MONITORIZAREA CALITATII APELOR

1. Compozitia chimica a apelor

Compozitia chimica nu este aceeasi pentru toate tipurile de ape, ea depinde de conditiile fizico-geografice si de caracterul unitatilor acvatice: rauri, lacuri, oceane, ape subterane. Apa este alcatuita din gaze, ioni, coloizi de origine minerala sau organica, dizolvati in apa in conditii naturale. In cazul apelor subterane, un rol deosebit pentru compozitia chimica se atribuie adancimii la care se gasesc, rocilor prin care circula, temperaturii, presiunii, etc. In timpul circulatiei sale la suprafata si in interiorul scoartei, apa vine in contact cu numeroase substante organice si anorganice cu salinitati diferite, astfel ca are posibilitatea sa includa in compozitia ei difetite elemente. Pana in prezent, majoritatea elementelor chimice din sistemul periodic au fost identificate si in apele naturale. Cea mai mare parte din ele se gasesc in cantitati infime care rareori influenteaza proprietatile apei naturale.

Factorii care determina compozitia chimica a apelor naturale pot fi grupati, dupa importanta lor, in factori cu actiune directa si indirecta (Tabelul 9).

Tabel 9. Factorii care determina compozitia chimica a apelor naturale.

Apa naturala este alcatuita din substante anorganice grupate sub forma de ioni, elemente biogene si elemente minore si secundare; substante organice si gaze dizolvate (Tabelul 10).

Tabelul 10. Compozitia apelor naturale.

Principala grupa de substante prezente in apele naturale sunt ionii. In functie de concentratia de ioni, apele naturale se impart in: ape dulci, sarmastre, sarate si foarte sarate (Tabelul 11).

Tabelul 11. Clasificarea apelor naturale dupa continutul in saruri.

In functie de compozitia chimica exista clasificari care tin seama de diferite caracteristici: alcalinitate, salinitate, prezenta sau absenta unor ioni specifici, abundenta unor ioni. Cea mai complexa clasificare a apelor este realizata de Florea (1971a, 1971b, 1972). Aceasta clasificare comporta incadrarea apelor sub 4 aspecte: mineralizare, compozitie anionica, compozitie cationica si salinitate. Tinand cont de aceasta clasificare, apele freatice, pot fi:

a) ape cu sulfat de sodiu (nu contin cloruri alcalino-pamantoase);

b) ape cu cloruri alcalino-pamantoase (nu contin sulfat de sodiu);

c) ape acide (cu acizi tari liberi si nu contin bicarbonati).

2. Clasificarea apelor naturale

2.1. Apele de suprafata

Problema calitatii apelor trebuie legata, in primul rand, de folosirea acestora. Sunt ape care, chiar in stare naturala, prezinta caracteristici improprii diferitelor folosinte (de exemplu pentru irigatii, pentru agrement, pentru fabricarea betoanelor, in constructii; pentru apa potabila sunt impuse limite speciale).

Pentru stabilirea calitatii apelor de suprafata se folosesc trei grupe de indicatori fizico-chimici: regimul de oxigen, mineralizarea si impuritatile specifice (Antoniu si colab., 1972) (Tabelul 12).

Tabelul 12. Principalii indicatorii fizico-chimici folositi pentru stabilirea calitatii apelor.

Pe langa analizele fizico-chimice, care ilustreza o situatie momentana, se efectueaza si analize biologice (a organismelor din apa), care arata starea generala a resurselor de apa (rau, canal, lac). Analizele biologice reflecta reactia populatiei acvatice la difetiti factori daunatori si nocivi. Analizele biologice sesizeaza atat impuritatile biodegradabile (care duc la modificarea biocenozelor prin aparitia speciilor adaptate) cat si cele nedegradabile (care duc la saracire a biocenozelor in specii si indivizi).

2.1.1. Apa raurilor

Apa raurilor reprezinta cea mai mobila parte a hidrosferei. Ea are o mare importanta practica datorita raspandirii largi pe suprafata uscatului si mineralizarilor reduse, ceea ce le confera un grad mare de utilizare. Importanta lor deriva si din rolul pe care-l au in transportul sarurilor din bazinele de receptie in bazinele de acumulare a apelor (mari, oceane, lacuri). Dintre caracteristici, cele mai imortante sunt (Alekin, 1952):

• mineralizarea slaba comparativ cu alte ape naturale;
• variabilitatea mare a compozitiei chimice sub influenta conditiilor meteo;
• prezenta gazelor dizolvate;
• prezenta proceselor biologice.

