

în apă. Mai pot fi îndepărtaţi în acest mod mercaptani, bioxidului de carbon şi, îngeneral, acizi slabi volatili.

La valori ridicate ale pH-ului pot fi îndepărtate amoniacul, aminele alifaticeinferioare şi în general bazele slabe volatile:



147

NH4+ + OH- → NH3 + H2O

Ioni de amoniu sunt transformaţi în amoniac molecular solubili în apă, greusolubil în apă caldă.

Striparea componenţilor volatili din apele uzate se face prin realizarea unei

suprafeţe mari de contact între apă şi faza gazoasă sau de vapori, fiindavantajoasă circulaţia în contracurent a celor două faze. Contactul lor se poateasigura prin barbotarea gazului în apă în bazine deschise sau coloane cu talere,ori prin prelingerea apei peste o umplutură prin care circulă în contracurent fazagazoasă, în acest din urmă caz putându-se folosi instalaţii asemănătoare cuturnurile de răcire. Un contact bun poate fi obţinut şi prin pulverizarea apei înfaza gazoasă (de obicei în aer).

Striparea cu gaze şi vapori dă rezultate bune şi în cazul poluanţilor organici volatili nepolari, care în mod natural au o solubilitate scăzută în apă, în-deosebi la temperaturi mai ridicate. Metoda este convenabilă mai ales în cazul

apelor uzate care rezultă din procesul de producţie şi deci, nu mai necesităconsum de energie pentru încălzire. Striparea poluanţilor în atmosferă conduce însă la impurificarea acesteia

şi, de aceea, se recomandă descărcarea gazelor de stripare prin coşuri înalte. Osoluţie mai raţională este captarea şi valorificarea poluanţilor. Astfel, substanţelevolatile cu caracter bazic pot fi absorbite în soluţiile unor acizi tari cu obţinerea desăruri. Amoniacul poate fi absorbit în acid sulfuric formând sulfat de amoniu,folosit ca îngrăşământ agricol. Substanţele acide pot fi absorbite în soluţii aleunor baze tari, de exemplu, prin absorbţia hidrogenului sulfurat în hidroxid desodiu se obţine sulfura de sodiu utilizabilă în industria celulozei.

Din date experimentale a reieşit că pentru a îndepărta 1 kg. de hidrogen sulfuratsunt necesari 100-200 m3 aer/ m3 apă uzată. În cazul stripării amoniacului4,liter atura menţionează (în cazul folosirii instalaţiilor de tipul turnurilor de răcire cufuncţionare la temperatură ambiantă) consumuri de aer foarte ridicate de 2000-3500 m3 aer/1m3 apă uzată.

În epurarea apelor uzate, pentru unele scopuri, prezintă importanţăpractică şi procesul invers, de transfer în apă a unor componenţi din fazagazoasă. Cel mai important caz este acela de introducerii de oxigen în apă.

Aceasta se realizează cu ajutorul oxigenului gazos, şi mai eficient, cu ajutorulaerului (aerare). Pentru aerare sunt folosite numeroase tipuri de dispozitive,clasificate, de obicei, în mecanice şi pneumatice, acestea asigurând dispersiaapei în aer sau /şi a aerului în apă pentru crearea unei arii cât mai mari asuprafeţei de separare apă-aer pe care are loc transferul.

4 IOVI A . – Tehnologia ingrasamin telor minerale , Editura didactica si pedagogica, Bucuresti, 1977 .



148

6.3.2.6 Schimbarea stării de agregare a apei

Distilarea

Distilarea este procesul de epurare a apelor uzate prin trecerea apei înfază de vapori prin încălzire, urmată de condensarea vaporilor. Datorităvolatilităţii reduse a majorităţii impurităţilor dizolvate, se obţine, de obicei, o apăcu calitate net îmbunătăţită. Prin distilare se îndepărtează şi substanţele însuspensie iar microorganismele sunt distruse aproape în totalitate.

Apa brută este introdusă într -o cameră cu presiune redusă, unde o parte aapei se evaporă rapid. Vaporii rezultaţi sunt răciţi într -un condensator prin carecirculă apa de alimentare. Apa neevaporată trece într -o a doua coloană deevaporare în care presiunea este şi mai redusă, apoi într -o a treia , etc. .

Fig. 6.8 Schema unei instalaţii de desalinizare a apei marine prin distilare în trepte

Din fiecare cameră de evaporare rezultă vapori care sunt colectaţi şi apoicondensaţi, utilizându-se temperatura apei brute, obţinându-se în final o apădepoluată şi un concentrat, bogat în poluant, care se elimină.

În comparaţie cu alte procese de epurare a apelor uzate, distilarea este înprezent dezavantajoasă datorită consumului relativ ridicat de energie. Chiar încazul utilizării unor sisteme raţionale de încălzire, cum ar fi evaporatoare cu efectmultiplu, consumul de căldură este semnificativ, de cca 45 kcal./1 kg apă.



149

Distilarea poate fi justificată când este folosită pentru concentrarea unor efluenţicu toxicitate mare, care urmează a fi distruşi prin incinerare

Îngheţarea

Îngheţarea ca proces de epurare, constă în trecerea apei din fază lichidă în fază solidă sub formă de cristale de gheaţă. Aceste cristale de gheaţă suntconstituite din apă aproape pură, care se separă de soluţia reziduală îmbogăţită

în impurităţi. Prin topirea cristalelor de gheaţă (după prealabila lor spălare cu apăcurată) se obţine o apă de puritate ridicată.

O variantă a procesului de îngheţare foloseşte o hidrocarbură lichefiată,butanul care se injectează în apă. Prin vaporizarea bruscă a butanului are loc

îngheţarea unei părţi din apă. Vaporii de butan se introduc într -un compresor unde se lichefiază şi apoi se recirculă în proces. Cristalele de gheaţă formate se

separă prin trecerea peste un filtru, apoi se topesc într -un schimbător de căldurăfolosind căldura apei brute ce intră în sistem.

Figura 6.9 Schema unei instalaţii de desalinizare prin congelare

Acest procedeu are un consum de energie relative redus, nu prezintă problemede coroziune, este dificil însa a elimina butanul în totalitate. Se pot folosi şi alte



150

substanţe pentru obţinerea cristalelor de gheaţă cum ar fi unele hidrocarburialifatice cu greutate molecular mică sau derivaţii halogenaţi ai acestora.

Spumarea

Spumarea este procesul de separare din apă a unor impurităţi organicedizolvate ca urmare a tendinţei de acumulare a lor pe interfaţa apă-aer, respectivdatorită respingerii lor din masa de apă. Cantitatea de poluant separată esteproporţională cu aria interfeţei aer -apă, şi în acest caz este avantajoasă existenţaunei suprafeţe de contact cât mai mari, care poate fi obţinută prin spumare.Formarea spumei este condiţionată de prezenţa în apă a substanţelor teniso-active, care au capacitatea de a micşora tensiunea superficială a apei. Astfel desubstanţe, de exemplu detergenţii, proteinele şi hidrolizate de proteine, săruri aleunor acizi organici sulfonici şi carboxilici, saponine etc., pot fi prezente ca

poluanţi în apele uzate. Există şi situaţii în care, pentru formarea spumei saupentru a îmbunătăţi separarea unor impurităţi se adaugă agenţi de spumare, cumar fi detergenţii cationici în doză minimă de circa 0,5 mg/l.

Formarea spumei este indusă prin barbotarea în apă a aerului, depreferinţă difuzat sub formă de bule fine. Consumurile de aer sunt de ord inul a 4-8 m3/m3 apă uzată, iar timpii de retenţie hidraulică în bazinul de spumare de 5-10min.

Spuma acumulată la suprafaţa apei în bazinul de spumare se îndepărtează continuu prin raclare, în asemenea cantitate şi de la o astfel dediferenţă de la suprafaţa masei de lichid, încât conţinutul în apă al spumei să fie

cât mai scăzut. Este de dorit ca volumul de concentrat lichid, rezultat dupăspargerea spumei, să nu depăşească 1% din volumul apei epurate. Separarea prin spumare a fost aplicată la îndepărtarea detergenţilor din ape şi laepurarea apelor uzate din industria celulozei şi a hârtiei.

6.3.2.7 Adsorbţia

Adsorbţia, ca proces de epurare, este operaţia unitară prin care uncomponent fluid (o substanţă dizolvată în apă), este reţinută la suprafaţa unuisolid cu o suprafaţă internă foarte mare, fără a se forma legături chimice întrecele două substanţe. Astfel de solide sunt: silicagelul, oxidul de aluminiu activ,cărbunele activ, argilele bentonitice, zeoliţii naturali sau artificiali.

Procesul opus de punere în libertate a componentului adsorbit se numeştedesorbţie. Componentul fluid ce se reţine prin adsorbţie poartă denumirea deadsorbit, faza lichidă pe care se reţine se numeşte adsorbant, iar fluidul care nuse adsoarbe este fluid inert sau fluid purtător.



151

Proprietăţile adsorbante ale solidelor se explică prin existenţa unor câmpuri de forţe la nivelul suprafeţelor de contact, care pot fi de tipul forţelor decoeziune, forţe electrostatice, forţe de interacţiune între molecule bazate pecontraste polare. Deşi solidele cu proprietăţi adsorbante au aparent o structurăcompactă şi continuă, în realitate ele au o structură poroasă, formată din cavităţi

care comunică între ele şi cu exteriorul prin canale care permit accesulmoleculelor fazei fluide şi interiorul masei adsorbante. Suprafaţa reală denumităşi suprafaţa specifică este mult mai mare decât cea geometrică iar pentruadsorbanţii industriali atinge valori cuprinse între 200 şi 1200 m2/g solid.

