POLUAREA SOLULUI SI APEI SUBTERANE

1. Migrarea poluantilor

1.1. Migrarea poluantilor in zona nesaturata

Deversarea unui poluant lichid pe suprafata unui sol conduce, de obicei, la formarea in zona nesaturata a unui corp de impregnare, datorat in cea mai mare parte fenomenelor de convectie, dispersie, adsorbtie, precipitare si activitate biologica. Directia si viteza de deplasare ale poluantului depind in principal de vascozitatea acestuia, de morfologia terenului si de permeabilitatea solului si a rocilor din acoperisul acviferului. Principala forta care actioneaza asupra poluantului este gravitatia. Prin urmare, daca solul este permeabil, poluantul se infiltreaza in sol dupa o componenta verticala. De asemenea, se inregistreaza si o impregnare laterala cu poluant, datorata dispersiei, care este controlata de porozitatea solului. Avansand spre acvifer poluantul poate fi filtrat de catre particulele solului, poate fi adsorbit, volatilizat, precipitat, biodegradat si intr-o masura mai mica, hidrolizat, oxidat si redus. El poate fi oprit, de asemenea, de catre o bariera impermeabila.

Procesele fizice, chimice si biologice care se desfasoara intr-un sol supus poluarii au de cele mai multe ori ca rezultat retinerea poluantului si transformarea partiala sau totala a acestuia, astfel incat inconvenientele poluarii sa se diminueze in mod considerabil.

In afara proprietatilor calitative ale solului, foarte important pentru protectia apelor subterane este latura cantitativa, respective grosimea solului si a stratelor petrografice situate deasupra panzelor freatice. Importanta acestei laturi rezida in faptul ca solul si rocile situate in acoperisul acviferelor se comporta fata de poluanti ca o veritabila coloana cromatografoca, asigurand retinerea si redistributia stratigrafica a acestora pe verticala. Nu trebuie insa ignorat faptul ca poluantii retinuti de sol pot fi desprinsi uneori din matricea de retinere si antrenati spre apele subterane si superficiale sub actiunea motrica a apelor provenite din precipitatii. Modelarea integrala de ansamblu a fenomenelor multiple si complex, legate de migrarea poluantilor in zona nesaturata, inregistreaza in present dificultati greu de surmontat. Din aceasta cauza, in practica depoluarii, specialistii aplica metode empirice de estimare a formei corpului de impregnare cu poluanti, a adancimii maxime de patrundere a poluantilor, a volumului de poluanti retinuti in zona nesaturata, a timpului necesar poluantilor pentru a ajunge la acvifer etc.

Factorii principali luati in considerare pentru estimarea migrarii poluantilor in zona nesaturata sunt : textura, structura, porozitatea si permeabilitatea zonei nesaturate, precum si vascozitatea, solubilitatea si volatilitatea poluantilor.

Bazandu-se pe acesti parametrii, grupul de experti CONCAWE a propus o serie de formule empirice validate de practica, care permit calculul marimilor de baza ce caracterizeaza migrarea poluantilor in zona nesaturata :

a). Adancimea maxima de patrundere a poluantului in zona nesaturata se calculeaza cu relatia :

H = K x V / A, ( m ), iar K = 1000 / R x k,

deci : H = 1000 x V / A x R x k, ( m ),

in care : V - este volumul poluantilor infiltrati, ( m³ );

A - suprafata zonei de infiltratie, ( m² );

R - capacitatea de retinere a poluantilor de catre sol, (l/m³ );

k - coeficient adimensional de corectie functie de vascozitatea poluantilor.

Valorile coeficientului k, functie de diferiti poluanti.

Cateva valori tip pentru R si K, coresponzatoare diferitelor tipuri de roci sunt date in tabelul de mai jos.

Valori medii ale parametrilor R si K pentru diferite tipuri de roci.

Cercetarile effectuate de EPA -SUA au permis determinarea procentajului volumic de hidrocarburi retinute de catre un nisip functie de diametrul mediu si distributia granulometrica a acestuia, prin aplicarea relatiei :

R = 6,33 x d^-7,6 x e^0,8133sg

In care : d este diametrul mediu al granulelor;

s_g - ecartul granulometric tip.