Clima are un rol important in mineralizarea apei raurilor. Cantitatile mari de precipitatii contribuie la o spalare mai intensa a sarurilor din soluri si din roci, ducand cu timpul la saracirea rocilor in saruri usor solubile. Cresterea temperaturii intensifica evaporarea determinand ascensiunea capilara a sarurilor din sol marind stratul freatic. In plus, temperaturile ridicate contribuie la accelerarea dizolvarii sarurilor. Vantul transporta dintr-un bazin hidrografic in altul importante cantitati de saruri (mai ales in zonele cu clima uscata), care sunt antrenate apoi in reteaua hidrografica.

Regimul continutului mineral si al ionilor. Compozitia chimica a apei raurilor este in stransa legatura cu schimbarea ponderii surselor de alimentare: superficiala (zapezi, ploi) si subterana.

Apele de suprafata provenite din zapezi determina o mineralizare slaba a raurilor; in acestea predomina ionii HCO₃^-2 si Ca⁺². Explicatia este solul inghetat (care nu permite dizolvarea si altor saruri) sau o toamna secetoasa. Aceste fenomene permit acumulare de saruri la suprafata solului. O alimentare ceva mai mare cu saruri se face prin scurgeri in sezoanele ploioase. Daca ploaia vine dupa o perioada uscata – fapt ce permite acumularea sarurilor la suprafata – scurgerile vor fi mai bogate in saruri. Daca ploaia urmeaza la interval scurt altei ploi scurgerile vor fi mai putin incarcate cu saruri.

Alimentarea din apa subterana este mai constanta. Concentratia acestora este superioara celor provenite din precipitatii si alimenteaza raurile numai in conditii hidrogeologice corespunzatoare. In regiunile aride, apele freatice pot fi mai putin mineralizate decat cele provenite din precipitatii din cauza solurilor saline pe care le spala.

Mineralizarea si compozitia chimica a apei raurilor este dependenta de debit si de sursele de alimentare. Mineralizarea scade cand creste aportul apelor superficiale (perioade ploioase sau topirea zapezilor) si creste cand sporeste ponderea alimentarii din apa subterana.

In cursul raurilor poare exista o variatie a mineralizarii datorita gradului de incarcare sau diluarii succesive a apei. Din acest punct de vedere se pot deosebi patru situatii (Tabelul 13).

Tabelul 13. Evolutia mineralizarii in lungul raurilor (Trufas si Trufas, 2003).

Regimul substantelor biogene (NO₃^-, NO₂^-, NH₄⁺, P, Fe, Si) si organice (apreciate dupa valoarea consumului chimic si biochimic de oxigen): este mai putin cunoscut decat regimul mineralizarii din cauza dificultatilor la determinarea lor (probele trebuie analizate imediat dupa recoltare). Continutul substantelor biogene este legat de procesul descompunerii substantelor organice, deci si de activitatea organismelor si microorganismelor. Activitatea acestora, la randul ei, variaza in cursul anului in functie de anotimp. In timpul unui an, oxidabilitatea are valori mici cand predomina alimentarea subterana si astfel concentratia substantelor organice in apa raurilor este mica. Ea creste in perioada apelor mari si a viiturilor care spala solurile aducand in apa cantitati mari de substante organice. Consumul biochimic de oxigen (CBO) variaza in majoritatea cazurilor la fel cu consumul chimic de oxigen (CCO) in functie de debite si de suspensii. Atunci cand in rauri ajung substante biodegradabile, CBO variaza invers cu CCO.

Regimul gazelor dizolvate si al ionilor de hidrogen: cele mai obisnuite gaze dizolvate in apa raurilor sunt O₂ si CO₂, ale caror concentratii variaza in functie de pH, temperatura, intensitatea procesului de fotosinteza, de sursele de alimentare a raurilor si de presiunea lor partiala.