În afara cărbunelui activ au fost folosiţi ca adsorbanţi pentru epurare şi cocsul,cenuşile fine de la arderea combustibililor, cenuşile de la arderea nămolurilor etc.

Indiferent de natura forţelor care participă la adsorbţie, între componentulde adsorbit şi materialul adsorbant, se stabileşte un echilibru dinamic, care semanifestă prin constanţa concentraţiilor componentului adsorbit în cele două fazeaflate în contact. Procesul de adsorbţie are loc cu o viteză cu atât mai mare cu

cât concentraţia componentului de adsorbit în amestecul gazos sau lichid supusseparării este mai mare faţă de concentraţia corespunzătoare echilibrului dintrecele două faze. Factorii care influenţează procesul de adsorbţie sunt:

natura componentului de adsorbit şi a materialului poros adsorbant; temperatura şi presiunea la care are loc procesul; creşterea temperaturii

micşorează capacitatea de adsorbţie, dar măreşte viteza de adsorbţie; capacitatea de adsorbţie este puternic influenţată de greutatea moleculară

a adsorbatului , crescând o dată cu aceasta; scăderea pH-ului influenţează de obicei favorabil capacitatea de adsorbţie;

capacitatea de adsorbţie şi viteza de adsorbţie cresc la micşorareadimensiunilor particulelor de adsorbant;Capacitatea de adsorbţie depinde de timpul de contact, fiind maximă la atingereaechilibrului.

În funcţie de modul de contactare a celor două faze se deosebescurmătoarele procese de adsorbţie: statică, dinamică, continuă

Adsorbţia statică: se foloseşte pentru purificarea lichidelor (rafinareauleiurilor cu pământ decolorant, declorurarea apelor care conţin clor cu cărbuneactiv etc.) şi se realizează prin introducerea materialului poros adsorbant sub

formă de praf sau granule fine în lichidul de separat aflat în stare de agitare.După terminarea adsorbţiei, materialul adsorbant este lăsat să se sedimenteze,se separă prin filtrare şi dacă este necesar se regenerează.

Adsorbţia dinamică: se foloseşte pentru adsorbţia gazelor (uscarea aerului,reţinerea gazelor toxice prin cartuşul filtrant al măştilor de gaze, etc.) serealizează prin trecerea continuă a amestecului gazos de separat printr -un stratde material adsorbant granulat.



152

Adsorbţia continuă: caracteristica principală a acestui procedeu deadsorbţie constă în aceea că atât materialul solid adsorbant cât şi amestecul deseparat gazos sau lichid se află într-o continuă mişcare.

Procedeul de adsorbţie continuă se foloseşte la purificarea gazelor, la

tratarea lichidelor prin folosirea coloanelor cu schimbători de ioni. El serealizează î n adsorbere cu strat mobil sau cu strat fluidizat de materialadsorbant.

Cele mai multe instalaţii de epurare prin adsorbţie sunt de tipul dinamic şiutilizează paturi fixe de cărbune activ cu granulaţia de 0,5-2,0 mm, mai ales înfiltre închise, înălţimea stratului de cărbune în aceste filtre fiind de 1-3 m. În unelecazuri, au fost folosite şi filtre deschise, cu viteze mai mici şi cu înălţimi alestratului de 0,5-1,0 m. Creşterea timpului de contact între apă şi cărbuneinfluenţează semnificativ eficienţa epurării, în timp ce, o viteză mărită decirculaţie a apei favorizează adsorbţia. La filtrele cu cărbune activ se adoptă

viteze de filtrare de 5-30 m / h.Pentru a evita colmatarea filtrelor este importantă îndepărtarea prealabilă apoluanţilor în suspensie. Din experienţă rezultă că un cărbune activ de bună calitate poate adsorbi o masăde substanţe organice reprezentând cca. 5% din masa sa, după care estenecesară regenerarea. Aceasta se face mai ales pe cale termică; la cca. 9000C

în atmosferă cu compoziţie controlată de aer şi vapori de apă. Pentru alegerea adsorbantului şi pentru stabilirea condiţiilor de exploatare optimese recomandă efectuarea prealabilă de teste de laborator.

Substanţele reţinute pot fi îndepărtate prin încălzire sau extracţie, astfel

încât adsorbantul îşi recapătă aproape în întregime proprietăţile iniţiale. Adsorbţia permite reţinerea unor poluanţi chiar când aceştia sunt prezenţi în concentraţii mici şi prezintă selectivitate pentru anumite substanţe. Procesul de adsorbţie este caracterizat prin echilibrul de adsorbţie, care exprimărepartiţia cantitativă, la echilibru, a substanţei adsorbite între faza de adsorbant şifaza apoasă supusă epurării şi prin cinetica de adsorbţie, care urmăreştemecanismul procesului şi viteza cu care se desfăşoară acesta.

Adsorbţia se aplică, de regulă, pentru îndepărtarea din apă a unor impurităţi în concentraţie scăzută, rămase după aplicarea altor procese deepurare şi atunci când se impune un grad de epurare foarte ridicat. Sunt rarecazurile în care substanţele adsorbite din apă sunt separate din adsorbant prindesorbţie în vederea valorificării; adsorbanţii epuizaţi sunt fie aruncaţi, în cazuladsorbanţilor ieftini, fie regeneraţi pentru refolosire.



153

6.3.3. Procese chimice

Procesele chimice de epurare sunt acelea în care poluanţii sunttransformaţi în alte substanţe, în urma unor reacţii chimice, mai uşor de separat,cum ar fi precipitate insolubile sau gaze care pot fi stripate, cu nocivitate mai

scăzută sau mai susceptibile de a fi îndepărtate prin alte procese de epurare, deexemplu prin procese biologice.

6.3.3.1. Neutralizarea

Neutralizarea este procesul prin care pH-ul unei ape uzate, având valori în afaraintervalului favorabil dezvoltării florei şi faunei acvatice (pH=6,5-8,5), este reglatprin adaus de acizi sau baze după caz. Neutralizarea apei are ca efect şimicşorarea însuşirilor corozive ale apei care pot determina degradarea

materialelor cu care vine în contact, cum ar fi conducte , construcţii şi instalaţii detransport sau de epurare.

Neutralizarea apelor acide

Industriile care evacuează acizi sunt foarte variate: fabrici de acizi şi deexplozivi, industria metalurgică, decapări şi acoperiri metalice, rafinării de petrol,fabrici de îngrăşăminte , instalaţii de obţinere a derivaţilor organici halogenaţi,etc.

Înainte de a stabili măsurile de neutralizare este necesar, în primul rând , să se

epuizeze toate posibilităţile de a micşora cantitatea de acizi evacuată; prinaceasta, în afară de economia de acizi se obţine şi micşorarea cheltuielilor pentru neutralizare.

Î n al doilea rând, trebuie examinată posibilitatea de neutralizare reciprocă,totală sau parţială, a apelor uzate acide şi alcaline, rezultate din aceeaşi

întreprinderea sau din întreprinderi învecinate. În astfel de cazuri, se prevădbazine de egalizare separate pentru ape acide şi cele alcaline, bazine din carese poate realiza apoi o dozare proporţională cu debitele medii ale celor douăcategorii.

Pentru neutralizarea apelor acide se poate folosi o gamă largă desubstanţe cu caracter bazic (oxizi, hidroxizi, carbonaţi). Alegerea neutralizantuluise face în funcţie de natura acidului care trebuie neutralizat, de costulneutralizantului, de volumul şi caracteristicile sedimentelor formate dupăneutralizare.

Neutralizanţii care pot fi luaţi în consideraţie în practică sunt: piatra de var CaCO3 şi dolomita CaMg(CO3)2; varul CaO sub formă de hidroxid de calciu(laptede var sau var stins praf); NaOH şi Na2CO3. Pentru neutralizare se pot folosi şiunele deşeuri industriale cum sunt nămolurile de la fabricile de sodă, unele



154

sterile de la preparaţiile miniere, nămolurile de la obţinerea acetilenei din carbid,etc.Piatra de var (CaCO3) este unul dintre primii neutralizanţi folosiţi pentruneutralizarea apelor acide. După provenienţa ei, piatra de var prezintăreactivitate variabilă faţă de acizii minerali. Aceasta depinde de compoziţia

chimică şi mai ales de structura cristalină a materialului. Reactivitatea diferitelor feluri de carbonaţi de calciu naturali scade în ordinea: dolomită, cretă, ardezie,marmură, calcar de scoici.

Filtrarea printr-un strat de calcar granular are efect de neutralizare numai în cazul apelor cu conţinut mic de acizi până la 0,3-0,5 %; dacă concentraţia estemai mare, în afară de scăderea reactivităţii, se produce o cimentare a granulelor din patul filtrant.