Capacitatea de retinere, R, acalculata cu aceasta formula este valabila numai pentru solurile uscate. In cazul solurilor umede, capacitatea de retinere a poluantilor de catre sol se diminuieaza cu 10 - 25 %, datorita faptului ca golurile intergranulare sunt partial ocupate cu apa.

O alta modalitate de calcul a capacitatii de retinere a poluantolor organici de catre soluri se bazeaza pe utilizarea coeficientului de partitie octanal/apa, K_ow.

Conform studiilor intreprinse de Van der Meijden (1986), pentru un poluant organic dat, coeficientul de partitie octanal/apa, K_ow, permite exprimarea unuialt coefficient de partitie K_oc, de aceasta data intre apa si un support ideal, care contine 100 % carbon organic :

log K_oc = 0,989 log K_ow - 0,346,

expresie in care K_ow este adimensional, iar K_oc se exprima in dm³/kg.

Cunoscand K_oc si continutul f_oc in carbon organic al solului investigat ( care este egal cu continutul total in materie organica a solului, multiplicat cu 0,58 ) putemcalcula un coefficient de partitie, K_d, intre sol si apa pentru poluantul considerat :

K_d = f_oc x K_oc,

In care f_oc este exprimat in ( %/100 ).

b). Volumul de poluant retinut de catre zona nesaturata :

V_i = A x h x R x k / 1000 ( m³ ),

In care h este grosimea zonei nesaturate ( m ), ceilalti parametrii fiind explicitati anterior.

c). Timpul de transfer al poluantului in zona nesaturata poate fi estimat pornind de la valoarea experimentala a permeabilitatii pentru apa, corespunzatoare materialului din care este constituita aceasta zona.

In continuare, se calculeaza permeabilitatea pentru poluant a materialului considerat, utilizand relatia :

K_p = K_w x u_w/u_p

In care : K_p - permeabilitatea materialului pentru poluant ( m/s );

K_w - permeabilitatea materialului pentru apa ( m/s );

u_w - vascozitatea cinematica a apei ( centistokes );

u_p - vascozitatea cinematica a poluantului ( centistokes );

Timpul mediu de transfer poate fi calculat cu aproximatie prin raportul dintre volumul de apa continut in corpul de impregnare cu poluant ( pana la acvifer ) si debitul de infiltratie corespunzator permeabilitatii materialului pentru poluant.

T = V_w / Q_p = A x h x W / K_p x A = h x W / K_p , ( s )

unde : V_w - volumul de apa continut in corpul de impregnare ( m³ );

Q_p - debitul de infiltratie a poluantului ( m³ / s );

W - umiditatea zonei nesaturate ( % / 100 );

H - grosimea zonei nesaturate.

1. Migrarea poluantilor in zona saturata

Traversarea zonei nesaturate de catre poluanti, are ca effect transformarea calitativa si retinerea unei parti din volumul acestora in sol si in rocile aflate in acoperisul acviferului.

Odata ajunsi la nivelul hidrostatic al apei subterane, poluantii pot sa se comporte in mod diferit, functie de proprietatile fizice, chimice si biologice care-I caracterizeaza.

Principalele fenomene care guverneaza transferul poluantilor in acvifere sunt convectia, dispersia si factorii de retardare.

Convectia este reprezentata de transferul poluantilor miscibili si solubili in apa subterana ca effect al curgerii acesteia. Unul din elementele cele mai importante ale tranferului prin convectie este viteza de curgere a apei subterane, care, conform legii lui Darcy, depinde de permeabilitatea rocilor magazin si de gradientul hydraulic al acviferului. In practica, viteza reala de curgere a apei subterane este de cateva zeci de metri/an pentru acviferele formate din nisip fin, se ridica la cateva zeci de metri/zi in cazul acviferelor formate din aluviuni grosiere si atinge valori maxime de cativa km/zi in cazul acviferelor carstice. Datorite dizolvarii si amestecarii poluantului cu apa subterana, in acvifer se dezvolta o zona de poluare care este vehiculata in sensul de curgere a apei.

Dispersia.