Oxigenul provine din surse biologice (fotosinteza) si fizice (din aer). Apele nepoluate sunt, de obicei, saturate si chiar suprasaturate cu oxigen. Prin reactia de oxidare se poate elimina efectul unei poluari locale si de mica intensitate. In cazul raurilor care colecteaza ape poluate, deversari industriale sau orasenesti, oxigenul dizolvat scade, iar efectul poluantilor afecteaza calitatea apei. Exista o variatie clasica a concentratiei oxigenului dizolvat de-a lungul unei zile: dimineata are valori scazute (consum de oxigen in procesul de fotosinteza nocturn), iar in a doua parte a zilei creste (productie de oxigen in procesul de fotosinteza diurn). O variatie naturala a oxigenului dizolvat este si in functie de anotimp: pe timpul verii concentratia scade datorita temperaturilor ridicate si a consumului de catre microorganisme. Acest efect este contracarat de cresterile de debit si odata cu acestea si a oxigenului dizolvat din aer. In timpul iernii, desi temperaturile scazute favorizeaza dizolvarea oxigenului din aer, saturatia de oxigen a apei scade datorita formarii podurilor de gheata, a cresterii alimentarii din apele subterane si a procesele de oxidare (mai ales cele respiratorii). Lipsa oxigenului dizolvat din cauza cantitatilor mari de poluanti deversati duce la disparitia proceselor de degradare aeroba si aparitia “apelor negre” care sunt caracterizate de procese de degradare anaeroba. In urma acestor descompuneri rezulta substante urat mirositoare care duc si la poluarea aerului.

Bioxidul de carbon are un regim invers celui de oxigen. Iarna sub podul de gheata continutul de CO₂ este mai mare decat cel normal, provenind din procesele de oxidare (respiratorii) si din aportul apelor subterane. In absenta podului de gheata concentratia de CO₂ scade rapid, datorita degajarii in atmosfera. Vara concentratia este foarte scazuta sau poate chiar sa dispara in perioada dezvoltarii masive a vegetatiei acvatice. Concentratia de echilibru cu atmosfera este de 0.6 mg/l; in cazul unui continut mai mic are loc absorbtia din atmosfera (Alekin, 1952).

2.1.2. Apa lacurilor

Numarul, la fel ca si dimensiunile lacurilor nu sunt cunoscute in intregime. Suprafata lor totala se estimeaza la 2.700.000 km² (1.8% din suprafata Pamantului). Ele se gasesc raspandite pe toata suprafata globului. Altitudinea cea mai mare este 5297 m (lacul Ororotse-Tso, din podisul Tibet) si cea mai mica este sub nivelul marii -398 m (Marea Moarta). Situarea lacurilor la diferite altitudini, le imprima o serie de diferentieri in privinta caracteristicilor hidrofizice, hidrochimice si hidrobiologice. Compozitia chimica si mineralizarea sunt foarte diferite. Ele depind de compozitia apelor din zona fizico-geografica in care se gasesc, de geneza cuvetelor, de modul de alimentare si pierdere a apei, etc. Tinand cont de insumarea acestor factori, lacurile sunt grupate in trei categorii:

• Eutrofe – bogate in organisme si cu un circuit biologic activ;
• Oligotrofe – sarace in saruri si organisme, dar bogate in oxigen dizolvat;
• Distrofe – bogate in acizi humuci si vietuitoare putin numeroase.

Caracteristicile principale ale acestor tipuri de lacuri sunt redate in Tabelul 14.

Tabelul 14. Caracteristicile principale ale lacurilor (dupa Pora si Oros, 1974)