Având în vedere că prin reacţia calcarului cu acidul sulfuric rezultă sulfatde calciu greu solubil, calcarul nu este indicat pentru ape uzate care conţin acestacid, întrucât sulfatul de calciu format pe suprafaţa granulelor împiedică contactul

ulterior al acidului cu carbonatul de calciu. Reactivitatea pietrei de var estemicşorată chiar şi în cazul acizilor clorhidric şi azotic, dacă aceştia sunt prezenţi în concentraţii mai mari (peste 1,2 %), deşi dau compuşi de reacţie solubili.Explicaţia pare a fi aceea că la concentraţii mari de acizi rezultă o cantitatesporită de bioxid de carbon care, acoperind o mare parte din granulele de calcar,le micşorează suprafaţa de contact. Neutralizarea prin filtrare peste piatră de var nu este posibilă când în apă sunt prezenţi ioni ai metalelor grele care formeazăpelicule de hidroxizi pe suprafaţa granulelor. Piatra de var se poate folosi laneutralizare şi sub formă de pulbere care se adaugă ca atare, în stare uscată,sau sub formă de suspensie apoasă. Şi în acest caz apar limitele menţionate,

legate de natura şi concentraţia acizilor. Varul stins sub formă de praf (var hidratat) prezintă avantajul că poate fimanipulat, transportat şi dozat în această stare cu multă uşurinţă. Dozareavarului sub formă de praf are în plus avantajul că reduce timpul de decantare şivolumul sedimentelor Laptele de var (suspensie de hidroxid de calciu în apă) se foloseşte laneutralizare în concentraţie de 5-10 % CaO. Doza de var se calculează astfel

încât să reprezinte circa 105 % din valoarea calculată stoichiometric. În cazulneutralizării acidului sulfuric, se recomandă ca reglarea adausului să fie făcutăastfel încât pH-ul amestecului să fie cât mai aproape de valoarea pH=7, cândrezultă un precipitat cu granule mai mari care sedimentează mai repede. Hidroxidul şi carbonatul de sodiu sunt neutralizanţi foarte eficienţi, uşor detransportat, depozitat şi dozat, care duc la formarea unor sedimente mai puţinvoluminoase decât calcarul şi varul. În schimb, costul lor este mai ridicat. Celedouă substanţe pot fi achiziţionate ca produse solide, hidroxidul de sodiu putândfi achiziţionat şi sub formă de leşie concentrată.



155

Neutralizarea apelor alcaline

Cantităţile de alcalii care se evacuează cu apele uzate industriale sunt în generalmai mici decât cele de acizi.Pentru neutralizarea apelor alcaline se pot folosi acizii reziduali rezultaţi din

diferite procese industriale, cu condiţia ca aceştia să nu conţină în concentraţiisupărătoare alte impurităţi. Un neutralizant ieftin pentru apele uzate alcaline îl constituie gazele de arderebogate în bioxid de carbon, circa 14 % vol., care rezultă de exemplu de lacentralele termice. Se poate utiliza şi bioxidul de carbon îmbuteliat, în acest caz,instalaţia şi exploatarea ei sunt foarte simple, dar cheltuielile sunt ridicate.

La instalaţiile de neutralizare cu funcţionare continuă se recomandăautomatizarea dozării reactivilor în funcţie de pH-ul urmărit. Cum în practicăaciditatea sau alcalinitatea apelor uzate brute variază în limite foarte largi, nueste posibilă reglarea manuală a dozei de reactivi de neutralizare.

În vederea acestui scop există instalaţii speciale de laborator pe care sepot face testele necesare. O astfel de instalaţie este prezentată în figura de mai jos:

pHrH

1 2 3

6

5

4

rH pH

SCHEMA CINEMATICA A INSTALATIEI DE DEPOLUARE A APELOR

10

11 17 12

15

16

1921

7

2223 24

8

9

14

18 13

20

Fig. 6.10 Instalaţie pentru reglarea pH-ului, rH-ului

1. Rezervor cu capacitatea de 170 litri2. Rezervor cu capacitatea de 23 litri pentru oxidanţi sau reducători3.Rezervor cu capacitatea de 23 litri pentru acizi sau baze



156

4. Rezervor cu capacitatea de 23 litri pentru oxidare sau reducere5. Rezervor cu capacitatea de 70 litri pentru decantare6. Rezervor cu capacitatea de 23 litri pentru neutralizare7. Agitator rezervor 8. Agitator rezervor

9. Agitator rezervor 10. Agitator rezervor 11. Valvă alimentare rezervor 12. Valvă alimentare rezervor 13. Valvă de control pentru acid/bază 14. Valvă solenoid pentru acid/bază 15. Valvă control pentru oxidare/reducere 16. Valvă solenoid pentru oxidare/reducere 17. Filtru rezervor 18. Filtru rezervor

19. Filtru rezervor 20. pH – metru21. rH – metru22. Valvă de descărcare rezervor 23. Valvă de descărcare rezervor 24. Valvă de descărcare rezervor

Apa care urmează să fie tratată este introdusă în tancul (1). Prinintermediul ventilului de control (13), apa este transferată în tancul deoxido/reducere (4) unde reactantul oxidant sau reducător este adus prin

deschiderea ventilului (15) şi valvei solenoid (12), a cărui deschidere estegestionată de electrodul de măsurare a rH-ului (79). După aceasta, apa estetransferată în tancul de neutralizare (6) unde este adăugat reactivul deneutralizare din tancul (3) prin ventilul (16), a cărui cantitate este controlată deelectrodul de măsurare al pH-ului (78) prin intermediul valvei solenoid (11). Dacăeste nevoie, în tancul de neutralizare (6) este posibil a se adăuga un agent defloculare care poate activa procesul de precipitare. Acesta poate fi dozat cuajutorul unei pâlnii de picurare gradată. În final apa este transferată în decantorul(5), unde are loc un proces de separare prin sedimentare. Apa tratată şi limpedeeste evacuată prin prea-plinul vasului (5), precipitatul depus împreună cuimpurităţile sedimentate se evacuează ventilul (18). Cu ajutorul by-pass-ului (14)este posibil a se trimite apa direct la din tancul (1) la tancul de neutralizare (6)unde apa poare fi tratată prin reacţiile de oxido-reducere.

Rezultatele obţinute sunt interpretate putându-se stabili cantităţile desubstanţe de neutralizare respective oxidare/reducere pentru anumite debitedeversate.

În cazul debitelor mici de ape uzate se pot adopta instalaţii de neutralizarecu funcţionare discontinuă, simple, uşor de exploatat şi sigure.



157

6.3.3.2 Oxidarea şi reducerea

Scopul oxidării este de a converti compuşii chimici nedoriţi în alţii mai puţinnocivi. Reducerea constă în transformarea unor poluanţi cu caracter oxidant însubstanţe inofensive care pot fi uşor epurate.

Despre materialele care se transformă cedând electroni se spune că se oxidează şi devine reducător, iar despre cele care acceptă electroni, că se reduc şi devinoxidanţi. Acestea participă la sisteme redox de forma:

Oxidant 1 + Reducător 2 → Reducător 1 + Oxidant 2

Deci nu poate exista o reacţie de oxidare fără o reacţie cuplată de reducere,procesul în ansamblul său este numit o reacţie de oxido-reducere (numărulelectronilor cedaţi de către substanţa oxidantă este obligatoriu egal cu numărulelectronilor primiţi de reducător). Această interpretare a reacţiilor de oxido-

reducere este aplicabilă mai ales compuşilor anorganici. În cazul celor organici,oxidarea se poate defini ca având loc atunci când are loc un transfer de speciidiferite de cele ionice normale, şi anume: electronul, atomul liber de hidrogen,atomul liber de oxigen, radicalul hidroxil, atomul liber de clor, sau alte speciiasemănătoare.

Oxidarea

Oxidarea se aplică atât substanţelor anorganice (de exemplu Mn2+, S2-,CN-, SO3

2- etc.) cât şi celor organice (de exemplu fenoli, amine, acizi humici,

diverse combinaţii cu însuşiri toxice, bacterii etc.). Oxidarea chimică cu oxigen din aer decurge cu viteze satisfăcătoare numai latemperaturi şi presiuni peste cele normale şi, eventual, în prezenţă decatalizatori. În practică se recurge la agenţi oxidanţi mai energici ca de exemplu:ozonul, permanganaţii, feraţii, apa oxigenată, clorul, etc. Costul ridicat al unoradintre aceştia, cum sunt fer aţii şi apa oxigenată, au limitat mult aplicarea lor înpractică. Există şi alte metode de oxidare, indirecte, dintre care cea maiimportantă este oxidarea anodică directă prin intermediul unor produşi deelectroliză, de exemplu cu clor activ. Activitatea agenţilor chimici oxidanţi poate fiintensificată prin asociere cu introducerea în sistem de energie sub diferite formepentru a favoriza apariţia speciilor de oxigen cu mare potenţial de oxidare. Înacest sens, se aplică iradiere cu raze gama, raze ultraviolete, ultrasunete,producerea fenomenului de cavitaţie etc., sau prin folosirea unor catalizatori(oxizi de cupru, nichel, cobalt, zinc, crom, fier, magneziu, platină poroasă,chinone, etc.).

Oxigenul, care are o mare importanţă în epurarea biologică aerobă, esteintrodus în apa uzată de epurat, de obicei, prin aerare. Oxigenul molecular este



158

folosit, pentru oxidarea ionilor bivalenţi de fier şi mangan şi a sulfurilor, înprezenţă de catalizatori).