Coeficientii de dispersie mecanica longitudinala pot fi determinati prin utilizarea unor substante trasoare. Tinand insa seama de costul si durata operatiei de evaluare a dipersiei, nu este recomandabil ca astfel de investigatii sa se faca in cazul unei poluari accidentale. Pentru evaluarea extensiei si evolutiei unei poluari accidentale, se pot utiliza coeficientii de dipersie, determinati perin trasare, pentru o zona vecina.

Factorii de retardare insumeaza acele fenomene care au ca effect franarea migrarii poluantilor in acvifer, si anume :

• adsorbtia, prin care moleculele sau ionii poluanti aflati in solutie sunt atrasi, prin forte de natura electrica sau chimica, spre suprafetele granulelor ce constituie rocile acvifere;
• precipitarea sau complexarea poluantilor aflati in solutie apoasa, cu formarea unor compusi insolubili ( hidroxizi sau carbonati metalici, complecsi organo - metalici etc. )
• degradarea, adesea ocazionata de activitatea biologica a compusilor organici;
• volatilizarea.

Avand la dispozitie coeficientul de partitie octanal/apa, K_ow, precum si coeficientii K_oc si K_d derivati din acesta, putem calcula factorul de retardare a poluarii, R_d. Acesta este definit prin raportul dintre vitaze efectiva de curgere a apei subterane, v_e, si viteza de transfer a poluantului, v_i :

R_d = v_e / v_i = 1 + r_a / n_e x K_d,

in care : r_a este masa volumetrica in stare uscata a rocilor din zona nesaturata in ( kg /dm³ );

n_e - porozitatea efectiva a acviferului in ( %/100 ),

Inversul factorului de retardare a poluarii se poate exprima cu ajutorul reletie :

1/R_d = v_i / v_e = n_e / ( n_e + K_d x r_a )

3. Poluarea solului

Pe baza datelor furnizate de sistemul national de monitoring al calitatii solurilor agricole, se poate aprecia ca 900 mii ha de sol sunt poluate chimic, din care 200 mii ha sunt excesiv poluate, fapt ce le face complet neproductive. Poluarea chimica a solurilor din Romania se datoreaza in spevial emisiilor din industria chimica, siderurgica, de prelucrare a minereurilor neferoase, centralele termice, fabricile de ciment, rafinarii, precum si folosirii pesticidelor, irigatiilor cu ape poluate, trficul auto etc.

Annual, circa 138 milioane tone de substante poluante sunt evacuate in atmosfera, substanta care prin redepunere modifica in mod negativ proprietatile solurilor.

Poluareasolului cu metale grele se datoreaza activitatilor de extractie si prelucrare a minereurilor neferoase, de productie a aluminiului, imgrasamintelor chimice, cimentului etc., precum si arderii carbunelui in termocentrale. Astfel s-a inregistrat o poluare masiva cu plumb, cadmiu, zinc si cupru in jurul intreprinderilor Neferal si Acumulatorul ( Bucuresti ), in zona de influenta a emisiilor de la IMMN - Copsa Mica, Zlatna, in municipiul Baia Mare, in luncile raurilor Cavnic, Lapus, Sasar, pe Valea Ferneziu ( jud. Maramures ) si in jurul Combinatului Metalurgic Hunedoara. Mari suprafete de sol sunt poluate cu metale grele in jurul fabricilor de acid sulfuric din cadrul combinatelor de ingrasaminte chimice de la Valea Calugareasca, Turnu Magurele si Navodari. De asemenea, in jurul termocentralelor pe carbune, solurile sunt poluate abundant cu metale grele la care se asociaza poluarea acida, datorata emisiilor de SO₂, NO_x si CO

Aceasta asociere este nefasta deoarece mediu acid conduce la o crestere a solubilitatii metalelor toxice. Gazele de esapament ale autovehiculelor pe benzina, determina de asemenea o intense poluare cu plumb a zonelor din vecinatatea marilor artere rutiere.