Compozitia chimica a lacurilor este rezultatul alimentarii cu saruri dizolvate din bazinele de receptie, la care se adauga activitatea organismelor si proceselor de metamorfozare din cadrul cuvetelor. Influenta rocilor si solurilor este prezentata prin predominarea in apa a ionilor care se gasesc in cantitati mari in aceasta si prin usurinta de dizolvare a unor saruri. Conditiile climatice si bilantul hidric al lacurilor au o foarte mare pondere la formarea compozitiei chimice a apelor lacustre: in zone cu umiditate excesiva, cantitatea de apa care alimenteaza lacul este mai mare decat cantitatea evaporata si in acest caz are loc o scurgere superficiala (emisar) prin care se vor indeparta sarurile dizolvate in apa lacului. Cand lacurile se gasesc in zone cu umiditate scazuta, procesul de schimb ionic cu depunerile de namol lacustru se intensifica, astfel apele imbogatindu-se in saruri. Formarea compozitiei chimice este legata si de reactiile care au loc prin amestecul apelor tributare lacului cu cele din lac. Carbonatii si bicarbonatii de sodiu si potasiu reactioneaza cu sulfatii de calciu si magneziu precipitand carbonatii alcalino-pamantosi si formand sulfatii alcalini solubili care se concentreaza in apa. Mineralizarea totala a apei si continutul in anumite saruri influenteaza procesul de formare a compozitiei chimice. Salinitatea lacurilor si continutul de CO₂ sunt marimi care variaza invers proportional: la salinitate ridicata, concentratie de CO₂ scazuta. Acest fenomen induce dezechilibru ionic, determinand un lant de transformari in apa lacului bazat pe diferente de solubilitate ale sarurilor.

Mineralizarea si compozitia chimica a apei din lacuri. Mineralizarea lacurilor este rezultatul acumularii sarurilor aduse de apele de alimentare sau dizolvate din rocile care formeaza cuveta lacustra. Mineralizarea este un regim foarte lent cu exceptia celor cu o primenire buna a apelor, a celor instalate pe masive cu sare si a celor care au legaturi permanente sau temporare cu marea. Dupa continutul de saruri, lacurile pot fi:

1. dulci: continutul de sare este < 1 g/l. Se intalnesc mai ales in zone aride.
2. mineralizate, in care continutul de sare este > 1 g/l; aria lor de raspandire este mai ales zonele umede. La randul lor acestea pot fi:

sarmastre;

sarate;

suprasarate.

Limitele concentratiilor de saruri care determina incadrarea in una din categoriile de lacuri mineralizate difera de la autor la autor.

Intre mineralizare si continutul chimic exista un echilibru stabil in timpul aceluiasi stadiu de mineralizare si un echilibru dinamic le-a lungul mai multor stadii de mineralizare. Stadiul de mineralizare este etapa in care se poate identifica un anumit tip de anion ca majoritar sau se poate stabili o anumita relatie de echilibru intre doi sau mai multi anioni intr-un interval de timp deteminat (Tabelul 15)

Tabelul 1 Stadiile mineralizarii si caracteristicile lor.

Regimul mineralizarii in conditii naturale are un caracter ciclic, anual si multianual, in functie de raportul dintre cantitatea de apa si cantitatea de saruri dizolvate. Vara la temperaturi ridicate evaporarea creste, ceea ce duce la o concentratie mai mare de saruri in apa lacurilor comparativ cu perioada de iarna. De asemenea, in anii secetosi pe perioada sezonului cald concentratia de saruri este mai mare decat in aceeasi perioada a unui an cu ploi abundente.

Distributia sarurilor intr-un lac nu este uniforma. S-au evidentiat variatii atat pe orizontala, cat si pe verticala. In general, salinitatea creste pe verticala, modificarea salinitati putand fi atat de evidenta incat sa modifice tipul lacului: la suprafata apa dulce, iar in adancime concentratia de saruri este cea corespunzatoare lacurilor sarate. Efectul acest fenomen este faptul ca la suprafata vom intalni fauna specifica apelor dulci, iar spre adancime apar si specii caracterictice apelor sarate. Aceasta stratificare este caracteristica pentru lacurile adanci si cele formate pe depozite salifere. Difetentele de mineralizare si compozitie chimica pe orizontala, apar mai ales in lacurile cu suprafete mari si care au afluenti cu concentratii inferioare apelor din lac. Distibutia pe verticala si pe orizontala a salinitatii este influentata de temperatura si de vanturi care genereaza curenti in volumul apei si la suprafata. Curentii verticali cei mai puternici sunt semnalati de doua ori pe an: primavara si toamna, cand se produce fenomenul de inversie a straturilor. Acest fenomen poate avea efecte negative; datorila scaderii concentratiei (sau chiar a lipsei) de oxigen de la suprafata se poate produce mortalitate in randul faunei lacului. Primavara, scaderea concentratiei de oxigen este cauzata si de procesele de “inflorire a algelor”, aportul acestui fenomen fiind cu atat mai important cu cat gradul de eutrofizare este mai mare. In locul oxigenului dizolvat, curentii ascendenti aduc de pe fundul lacurilor hidrogen sulfurat. Acest gaz este caracteristic proceselor chimice (reducerea sulfatilor) si biologice anaerobe (descompunerea materiei organice bogata in albumina) care au loc in sedimentele din lac.