Ozonul este un oxidant mult mai energic, capabil să reacţioneze rapid cu ogamă largă de poluanţi şi cu microorganismele din apă. El este generat prindescărcări electrice la tensiuni înalte (5000-30000 V) în aer sau în oxigen uscat,

aplicând concomitent răcirea pentru a evita descompunerea. Aerul şi oxigenul ozonizat sunt introduse în apă prin difuzorii poroşi sau

prin sisteme mecanice de dispersie. În epurarea apelor uzate, ozonul este folositpentru decolorare, dezinfecţie, oxidarea parţială a unor substanţe nocive (fenoli,detergenţi, cianuri etc.). Este de subliniat că ozonul are o toxicitate ridicată,pentru expunere continuă concentraţia în aer fiind limitată la circa 0,1 mg/m3).Permanganaţii sunt oxidanţi puternici folosiţi mai ales pentru finisarea efluenţilor care au fost supuşi anterior altor procese de epurare, pentru eliminarea culorii şia mirosului, oxidarea fierului, sulfurilor şi cianurilor. La tratarea cu permanganaţirezultă bioxid de mangan hidratat, care, pe de o parte funcţionează ca absorbant

şi coagulant, dar pe de altă parte necesită a fi îndepărtat din apă. Clorul poate oxida eficient hidrogenul sulfurat, mercaptanii, nitriţii,amoniacul, fierul şi manganul, cianurile şi unele substanţe organice. Deosebit derăspândită este distrugerea cianurilor cu clor până la formare de cianaţi sau chiar de azot molecular, conform reacţiilor:

CN- + OCI- → CNO- + Cl- 2CNO- + 3 OCl- → N2 + 2HCO3

- + 3Cl- Un dezavantaj al folosirii clorului la tratarea apelor care conţin substanţeorganice este formarea compuşilor organici halogenaţi cu nocivitate ridicată.

Acest efect este eliminat în cazul folosirii bioxidului de clor, care, datorită

stabilităţii sale scăzute, se prepară în situ. În afara clorului molecular, pentru epurarea se utilizează şi alte produse cuconţinut de clor activ, cum ar fi hipocloriţii de sodiu şi de calciu, clorura de var ,cloraminele.

Reducerea

Ca şi oxidarea poluanţilor, reducerea este folosită pentru transformareaunor poluanţi cu caracter oxidant, nociv, în substanţe inofensive sau care pot fi

îndepărtate din apă prin aplicarea altor procese de epurare. Un caz tipic estereducerea cromului hexavalent la crom trivalent în vederea precipitării acestuiaca hidroxid, conform reacţiei: Cr 2O7

2- + 6FeSO4 + 7H2SO4 → Cr 2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 + 7H2O + SO42-

Reducerea se poate face cu fier bivalent sau cu acid sulfuros în mediuacid.

Agenţii reducători folosiţi curent în practică sunt sărurile fierului bivalent,sulfiţii, acidul sulfuros şi alte combinaţii cu sulf la valenţe mai mici decât 6 şi fierulmetalic în mediu acid.



159

În afară de tratarea apelor cu conţinut de cromaţi şi bicromaţi, reducereaeste aplicată pentru eliminarea clorului activ în exces cu sulfiţi sau cu bioxid desulf, insolubilizarea unor ioni metalici, Cu, Ag, prin reducere cu metale (deexemplu cu fier), transformarea nitroderivaţilor aromatici în amine, prin reducerecu hidrogen atomic, transformarea compuşilor organici halogenaţi prin înlocuirea

halogenului cu hidrogen etc.

6.3.3.3 Precipitarea

Precipitarea este procesul de epurare bazat pe transformarea poluanţilor din apele uzate în produşi greu solubili, trecerea lor din forma solubilă în formainsolubilă.

Precipitarea poate avea loc şi în urma schimbării unor condiţii fizice, cumar fi suprasaturarea unei ape prin concentrare, micşorarea solubilităţii unor substanţe organice prin sporirea concentraţiei de electroliţi, micşorarea

solubilităţii unei sări prin mărirea concentraţiei unuia dintre ionii care o compunrespectiv a ionului cu nocivitate scăzută. În legătură cu acest ultim exemplu, esteilustrativă mărirea eficienţei de îndepărtare a fluorurilor din apă, la precipitarea lor ca fluorură de calciu, prin introducerea de ioni de calciu, eventual prin adaus deCaCl2. Acest adaus deplasează echilibrul în favoarea transformării unei cantităţimai mari de ion F- în fluorură de calciu greu solubilă, conform reacţiei:

2F- + Ca2+ → CaF2 ↓ Precipitarea chimică se aplică frecvent la îndepărtarea din apă a ionilor

metalelor grele, având în vedere că aceştia formează hidroxizi cu solubilitate scăzută la anumite valori ale pH-ului.

În tabelul 6.3 sunt prezentaţi diverşi poluanţi şi reactivii care pot fi utilizaţi pentruprecipitarea lor.

Tabel 6.3 Poluanţii care pot fi îndepărtaţi prin precipitare Poluantul Agentul de precipitare Produşii obţinuţi Cianuri Săruri de fier bivalent Ferocianuri greu solubile slab

disociate, cu nocivitate scăzută Săruri ale metalelor alcaline Var, hidroxizi alcalini

Sulfiţi

Carbonat de calciu şi hidroxid demagneziu greu solubiliFormare de sulfaţi greu solubili

Săruri ale unor metale grele Xantaţi Sulfuri solubileProteine (deşeuri de păr, coarne,

copite, sânge)

Xanaţi metalici (Cd) Sulfuri insolubile (Hg, Cd)Combinaţii greu solubile (Hg)

Sulfuri Săruri de hidroxizi de fier Sulfură de fier greu solubilă



160

6 .3.3.4 Coagularea şi flocularea

O parte din impurităţile prezente în apele uzate au dimensiuni şi deciviteze de sedimentare prea mici pentru a putea fi separate din apă prinsedimentare, se recurge la agregarea lor în particule mai mari, care pot fi

îndepărtate prin coagulare şi sedimentare. Particulele foarte fine sunt înconjuratede învelişuri de ioni şi posedă deci o încărcare electrică care provoacă repulsiaparticulelor între ele, pentru agregarea lor fiind necesară învingerea sau anulareaacestor forţe de repulsie. Toţi solii liofobi (adică particulele între care nu există interacţiune) sunt alcătuiţidin două părţi:

nucleul, partea interioară, neutră din punct de vedere electric, careconstituie masa micelei;

partea exterioară, ionogenă, formată din două straturi de ioni. Conform concepţiei stratului dublu electric există un strat de adsorbţie, care

aderă direct la nucleu şi este denumit strat fix sau Helmholtz şi un strat difuz,care este format din antiioni sau contraioni.

Particulele coloidale din apă, datorită încărcării superficiale cu sarcinielectrice, apar încărcate cu un potenţial negativ, numit potenţial zeta saupotenţial electrocinetic. Datorită acestei încărcări coloizii au stabilitate, nu sedimentează şi se menţin înechilibru mult timp. Stricarea echilibrului coloidal se realizează prin neutralizareasarcinilor electrice ce conduce la sedimentarea particulelor datorită formării unor particule mai mari, flacoane.

În literatura de specialitate, termenul de coagulare este folosit pentru a

descrie procesul de destabilizare produs prin compresia celor două învelişurielectrice care înconjoară particulele coloide, ceea ce face posibilă agregarea lor,iar termenul de floculare se referă la destabilizarea prin adsorbţia unor moleculemari de polimeri care formează punţi de legătură între particule. Aceastăsemnificaţie a termenilor nu este unanim acceptată. Mulţi specialişti folosesctermenul de floculare pentru a descrie fenomenele de transport care concură larealizarea coagulării. Există deci numeroase teorii cu privire la stabilitateacoloizilor şi la mecanismele prin care se poate realiza destabilizarea, nici unadintre acestea nu permite prognoza comportării în detaliu a unui sistem coloid şi,de aceea, în practică această comportare este evidenţiată prin teste

experimentale.Procesul de coagulare se petrece în două faze: faza pericinetică, la introducerea reactivului, într -un timp foarte scurt, când

are loc neutralizarea şi formarea de microflocoane neobservabile cu ochiulliber;

faza ortocinetică, în care are loc formarea de flocoane mari, vizibile cuochiul liber, chiar agregate, uşor sedimentabile.



161

Dacă la începutul procesului cantitatea de flocoane este de ordinul sutelor demii/cm3 de apă, se ajunge ca la sfârşitul procesului să existe 5-10 flocoane/cm3 de apă. Mecanismele coagulării-floculării sunt mecanismele destabilizării coloizilor, careau fost stabilite în decursul timpului şi confirmate prin numeroase cercetări

experimentale. Astăzi sunt considerate patru mecanisme şi anume: compresia stratului electric al coloizilor; neutralizarea sarcinilor electrice ale coloizilor; formarea precipitatelor; adsorbţie şi legare între particulelor de precipitare prin punţi sau lanţuri în

punte, Me-OH-Me.Factorii care contribuie la destabilizarea particulelor sunt:

hidroliza ionilor polivalenţi şi formarea de specii monomerice şi polimericede hidroliză

adsorbţia speciilor de hidroliză la interfaţa particulelor coloidale; prinderea particulelor destabilizate în agregate; antrenarea particulelor destabilizate prin forţe Van der Waals; schimbări în structura polimerilor de tip Me-OH-Me, cu contribuţie în

adsorbţia flocoanelor. Influenţa unuia sau mai multor factori se manifestă în funcţie de compoziţia

chimică şi biologică a mediului apos şi de natură fizico-chimică a particulei. Procesul de coagulare-floculare depinde de chimismul apei, respectiv de pH,alcalinitatea, valoarea indicatorilor Cl−, SO4

2-, de substanţele organice prezente în special acizi humici şi acizi fulvici. De asemenea, procesul de coagulare estedependent în cazul apelor cu încărcare biologică de tipul algelor existente.