Poluarea solurilor cu fluor este evidenta in apropierea unor fabrici de substante chimice ( Navodari, Valea Calugareasca, Tg. Mures, Tr. Magurele ), a unor fabrici de aluminiu si alumina ( Slatina, Oradea, Tulcea ). Uneori, poluarea cu fluor poate sa apara si in solurile din jurul fabricilor de ciment, a centralelor termice etc.

Pulberile sedimentabile de la termocentrale ( Turceni, Mintia, Rovinari, Ovidiu, Bucuresti etc. ), de la fabricile de lianti si azbociment ( Alesd, Campulung, Tg. Jiu, Turda, Bicaz, Comarnic, Fieni, Hoghiz etc. ), da la instalatiile de preparare uscata a substantelor minerale nemetalifere si a sari geme ( Basarabi, Vata, Jibou, Orsova, Cluj - Napoca, Dej, Slanic - Prahova, Ocna - Mures, etc. ), se depun pe sol si impiedica pregnant buna dezvoltare a vegetatiei.

Pe o suprafata de 49,5 mii hectare, solurile din tara noastra sunt poluate cu produse patroliere. Din aceasta suprafata cca. 3000 hectare sunt scoase complet din productia vegetala, in special in jurul sondelor de exploatare a titeiului si de-a lungul conductelor de transport al produselor petroliere ( jud. Prahova, Teleorman, Braila, Galati, Arges, Dambovita ).

Extractia sari geme in solutie, cu ajutorul sondelor, la Ocna Mures, Ocnele Mari si Gura Slanic, a determinat o poluare intensa a solului pe zeci de hectare, cu saramura si produse petroliere. La acest tip de poluare, s-a adaugat in ultimul timp si poluarea cu reziduuri menajere si industriale, fapt ce agraveaza conditiile de mediu la salinele mentionate.

Ca urmare a folosirii massive in agricultura a pesticidelor si a produselor de uz fitosanitar, in multe soluri agricole din tara noastra s-au inregistrat acumulari importante, mai ales de insecticide organoclorurate ( DDT si HCH ), ajungandu-se uneori pana la concentratii de 7 - 8 ppm in stratul arat. Se estimeaza ca suprafetele de teren poluate cu pesticide insumeaza 50 mii hectare.

Datirita efectelor oncogenetice, cancerigene si fetotoxice ale unor pesticide ( aldrin, DDT, dieltrin, dinaseb, dibromocloro - propan, silvex ), in present se interzice utilizarea acestor substante atat pe plan international cat si la noi in tara.

Irigarea solurilor cu apa din unele rauri ( Olt, Arges, Mures, Prahova, Trotus, Siret etc. ) in care se deverseaza substante toxice si produse petroliere, conduce in mod ingrijorator la acumularea progresiva a poluantilor in sol, cu consecinte grave asupra sanatatii umane.

Dejectiile provenite de la complexele de crestere a porcilor si pasarilor, precum si namolul din statiile de epurare, raspandite pe sol, polueaza in present circa 900 hectare de teren.

Suprafete importante de terenuri sunt scoase din folosinta agricola, prin acoperirea lor cu diferite deseuri si reziduuri, care totalizeaza o cantitate de peste 297 milioane tone si acopera o suprafata de cca. 22 mii hectare.

Poluarea radioactive s-a facut simtita la noi in tara mai ales dupa accidentul nuclear de la Cernobal din anul 1986. Totusi, din masuratorile facute in cele 24 statii ale "Retelei nationale de supraveghere a radioactivitatii mediului inconjurator", rezulta ca solul si vegetatie spontanee din Romania nu sunt poluate radioactive.

Aspectele prezentate privind poluarea solurilor in Romania nu surprind decat o situatie sintetica generala. Amploarea si intensitatea reala a poluarii solurilor, private in detaliu, continua sa ramana in mare parte necunoscute. Se poate totusi trage concluzia ca situatia actuala este grava iar conditiile de redresare sunt inca neclare. Acest fapt se datoreaza absentei unui management performant al mediului la nivelul tarii, numarului redus de specialisti veritabili si dotarii tehnice necorespunzatoare.