Continutul si regimul substantelor biogene din lacuri, sunt asemanatoare celor din rauri si depind in mare masura de caracterul si intensitatea proceselor biologice. In perioada rece, ca urmare a mineralizarii substantelor organice, se observa o crestere a continutului de NO₃^-, NO₂^-, NH₄⁺ si fosfor. In perioada calda continutul lor scade, NO₃^- si NO₂^- sunt uneori absenti datorita consumarii lor complete de organisme. Concentratia substantelor biogene este mai mare in adancime unde se gasesc sedimente bogate in materie organica. In lacurile intens eutrofizate, NO₃^- (produs rezultat in urma reactiei de oxidare) se gaseste numai pana la limita existentei oxigenului. Mai jos de aceasta apare NH₃ si/sau NH₄⁺ (produsi de reducere), a caror cantitate creste cu adancimea.

2.1.3. Apa minerala

Apa minerala este apa care datorita compozitiei chimice si a insusirilor fizice sunt utilizate in scopuri terapeutice sau ca materie prima industriala. Valoarea mineralizarii este un criteriu important pentru notiunea de ape minerale, valorile minime ale elementelor din compozitia acesteia sunt redate in Tabelul 16.

Tabelul 16. Valorile minime ale unor elemente in apele minerale.

Clasificarea apelor minerale dupa compozita chimica este conventionala. Datorita caracteristicilor fizico-chimice ale fiecarei ape minerale, acestea sunt individualitati cu proprietati terapeutice particulare. O clasificare unanim acceptata in tara noastra este facuta de Dinculescu si Cociasu in 1961 (citati de Trufas si Trufas, 2003) si este cea din Tabelul 17.

Tabelul 17. Clasificarea chimica a apelor minerale (dupa Dinculescu si Cociasu, 1961).

2.1.4. Apa oceanelor

Formeaza cea mai importanta parte a hidrosferei, volumul lor fiind de peste 1300 x 10⁶ km³. Suprafata oceanelor trece de 261 milioane km², adica peste 70% din suprafata Pamantului este acoperita de ape. In cadrul marilor si oceanelor de diferentiaza, in mod obisnuit, ape costiere si de mica adancime situate pe platforma continentala, ape de larg si ape de adancime. Compozitia apei oceanice are un caracter specific datorita cantitatii mari de substante pe care le contine.

Principalele caracteristici ale apei oceanelor sunt:

• Gradul de mineralizare ridicat: cantitatea medie de saruri dizolvate in apele oceanelor este aproximativ 34 g/kg, iar din punct de vedere calitativ, pana in prezent, s-au descoperit peste 50 de elemente;
• Omogenitatea (relativa) si stabilitatea compozitiei ionice: apele oceanelor sunt omogene si stabile din punct de vedere al compozitiei, exceptie facand zonele de alimentare cu afluienti si zonele cu izvoare. Suprafata acestora fiind neglijabila comparativ cu suprafata totala a oceanelor.
• Inertia compozitiei in timp si spatiu. Compozitia oceanelor tinde sa ramana constanta in timp, insa s-a demonstrat ca, in conditii naturale, in intervale mari de timp (de ordinul miilor de ani) aceasta sufera usoare modificari datorita aportului apelor continentale. De exemplu, in 1952, Alekin a calculat ca pentru cresterea continutului de clor din Oceanul Planetar cu 0.02% (limita de detectie a aparatelor din acea perioada), sub influenta deversarilor continentale existente sunt necesari aproxinativ 3200 ani (Alekin, 1952).

Compozitia ionica a apei oceanelor este foarte complexa, din acest motiv constituentii au fost separati in majori (principali) si minori.