Destabilizarea coloizilor cu sarcină electrică negativă - întâlniţi cel maifrecvent în practică - se poate realiza prin tratarea cu ioni metalici pozitivi,eficienţa sporind cu valenţa ionilor. Astfel, pentru a obţine acelaşi efect decoagulare cu săruri de potasiu, calciu şi aluminiu este nevoie de o doză de săruride circa 10 ori mai mare în cazul calciului şi de circa 500 de ori mai mare în cazulpotasiului decât în cazul aluminiului.

În practică se folosesc, cu precădere, sărurile de metale trivalente, Fe(III)şi Al(III).

La coagularea cu săruri metalice are loc formarea de hidroxizi metalicipolimerizaţi, încărcaţi electric pozitiv, capabili să se adsoarbă pe suprafaţa

particulelor şi în acelaşi timp să asigure legătur i între mai multe particule. Dozade coagulant necesară pentru destabilizare depinde de concentraţia coloizilor, depH şi de prezenţa în soluţie a altor ioni. Pentru formarea punţilor de legătură între particulele coloidale destabilizate seutilizează polimeri organici sau anorganici. Cei organici pot fi cationici (polimeride amine terţiare), anionici (polimeri ai acidului acrilic, poliacrilamidă mai multsau mai puţin hidrolizată, polistiren sulfonat etc.) sau neionici (poliacrilamidă,



162

oxid de polietilenă etc.). Drept polielectrolit anorganic se foloseşte în specialacidul silicic polimerizat.

Polimeri organici cu însuşiri floculante sunt prezenţi şi în secreţiileextracelulare ale unor microorganisme, printre care şi cele din nămolul activ,aceştia având un rol important în flocularea nămolului activ.

Concentraţia cationilor bivalenţi şi trivalenţi din apă poate exercita oinfluenţă importantă asupra capacităţii polielectroliţilor anionici de a agregacoloizii încărcaţi negativ. Adaosul de coagulanţi cationici sau de polielectroliţi îndoze excesive poate duce la inversarea sarcinii particulelor coloidale şi larestabilizarea lor.

Întrucât particulele coloidale sunt prezente în aproape toate categoriile deape uzate industriale, coagularea este unul dintre procesele de epurare care îşigăseşte o aplicare largă în practică.

În practica tratării apei, cele mai folosite procedee sunt: coagularea cu adaus de reactivi chimici numiţi coagulanţi; coagularea electrică sau electrocoagulare.

Coagularea cu săruri de aluminiu

Sărurile de aluminiu, cele mai utilizate în procesul de coagulare sunt: sulfatul de aluminiu, ; Al2(SO4)3 18 H2O aluminat de sodiu ; NaAlO2

clorură de aluminiu ; AlCl3 6H2O policlorura bazică de aluminiu (PCBA) etc.

Cel mai folosit reactiv la scară industrială este sulfatul de aluminiu. La introducerea sulfatului de aluminiu în apă are loc reacţia de hidroliză,

pe baza alcalinităţii naturale a apei dată de bicarbonaţi HCO3- şi carbonaţi CO3

2-,conform reacţiei:

Al2(SO4)3 + 3 Ca(HCO3)2 + 6H2O ↔ 2Al(OH)3↓ + CaSO4 + 6CO2 + 6H2O

Reacţia are loc la un pH = 6,5-7,5 care reprezintă pH-ul solubilităţii minimeal Al(OH)3.Studiile făcute asupra reacţiei de coagulare cu sulfat de aluminiu au arătat

existenţa mai multor specii de ioni care se formează la dizolvarea şi diluareasărurilor de aluminiu în apă, conform reacţiilor:

Al3+ + H2O ↔ Al(OH)2++ H+

Al3+ + 2H2O ↔ Al(OH)2+ + 2H+

Al3+ + 3H2O ↔ Al(OH)3↓ + 3H+



163

La pH = 6-7, hidroliza se produce în microsecunde; polimerii se f ormeazădupă 1s, iar hidroxidul de aluminiu precipită în 1-7 sec.

Formarea acestor specii ioni hidroxo-metal este dependentă de pH-ulmediului.

Formarea hidroxidului de aluminiu începe la pH = 4,5, iar la pH > 8,5

hidroxidul de aluminiu se dizolvă formând aluminaţi, conform reacţiei:

Al(OH)3 + 3NaOH ↔ Na3[Al(OH)6]

Hidroxidul de aluminiu, ca şi alte săruri de aluminiu, prezintă proprietăţi amfotere,respectiv disociază atât ca acid, cât şi ca bază, în funcţie de pH-ul mediului,conform reacţiilor:

Al(OH)3 ↔ Al3+ + 3OH- Al(OH)3 ↔ AlO2

- + H3O-

Ionul aluminat hidrolizează în prezenţă de acid formând Al(OH)3:

AlO2- + 2H2O ↔ Al(OH)3↓ + OH-

astfel că aluminatul are rolul de coagulant. În cazul acidităţii apelor datorită preexistenţei ionilor HCO3

- sau CO2 dizolvat, ionul de aluminat neutralizează aciditatea conform reacţiilor:

2NaAlO2 + 2CO2 4H2O ↔ 2Al(OH)3↓ +2Na+ + 2HCO3-

Pe de altă parte, hidroxidul de aluminiu, în exces de acid, eliberează ioni Al3+ în soluţie:

Al(OH)3 + 3H3O+ → Al3+ + 6H2O

reacţia stând la baza recuperării coagulantului din nămolul de la staţiile detratare.

În cazul folosirii sărurilor de aluminiu, procesul de coagulare este sensibilinfluenţat de pH-ul apei şi de temperatură. Astfel, în perioade cu temperaturiscăzute, procesul de coagulare – floculare este îngreunat, formându-se flocoanemici, greu sedimentabile.

Conţinutul de Al3+ rezidual sau remanent, în apa tratată, variază în funcţiede doza de sulfat adăugată şi de pH.

Coagularea cu sulfat de aluminiu este influenţată şi de tipul substanţelor organice prezente în apă, mai ales de substanţele humice, coagulareadecurgând în acest caz la pH acid.

Adăugarea sulfatului de aluminiu în apă se face sub formă de soluţii cudiverse concentraţii, în funcţie de debitul instalaţiei.



164

Sulfatul de aluminiu este utilizat pentru îndepărtarea fosforului din apă prinprecipitare, conform reacţiei:

3Al2(SO4)3 + 2PO43- → 2ALPO4↓ + 3SO4

2-

Coagularea cu săruri de fier

Sărurile de fier sunt utilizate în cazul purificării apelor reziduale, domeniul deprecipitare al Fe(OH)3 este mai extins decât la Al(OH)3, începând de la phH=3.

Sărurile de fier utilizate în tratarea apei, cât şi la procesul de epurare sunt: sulfat feros FeSO4 7H2O; sulfat feric Fe2(SO4)3 9H2O; clorură ferică FeCl3 6H2O.

Coagularea optimă cu sulfat feros are loc în mediu alcalin, cu adaos de var. Mai întâi se formează hidroxid de Fe2+ care este instabil şi în prezenţa O2 din apă şise transformă în hidroxid feric, conform reacţiilor:

FeSO4 + Ca(OH)2 → Fe(OH)2 + CaSO4 Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3

Clorura ferică FeCl3.6H2O se prezintă sub formă de cristale brune, higroscopice. În practică se utilizează sub formă de soluţie concentrată (40%). Utilizarea înamestec cu săruri de aluminiu Al2(SO4)3/FeCl3 în raport de 1/1, conduce la

obţinerea de flocoane mari, uşor sedimentabile.Se utilizează mai ales la tratarea apelor reziduale, pentru eliminarea fosforului. Reacţia de hidroliză a FeCl3 în prezenţa HCO3

- din apele reziduale este:

2FeCl3 + 6HCO3- ↔ 2Fe(OH)3↓ + 6Cl- + 6CO2

În cazul utilizării Fe2(SO4)3 reacţia care are loc este:

Fe2(SO4)3 + 6HCO3- ↔ 2Fe(OH)3↓ + 3SO4

2- = 6CO2

Şi în cazul coagulării cu săruri de fier, se formează ca produşi de hidroliză,specii solubile monomerice, polimerice sau specii hidroxo-metal similare cuspeciile aluminiului. Prin înlocuirea succesivă a moleculelor de apă cu ioni OH - rezultă forme ionice



165

Coagulanţi organici. Polielectroliţi cationici

În calitate de coagulanţi primari pot fi utilizate unele substanţe organice cugreutate moleculară mai mare de 104 cu denumire de polielectroliţi organici, tipcationic. Aceştia înlocuiesc total sau parţial coagulanţii pe bază de aluminiu sau

fier.Coagulanţii organici de sinteză se utilizează în doze de 10-50 mg/l şi pot figrupaţi în trei clase de compuşi:

melaminformaldehide; epiclorhidrin –dimetilamina; policrorură de dialidimetil amoniu.