3. Poluarea apelor subterane

Ca urmare a practicarii unei agriculturi intensive, a dezvoltarii industriei extractive, a amenajarii platformelor industriale, a urbanizarii, a dotarii cu instalatii edilitare a asezarilor rurale, a deteriorarii regimuluihidrologic a numeroase cursuri de apa care asigura alimentarea acviferelor, calitatea apelor subterane din Romania a inregistrat un declin considerabil in ultimii 30 de ani.

Gravitatea acestui declin reiese din utilizarea intense a apelor subterane pentru asigurarea consumului zilnic de apa potabila si manajera atat in mediul urban ( 45 % din necesar ), cat mai ales in mediul rural, unde aceasta resursa reprezinta 95 % din necesar.

Investigarea sistematica a calitatii apelor subterane s-a facut cu ajutorul a peste 3000 de foraje hidrogeologice de observatii din cadrul Retelei Hidrologice de Stat, distribuite proportional in functie de importanta rezervelor calitative si cantitative a principalelor hidrostructuri.

Datele obtinute prin aceasta investigare au fost prelucrate de catre Institutul de Cerceteri si Inginerie a Mediului Bucuresti care a realizat prima harta centralizata de date pentru probleme de calitate a apelor subterane si a intocmit harti temetice privind calitatea apelor subterane.

Examinarea evolutiei in timp a calitatii apelor subterane facuta in Romania pe baza activitatii de monitoring ( 1985 - 1993 ) a condus la constatarea unei situatii grave, cu tendinta de ascensiune negativa. Astfel, in anul 1985 s-a constatat existenta in stadiu incipient la nivelul intregii tari, a unei impurificari chimice sub forma difuza cu amoniu si substante organice. Opt ani mai tarziu ( in 1993 ) aceasta impurificare difuza era deja transformata in impurificare generala la nivelul tuturor structurilor freatice. Investigatiile au evidentiat o crestere generala cu 0,5 - 1,5 mg/dm³ a concentratiei indicatorilor specifici de poluare, prezenta nedorita, semnificativa a azotitilor, germenilor patogeni, azotati, pesticide etc.

Gradientul termic in apele subterane freatice a inregistrat o crestere sensibila in special in raza intravilanului urban si a platformelor industriale, cresterile manifestandu-se atat in sezonul rece cu 2 - 5 ⁰C, cat si in sezonul cald cu circa 8 - 10 ⁰C. Cresterea temperaturii apelor subterane a dus la intensificarea fenomenului de dizolvare a mineralelor din acvifer, fapt soldat cu cresterea concentratiilor de magneziu, calciu, sodium, carbonati, cloruri, sulfati etc.

Poluarea chimica cu substante de natura cert exogena a dus la o crestere a concentratiilor de substante organice, amoniu, azotati, azotiti, peste limitele de admisibilitate a utilizarii apei subterane in scop potabil. La aceasta se mai adauga si prezenta semnificativa a unor substante toxice : fenoli, zinc, plumb, cadmiu, mangan etc.

Din punct de vedere microbiologic s-a evidentiat o crestere peste limitele admisibile a numarului total de bacterii, bacterii coliforme, fecale si uneori chiar enterovirusi.

Aceasta forma de poluare este prezenta mai ales in raza intravilanului rural, unde s-a constatat ca 90 % din numarul total de fantani investigate sunt contaminate biologic, concentratiile de poluanti depasind limitale de admisibilitate stabilite pentru apa potabila.

In luncile din culoarul raurilor Viseu, Iza, Tisa, Somesul Mare, Somesul Mic, Crasna, Barcau, Crisul Repede, Crisul Alb, Mures, Aries, Tarnave, Bega, Timis, Jiu, Olt, Cibin, Arges, Dambovnic, Dambovita, Ialomita, Prahova, Siret, Suceava, Bistrita, Trotus, Barlad, Prut, Jijia si Bahlui, s-au semnalat impurificari liniare ale apelor subterane prin cresterea cu 2 -5 mg/dm³ a concentratiilor principalilor indicatori specifici de poluare.

Concomitent cu poluarea generala lineara, in aceste zone s-au identificat si numeroase forme de poluare aureolara sau zonala, datorate pierderii permanente de ape uzate din retelele de canalizare, latrinelor neimpermeabilizate si platformelor industriale necontrolate din punct de vedere ecologic.