Coagularea electrochimică ( electrocoagularea)

Electrocoagularea constă în introducerea în apă a ionilor metalici, necesari

coagulării, prin procesul de electroliză. Se folosesc celulele de electroliză cuanozi metalici, de aluminiu, fier, cupru. Prin procesul de dizolvare anodică,elementul metalic este trecut în stare ionică conform reacţiilor :

Al - 3e- ↔ Al3+ Fe - 2e- ↔ Fe2+ Cu - 2e- ↔ Cu2+

Apoi are loc reacţia de hidroliză cu formare de Al(OH)3 sau Fe(OH)2: În cazul anozilor de fier, hidroliza conduce la Fe(OH)2; Fe2+ se oxidează pe baza

oxigenului din apă sau a clorului, la fier trivalent cu formarea Fe(OH)3, carecoagulează particulele coloidale, prin sorbţia acestora pe particulele coloizilor. De remarcat este faptul că la electrodul anod au loc şi reacţii secundare în

afară de cea de obţinere a Al3+.. Astfel, ionul clor din apă se transformă în clor gazos:

2Cl- → Cl2 + 2e- Cl2 + H2O →HOCl + HCl

care poate reacţiona şi forma HCl scăzând pH-ul.La catod au loc reacţii de formare atât a hidrogenului gazos, cât şi a ionilor

oxidril.H+ + e- →1/2H2

H2O + e- → 1/2 H2 + OH- O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-

Ca urmare a acestor reacţii, pH-ul apei electrocoagulate suferă modificări, uneledate experimentale indicând că pe măsură ce tensiunea creşte, pH-ul scade.



166

Adjuvanţi sau floculanţi

În scopul îmbunătăţirii procesului de coagulare –floculare, în tratarea apeise utilizează diferite substanţe cu efect de mărire a flocoanelor şi a vitezei desedimentare.

Aceste substanţe sunt cunoscute sub denumirea de adjuvanţi . Adjuvanţii utilizaţi în coagulare –floculare sunt de origine minerală, sau de origine organică. Adjuvanţi minerali:

silicea activă (silicat de sodiu neutralizat cu H2SO4); silico-aluminat (silicat de sodiu activat cu sulfat de Al); argile (bentonită, caolin); nisip fin; cărbune activ; carbonat de calciu; kieselgur.

Adjuvanţi organici de sinteză Sunt macromolecule cu catene lungi, obţinute prin asocierea monomerilor

sintetici, având sarcini electrice sau grupe ionizabile. Aceşti produşi au masamoleculară 104 – 105 şi prezintă eficienţă superioară polimerilor naturali.

Adjuvanţii organici de sinteză se prezintă ca produse solide, ca emulsii(polimer în solvenţi organici) sau ca soluţii (20 g/l în apă). În practica tratării estenecesară prepararea de soluţii diluate (0,1 – 1%). Dozele utilizate sunt de 0,1-0,2mg/l apă, în staţii de tratare pentru apa potabilă şi doze de peste 0,5 mg/l înprelucrarea apelor uzate şi a nămolurilor.

Adjuvanţii organici de sinteză se clasifică la rândul lor în trei grupe: neutri (neionici) de tip poliacrilamidă: anionici, copolimeri ai acrilamidei cu acid acrilic; cationici de tip copolimeri ai acrilaminei cu un monomer cationic (metacrilat

de dimetilaminoetil).

Adjuvanţii naturali sunt polimeri naturali extraşi din substanţe de naturăanimală sau vegetală. Din această categorie fac parte alginaţii, amidonul ,polizaharidele etc.

Alginaţii de sodiu sunt obţinuţi din acid alginic extras din algele marine.

Prezentă o structură polimerică constituită din acid manuronic şi acid glucuronic. Adjuvanţii sunt eficace ca floculanţi mai ales cu sărurile de fier dar dau rezultatebune şi cu cele de aluminiu. Dozele utilizate sunt de ordinul 0,1-2 mg/l.



167

6 .3.3.5. Coloane schimbătoare de ioni

Acest proces de epurare are la bază proprietatea unor metale (mai ales solide)ca, atunci când sunt puse în contact cu o apă mineralizată (conţinând săruriionizate), să înlocuiască (să schimbe) ionii din apă cu ioni proprii (prezenţi în

materialul însuşi). Sunt cunoscuţi, schimbări de cationi (cationiţi) şi schimbări deanioni (anioniţi).

În ecuaţiile care urmează se ilustrează mecanismul de acţiune al schimbătorilor de ioni: cationiţii reţin cationii eliberând ioni de hidrogen (cationiţi în forma H), iar anioniţii reţin anionii eliberând ioni OH- (anioniţi în forma OH) Reacţiile de schimb ionic pe care se bazează procesele de deionizare a apeisunt:

Ca (HCO3)2 + 2HSO3[cat] = Ca [(SO3)cat]2 + 2H2OCaSO4 + HSO3[cat] = Ca[(SO3)cat]2 + H2SO4

NaCl + HSO3[cat] = NaSO3[cat] + HCl

Regenerarea cationiţilor în forma H+ se face prin tratare cu o soluţie de acidsulfuric conform reacţiei:

2NaSO3[cat] + H2SO4 = 2HSO3[cat] + Na2SO4

Se observă că din procesul de fixare a cationiţilor, rezultă acizi care sunt eliminaţidin sistem printr-o reacţie de schimb anionic:

2[an]OH + H2SO4 = [an]2SO4 + 2H2ORegenerarea anioniţilor se realizează prin spălare cu o soluţ ie bazică de hidroxidde sodiu sau carbonat de sodiu:

[an]SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2[an]OH

Punând apa mineralizată în contact succesiv, cu cantităţi suficiente de anionit şide cationit, produsul obţinut este o apă lipsită de săruri (apă demineralizată).

În practică, schimbătorii de ioni se utilizează la scară mare pentrudedurizarea apelor (eliminarea ionilor de metale bivalente). În acest caz sefolosesc cationiţi în forma sodiu (Na), iar regenerarea lor se face cu clorură desodiu.Există două moduri de aplicare a schimbătorilor de ioni în epurarea apelor, înşarjă şi în coloană. Al doilea mod este preferat. În această variantă apa, eliberată

în prealabil de suspensii şi impurităţi organice dizolvate, este trecută peste un patfix de schimbător sub formă de granule. În aceste condiţii, schimbătorul seepuizează treptat dinspre zona amonte spre zona aval. În momentul epuizării se



168

trece la regenerarea schimbătorului introducând în coloană soluţie regenerată şispălând apoi cu apă curată. Folosirea schimbătorilor de ioni pentru demineralizarea apelor uzate se aplicănumai în zonele cu deficit mare de apă, unde se impune recuperarea apei dinefluenţii reziduali, epuraţi în prealabil prin alte metode pentru îndepărtarea

suspensiilor şi a substanţelor organice dizolvate. Aplicarea extinsă a procesuluieste limitată de costul ridicat al tratării. Un inconvenient important alschimbătorilor de ioni este acela al formării unor produse de regenerare careconstituie reziduuri apoase a căror evacuare finală comportă dificultăţi mari.Situaţia se schimbă atunci când sărurile reţinute pe schimbătorii de ioni şieliberate la regenerare îşi găsesc o valorificare.

6.3.4. Procese biologice

Substanţele organice pot fi îndepărtate din apă cu ajutorulmicroorganismelor pe care le utilizează ca hrană, respectiv drept sursă decarbon. O parte din materiile organice utilizate de către microorganisme servescla producerea energiei necesar e pentru mişcare sau pentru desfăşurarea altor reacţii consumatoare de energie, legate de sinteza de materie vie, respectiv dereproducerea (înmulţirea) microorganismelor. Epurarea realizată cu ajutorulmicroorganismelor este numită biologică. Ea se desfăşoară prin reacţii dedescompunere şi de sinteză, mijlocite de enzime, catalizatori biologici generaţide către celulele vii.

Se consideră că reacţiile enzimatice se desfăşoară în mai multe etape. Într-o primă fază, între moleculele de enzimă şi de substanţă utilizată ca hrană(substrat) se formează complecşi care, într -o fază următoare, se descompuneliberând produsul (sau produşii) de reacţie şi enzima regenerată, care poateacţiona succesiv asupra unor noi molecule de substrat. Ecuaţiile care ilustreazăschematic acest concept sunt:

V1

E + S → E Senzimă substrat complex

v2

E S → E + Pcomplex enzimă produşi de reacţie



169

Ecuaţ ia Michaelis-Menten5 exprima relaţia matematică dintre viteza iniţialăa unei reacţ ii catalizate enzimatic, concentraţ ia substratului si anumitecaracteristici ale enzimei. Aceasta ecuaţie este o ecuaţie de viteză pentrureacţ iile catalizate enzimatic, cu un singur substrat.

V0 = Vmax [S] / KM + [S]

unde: V0 - viteza iniţ iala

Vmax - viteza maximă

KM -constanta Michaelis

[S] -concentraţ ia de substrat

Constanta Michaelis (KM) reprezintă valoarea concentraţ iei de substrat la care

viteza reacţ iei catalizate enzimatic este jumătate din viteza maximă de reacţ ie. Aceasta este o caracteristică important şi utilă, fundamentală nu numai pentruformula matematică a cineticii enzimatice, ci şi pentru determinarea cantitativă a

activităţii enzimatice în ţesuturi, ca şi pentru purificarea enzimei [Dumitru, 1974]6.Comportarea cinetică a enzimelor este mult mai complexă decât reacţia

simplă, cu un singur substrat, despre care s-a precizat mai sus.Combinarea ecuaţiilor diferenţiale ale vitezelor acestor reacţii (v1 v2)

conduce la expresia ecuaţiei vitezei exprimată sub formă diferenţială de îndepărtare a substratului:

dCs/dt = k2 CE Cs / ( Km + Cs )

în care :Km = (k1’ + k2) /k1 - constanta Michaelis-Menten;Cs - concentraţia substratului la timpul t. Când Cs este foarte mic în comparaţie cu Km, reacţia este de ordinul întâi,

atât în ceea ce priveşte dependenţa de concentraţia enzimei, cât şi deconcentraţia substratului. Când Cs este mult mai mare decât Km, reacţia apare afi de ordinul zero, fiind independentă de Cs.Viteza maximă Vmax, la concentraţii foarte mici de substrat şi la o concentraţie

standard de enzimă (- k2 CE) atunci când Km este egal cu acea concentraţie asubstratului la care viteza este egală cu ½ din Vmax, reprezintă parametristandard pentru caracterizarea reacţiilor enzimatice.

Epurarea biologică se realizează pe baza unui transfer de materialedinspre apă spre celulele vii şi dinspre acestea înapoi spre masa de apă. În

5, L. Michaelis si M.L. Menten, Die Kinetik der Invertivwirkung, Biochem Z 49 333-369 6 Dumitru,I.,F., Iordachescu,D., Enzime, Editura Medicală, Bucureşti, 1974



170

prima fază, impurităţile trec din apa uzată spre filmul, flaconul sau alte forme subcare apare masa de microorganisme (biomasă) prin contactul interfacial şi prinprocese de adsorbţie - desorbţie. Acest transfer este cu atât mai eficient cu câtaria interfeţei lichid-biomasă este mai mare, gradientul de concentraţie este maipronunţat şi dacă pe interfaţă nu sunt acumulări de substanţe care pot frâna

procesul. Substanţele de la interfaţă sunt adsorbite şi transferate în prezenţaenzimelor din celula vie. Drept rezultat sunt sintetizate celule noi, iar produşiifinali de descompunere trec înapoi în apă, de unde cei volatili se degajă înatmosferă.

În procesele de epurare substanţele organice sunt oxidate, în sensul general şi îşi micşorează conţinutul de hidrogen. După tipul microorganismelor care asigură îndepărtarea poluanţilor organici dinapă se disting procesele aerobe şi cele anaerobe. Microorganismele implicate în procesele aerobe necesită pentru metabolism(ansamblul proceselor vitale de asimilare a unor substanţe din mediul

înconjurător şi la eliminare a produselor de dezasimilare în mediu) oxigen. Înmod normal, necesarul de oxigen este acoperit de oxigenul molecular dizolvat înapă, prezent în proporţie foarte mică (0,8% vol.) faţă de cea de aer (21% vol.).

Aceasta face mediul acvatic foarte sensibil la nevoile de oxigen alemicroorganismelor, în sensul că poate deveni cu uşurinţă deficitar în oxigen.Principalele produse finale ale degradării aerobe sunt bioxidul de carbon, apa,nitraţii.

În absenţa oxigenului dizolvat, organismele aerobe mor, eventual trec în formelatente, iar locul lor este luat de organismele anaerobe sau facultativ anaerobecare folosesc oxigenul din materia organică sau din unele combinaţii anorganice,

de exemplu din nitraţi şi din sulfaţi cu formare de amoniac, respectiv de hidrogensulfurat. Cei mai importanţi produşi de descompunere anaerobă sunt bioxidul decarbon şi metanul. Capacitatea de epurare a unei instalaţii biologice depinde de masa demicroorganisme (biomasă) pe care o conţine. Ea este limitată de cantitatea depoluanţi care poate fi asimilată de unitatea de biomasă în unitatea de timp. Deaceea, cantitatea de poluanţi organici aplicată în unitatea de timp unităţii debiomasă (încărcarea organică) este la rândul său limitată.

Atât în procesele aerobe cât şi în cele anaerobe înmulţirea microorganismelor determină formarea de biomasă nouă (nămol excedentar), care este unul dintreprodusele concentrate ale epurării biologice.

Ambele tipuri de procese se aplică pentru epurarea apelor uzate în mai multevariante.



171

6.3.4.1 Procese aerobe

În practică, epurarea biologică aerobă se realizează în incinte deschise,construcţii în care biomasa este fie suspendată în apă sub formă de agregate demicroorganisme (flocoane), fie este fixată pe suprafaţa unui suport solid sub

forma unei pelicule gelatinoase. În ambele cazuri, sistemele sunt aprovizionatecu oxigen, de obicei din aer. În figura 6.11 este prezentat bilanţul carbonului dinpoluanţii organici într -un sistem de epurare biologică aerobă. Concomitent cuasimilarea combinaţiilor organice ale carbonului, microorganismele acţionează şiasupra compuşilor cu azot. Astfel, azotul din substanţele organice estetransformat treptat în amoniac, azotiţi şi azotaţi (nitrificare) şi final în azotmolecular (denitrificare).

Fig. 6.11. Bilanţul carbonului organic în epurarea biologică

Cea mai uzuală variantă de epurare în care microorganismele suntsuspendate în apă sub formă de flocoane este procesul cu nămol activ.

În linii mari, apa uzată (de obicei eliberată în prealabil de impurităţi

nedizolvate) este introdusă într -un bazin de aer are care conţine o suspensie deflocoane biologice (nămol activ) şi în care se administrează oxigenul necesar respiraţiei. Debitul oxigenului introdus (mai frecvent prin aerare şi mai rar prinfolosirea oxigenului tehnic) depinde de cantitatea de biomasă din sistem şi dedebitul poluanţilor organici care trebuie degradaţi (în mod obişnuit se asigură 1,0-1,5 kg oxigen pentru 1 kg CBO5 îndepărtat). Pe măsura admisiei de apă uzată,suspensia din bazinul de aerare trece dintr-un decantor secundar, unde biomasa



172

este separată prin decantare, iar lichidul limpezit (apa epurată) este evacuat dinsistem. O parte din biomasa sedimentată, corespunzătoare vitezei de înmulţire amicroorganismelor, este eliminată din sistem, dar cea mai mare parte estereadusă în bazinul de aerare (nămolul de recirculare). Concentraţiile obişnuite debiomasă (exprimate în substanţă uscată) în bazinul de aerare sunt cuprinse între

0,6 şi 4 kg/m3, iar în evacuarea de fund a decantorului secundar între 5 şi 20kg/m3. Încărcarea cu poluanţi organici (dată în CBO5) aplicată nămolului activ(substanţă uscată) este cuprinsă, în practică, între 0,05 şi 2 kg/kg zi. Şi procesul cu nămol activ se aplică, la rândul său, în mai multe variante, întrecare se menţionează:

varianta epurării clasice, în care apa uzată, împreună cu nămolul recirculatparcurge pe lungime un bazin rectangular, modificându-şi treptat conţinutulde poluanţi de la capătul amonte până la cel din aval al bazinului;

variantele în care apa uzată şi nămolul recirculat sunt distribuite uniform în întregul bazin de aerare şi în care compoziţia este practic aceeaşi în orice

punct din bazin, inclusiv în amestecul evacuat spre decantorul secundar; varianta distribuţiei în trepte a încărcării organice din nămol şi apă; varianta numită cu sterilizare de contact, în care nămolul evacuat din

decantorul secundar este supus oxigenării într -un bazin separat (de“regenerare “) înainte de a fi amestecat cu apa uzată în condiţii de

încărcare organică ridicată; varianta de aerare prelungită sau oxidare totală este caracterizată prin

exploatarea sistemului de aerare la încărcări organice foarte scăzute, îndorinţa de a obţine un grad ridicat de epurare şi micşorarea sau chiar anularea producţiei de nămol excedentar (acest ultim deziderat s-a dovedit

practic irealizabil).

6.3.4.2. Procese anaerobe

Epurarea anaerobă a apelor uzate, spre deosebire de cea aerobă, serealizează în incinte închise ( bazine de fermentare) ferite de accesul oxigenuluicare inhibă activitatea microorganismelor anaerobe. Epurarea anaerobă a apelor uzate poate fi intensificată prin ridicarea temperaturii

în bazinul de fermentare la valori de 20-400C (domeniul mezofil) sau mai mari, de

45 - 600

C (domeniul termofil), dar poate avea loc şi la temperaturi de 10 - 200

C(domeniul criofil).Epurarea anaerobă a apelor uzate prezintă faţă de cea aerobă avantaje

mai ales din punct de vedere energetic, întrucât treapta de aerare, mareconsumatoare de energie electrică, este eliminată, iar din descompunereapoluanţilor organici rezultă gaze de fermentare combustibile (datorită conţinutuluiridicat de metan) care pot servi la acoperirea unor nevoi de energie din staţia deepurare. Pe de altă parte, producţia de nămol excedentar este nulă şi



173

neînsemnată, prin aceasta evitându-se cheltuielile legate de evacuarea finală aunor astfel de nămoluri.