Desi poluarea accidentala a panzelor freatice cu produse petroliere, saramura, substante chimice toxice si substante solubilizate din depozitele de reziduuri industriale si menajere este frecvent intalnita, ea este in mica masura reflectata de Sistemul national de monitoring si din pacate, I se acorda o importanta relativ redusa.

Estimarile efectuate de Institutul de Cercetare si Inginerie a Mediului Bucuresti evidentiaza ca cca. 2/3 din resursele acviferului freatic din Romania prezinta un pericol potential de risc pentru sanatatea consumatorilor pe termen scurt si imediat. Extinderea acestui areal contaminat se realizeaza cu o intensitate remarcabila, ajungandu-se in cativa ani la afectarea tuturor categoriilor de surse de captare din freatic ce furnizeaza apa pentru consumul potabil si menajer.

In afara acestor efecte majore, s-a remarcat o degradare a potentialului de fertilitate a solului datorita poluarii apei subterane si fluctuatiei nivelului piezometric al acesteia. De asemenea, apele subterane poluate si-au demonstrat agresivitatea chimica fata de elementele din beton si din beton armat din componenta constructiilor si instalatiilor edilitare pozate in subteran.

La toate aceste efecte alarmante, datorate poluarii apelor subterane, nu s-au gasit inca solutii viabile de remediere.

4. Prevenirea poluarii industriale

Poluarea solurilor si acviferelor, datorata obiectivelor industriale, poate fi prevenita in fazele de conceptie, constructie, exploatare, inchidere si abandon.

Conceptia de amplasare a unei intreprinderi industriale trebuie sa tina seama de doua aspecte esentiale :

• natura si situatia surselor de contaminare reale sau potentiale, generate de intreprindere;
• vulnerabilitatea solului si apelor subterane la poluarea specifica intreprinderii.

Solutiile tehnice stabilite de proiectant trebuie sa se sprijine pe studii de sol si hidrogeologie, in scopul asigurarii unui impact minim al obiectivului asupra solului si asupra apelor subterane.

Functie de datele acestor studii se va decide in faza de conceptie cautarea unui alt amplasament, impermeabilizarea zonei, asigurarea unor echipamente speciale de prevenire a poluarii etc.

Lucrarile de constructie a intreprinderii nu trebuie sa fie demarate inaintea asigurarii spatiilor de depozitare corecta a materialelor si produselor, astfel incat mediul inconjurator sa nu fie afectat.

Prevenirea poluarii industriale, datorate activitatii de exploatare a intreprinderilor, poate imbraca forme variate, functie de specificul activitatii desfesurate. Iata doar cateva posibilitati de prevenire legate de exploatarea industriala :

• Inmagazinarea lichidelor cu potential de poluare, in rezervoare sigure, rezistente la deteriorare mecanica si la coroziune. Daca aceste rezervoare sunt subterane, se recomanda ca peretii lor sa fie dubli, cu peretele exterior din caramida.
• Depozitarea reziduurilor industriale pe soluri argiloase impermeabile ( cu ape subterane la mare adancime ), prevazute cu sisteme de drenare si neutralizare a substantelor lixiviate. Daca nu exista conditii naturale favorabile unei depozitari corecte, se vor construi ecrane impermeabile din argila, beton, plastic etc., pe radierul si taluzurile depozitelor, cu scopul de a impiedica infiltrarea substantelor nocive in sol si in panza freatica.
• Asigurarea unor bazine de colectare a substantelor cu potential de poluare, in cazul unor avarii sau accidente industriale.
• Diminuarea generarii si redepunerii efluentilor gazosi, prin aplicarea unor tehnologii nepoluante sau prin utilizarea unor echipamente performante de depoluare.

Inchiderea si abandonul intreprinderilor industriale trebuie sa se faca dupa un program minutios, care sa prevada masuri de prevenire a poluarii pe termen scurt, mediu si lung. In aceasta perioada se recomanda urmarirea parametrilor de calitate a factorilor de mediu si in caz de necessitate se va intervani prin tehnici curative, in scopul reducerii acestor parametrii la valori normale.