Şi la epurarea anaerobă a apelor uzate se utilizează variante cu masabiologică, fie sub formă de suspensie, fie sub formă de peliculă fixată pe unsuport solid. Pentru prima categorie este tipic procesul anaerob de contact, în

care apa uzată supusă epurării este agitată cu suspensia de microorganisme înbazinul de fermentare şi de aici, pe măsura alimentării cu apă uzată, amesteculeste transferat într-un decantor închis. Nămolul anaerob sedimentat în acestaeste recirculat în bazinul de fermentare, iar apa epurată este evacuată dininstalaţie.

În altă variantă, masa de microorganisme anaerobe, dezvoltată pe unsuport granular poros (granule de 1-3 mm) format de exemplu din cărbune activsau din argilă calcinată, este menţinută în stare de expansiune la parteainferioară a bazinului de fermentare sub acţiunea bulelor de gaze formate şi avitezei ascensionale a apei (procesul anaerob cu recircularea apei uzate prin

stratul de nămol). În sfârşit, în varianta de filtru anaerob, apa uzată este pusă în contact cuun material filtrant asemănător cu acel de la filtrele biologice, cu deosebirea căaccesul aerului este împiedicat, bazinul fiind închis, iar materialul filtrant complet

înecat. Microorganismele anaerobe dezvoltate şi fixate pe materialul filtrantasigură degradarea impurităţilor organice.

Prin procesele anaerobe pot fi obţinute grade de îndepărtare din apă apoluanţilor organici (măsuraţi prin CBO5), cuprinde între 50 şi 90% la încărcăriorganice care uneori pot să le depăşească pe cele realizate la instalaţiile deepurare aerobă, ceea ce duce la scăderea cheltuielilor de investiţii. Experienţa a

demonstrat că procesele de epurare anaerobă, mai ales ultimele două variante,pot fi aplicate şi apelor uzate cu conţinut relativ scăzut de poluanţi organici. Înacest fel, epurarea anaerobă poate asigura în multe cazuri îndepărtarea înaintatăa substanţelor organice fără a mai fi necesară asocierea unei trepte finale deepurare biologică aerobă. Procesele anaerobe se aplică pentru epurarea apelor uzate din zootehnie,industria alimentară, industria textilă şi a pielăriei, precum şi anumitor ape uzatedin industria chimică.

6.3.5. Dezinfecţia

Dezinfecţia este procesul de îndepărtare din apele uzate amicroorganismelor patogene. Aplicarea procesului este oportună în cazul apelor uzate industriale care conţin astfel de microorganisme (tăbăcării, abatoare,unităţi de creştere a animalelor, fabrici de conserve, industrie fermentativă, etc.).Este absolut necesar a se face distincţie între dezinfecţie şi sterilizare.

Sterilizarea presupune distrugerea tuturor microorganismelor (bacterii,



174

alge, spori, virusuri etc.), în timp ce dezinfecţia nu distruge toatemicroorganismele.

Mecanismul dezinfecţiei cuprinde două faze: pătrunderea dezinfectantuluiprin peretele celular pe de o parte şi denaturarea materiilor proteice dinprotoplasmă, inclusiv a enzimelor, pe de altă parte. Agenţii chimici (ozon, clor,

bioxid de clor, brom, iod, etc.) pot degrada materia celulară reacţionând direct cuaceasta, în timp ce metodele fizice induc modificări chimice ale acestui material. Viteza de distrugere a microorganismelor corespunde unei reacţii de ordinul întâi,respectiv viteza de dispariţie a microorganismelor este proporţională cuconcentraţia acestora în momentul considerat

dN/dt = kNunde:

N - este numărul de organisme pe unitatea de volum la timpul t; k - constanta de viteză.

Efectul de dezinfecţie este influenţat şi de prezenţa în apă a altor substanţe, mai ales compuşi organici, care pot reacţiona cu agenţii dezinfectanţiinactivându-i.Dintre metodele fizice de dezinfecţie se menţionează metoda termică şi deiradiere cu radiaţii de energie ridicată. Dezinfecţia termică este rar aplicată,datorită consumurilor mari de energie. Iradierea este foarte eficientă ca metodăde dezinfecţie; se presupune că efectul se datorează formării în celule a unor radicali liberi în urma absorbţiei energiei radiante, mai ales de către aciziinucleici. Se pot aplica cu succes razele gama, razele X şi cele ultraviolete, celedin urmă fiind preferate.

Un dezinfectant obişnuit pentru ape este clorul activ, care acţionează subformă de ion de hipoclorit; efectele sunt mai pronunţate la valori mici ale pH,când hipocloritul acţionează sub forma de acid hipocloros slab disociat.

Amoniacul prezent în apă reacţionează cu clorul activ dând naştere (în funcţie deraportul clor activ-amoniac) la mono, di, şi tricloramină, care la rândul său poatefi oxidată de un exces de clor la azot molecular.

Şi cloraminele exercită efecte dezinfectante datorită clorului activ pe care îlconţin: La doze sporite de clor, acestea sunt oxidate la azot molecular. Şicloraminele exercită efecte dezinfectante datorită clorului activ pe care îl conţin.La doze sporite de clor, acestea sunt oxidate la azot molecular, ceea cedetermină scăderea clorului activ remanent în soluţie.

Un dezinfectant foarte energic este bioxidul de clor, care are avantajul de aforma în mai mică măsură derivaţi halogenaţi cu substanţe organice.Pentru dezinfecţie au fost folosiţi, dintre ceilalţi halogeni, iodul şi bromul, dar într -o măsură mai mică datorită costului mai ridicat. Ozonul este folosit în epurarea apelor uzate atât pentru însuşirile saledezinfectante, cât şi pentru capacitatea sa de a îndepărta unii poluanţi organici.



175

Biblografie

1. NENIŢESCU, C.D., 1972, Chimie generală, Editura Didactică şi Pedagogică,Bucureşti.

2. LITEANU, C., HOPÎRTEAN, E., 1972, Chimie analitică cantitativă, Ediţia a şasea,Editura Didactică şi Pedagogică

3. BUCUR, A., 1999, Elemente de chimia apei, Editura *H*G*A*, Bucureşti

4. ROJANSCHI, V., BRAN, F., DIACONU, G., 1997, Protecţia şi ingineriaMediului,Editura Economică, Bucureşti.

5. NEGULESCU, M., şi colab., 1987, Epurarea apelor uzate industriale, Vol I şi II,Editura Tehnică, Bucureşti.

6. GHIMICESCU, G., HÎNCU, I., 1974, Chimia şi controlul poluării apei, EdituraTehnică, Bucureşti.

7. Rusu T., Moldovan L., Avram S. Managementul activitatilor pentru protectiamediului, Ed.Mediamira, Cluj Napoca, 2003.

8. VARDUCA, A., 2000, Protecţia calităţii apelor, Editura *H*G*A*, Bucureşti.

9. GHIMICESCU, G., HÎNCU, I., 1974, Chimia şi controlul poluării apei, EdituraTehnică, Bucureşti.

10.ŞERBAN, P., GĂLIE, A., 2006, Managementul apelor, Principii şi reglementărieuropen, Editura Tipored, Bucureşti.

11.TRUFAŞ, C., 2003, Calitatea apei, Editura Agora, Călăraşi.

12.VARDUCA, A., 1999, Monitoringul integrat al calităţii apelor, Editura *H*G*A*,Bucureşti.

13.MITRĂNESCU, M., 1972, Curs de chimie analitică cantitativă, InstitutulPolitehnic „Traian Vuia” Timişoara, Fac. de Chimie Industrială.

14. Gavrila L. Gavrila D., Apele industriale. Surse - Caracteristici - Utilizari. Ed.Tehnica Info, Chisinau, 2002.

15. Nedeff V., Raveica I. Procedee si tehnici de protectia mediului in agricultura siindustria alimentara. Ed. Tehnica, Chisinau, 1998.

16. Nicoara M. Legislatia mediului. Ed. Universitatii "Alexandru Ioan Cuza" Iasi,2003.



17. . Nistreanu V.: “Procese unitare pentru tratarea apelor”, Ed. AGIR, 2000

18. Nistreanu V., Nistreanu V.: “Amenajarea resurselor de apă şi impactulasupra mediului”, Ed. BREN, 1999

19. . Macoveanu M. Politici si strategii de mediu. Ed. Ecozone, Iasi, 2003.20. . Rojanschi V., ş.a.: “Cartea operatorului din staţiile de tratare a apelor” –

Ed.Tehnică, 1996

21. Macoveanu M. Metode si tehnici de evaluare a impactului ecologic, Editia a II-a,Ed. Ecozone,Iasi, 2005

22.Călin G.C., Botez L.F. – Tehnologie şi inovare, Ed ASE, 2003

23. http://www.europa.eu.int/comm/dgs/environment/index_en.htm

24. http://europa.eu.int/comm/environment.

25. Ilie P., Sanda K. “Teoria şi tehnologia flotaţiei”, vol. II, Matrix Rom, Bucureşti,2001;

http://www.europa.eu.int/comm/dgs/environment/index_en.htm



http://europa.eu.int/comm/environment





Documents

Chimia Mediului. Apa