Constituentii majori, desi sunt intr-un numar mic, participa 99% la formarea compozitiei si a salinitatii oceanice. Principalii constituenti majori sunt in ordine:

• Anioni: cloruri, sulfati, bicarbonati, bromuri, fluoruri si acid boric.
• Cationi: sodiu, magneziu, calciu, potasiu si strontiu

Ionii de sodiu si clor sunt prezenti in concentratiile cele mai mari, astfel ca formeaza baza compozitiei ionice. Este interesant faptul ca, raportul dintre anumiti ioni ramane constant in timp, intrucat concentratiile lor se modifica proportional. Astfel, in apele oceanelor si marilor s-a constatat urmatoarele rapoarte (Trufas si Trufas, 2003):

Cl^- : Na⁺+K⁺ = 1.7335

Cl^- : SO₄^2- = 7.166

Cl^- : Mg²⁺ = 14.921

Cl^- : Ca²⁺ = 47.438

Cl^- : HCO₃^- = 1386

Aceste rapoarte sunt foarte importante pentru ca permite determinarea cantitativa a unui ion atunci cand se cunoaste concentratia clorului.

Constituentii minori din apa oceanelor sunt in numar mare si in concentratii mici. O parte din ei, desi in concentratii mici, au o mare importanta in procesele biochimice si geochimice din apa oceanelor. Printre cei mai imortanti constituenti minori amintim: Al, As, Ba, Cu, Au, I, Fe, Ni, Co, V, Mn, Si si compusi cu azot si fosfor.

Salinitatea este un parametru important in caracterizarea apelor oceanelor si marilor. Pe baza ei se poate determina densitatea apei care este un element in studierea dinamicii apelor oceanice. In general se admite ca salinitatea medie este 35‰, caruia ii corespunde o greutate specifica fata de apa distilata de 1.028 la temperatura de 17.5^oC. Principalele saruri dizolvate si compozitia lor in apa oceanelor sunt redate in Tabelul 18.

Tabelul 18. Sarurile din apa oceanelor si compozitia lor.

Salinitatea oceanelor este o marime variabila, concentratia ei poate creste (prin evaporare, dizolvarea rocilor sau formarea gheturilor) sau scadea (prin aflux de ape continentale, topirea gheturilor, precipitatii, depuneri de saruri) in cursul aceluiasi an. Vantul si curentii transporta ape cu diferite concentratii saline determinand modificarea locala a salinitatii. Repartitia salinitatii in adancime depinde de densitate, care la randul ei este in functie de suma ionilor si de temperatura. In general se cunosc doua strate:

stratul de la suprafata gros de cativa zeci sau sute de metri cu frecvente schimbarile saline datorita factorilor climatici si amestecului convectiv; amestecarea se face mai ales pe verticala.

stratul inferior, de adancime cu o grosime de sute sau chiar mii de metri, unde are loc cu prioritate amestecare orizontala; salinitatea are tendinta de crestere in adancime.

Gazele dizolvate in apa oceanica, asupra carora s-au facut cercetari mai aprofundate, sunt: oxigenul, azotul, dioxidul de carbon si hidrogenul sulfurat.

Oxigenul (O₂) se gaseste dizolvat in apa oceanelor in proportii diferite in functie de temperatura, salinitate, activitate biogena si dinamica maselor de apa (curenti si valuri). Principalele surse de oxigen sunt aerul si activitatile fotosintetice ale vegetatiei planctonice. Pe adancime se diferentiaza de obicei trei straturi cu concentratii diferite de oxigen:

• stratul superior cu grosimea de 200-300 de metri cu apele ce mai bogate in oxigen dizolvat. In acest strat concentratia de oxigen are tendinta de scadere in adancime, insa prezenta planctonului ca sursa de oxigen poate determina modificari ale maximului de concentratie.
• Stratul intermediar dispus intre 300-1400 m, este sarac in oxigen dizolvat datorita in primul rand consumului in procese de oxidare a resturilor organice.
• Stratul inferior situat la peste 1400 m adancime, cu o concentratie de oxigen dizolvat mai mare decat in stratul intermediar datorita migrarii din zonele polare a apelor reci bogate in oxigen. Temperaturile scazute din acest strat inhiba procesele de oxidare a materiei organice, facilitand astfel dizolvarea oxigenului.

Azotul (N₂) si gazele rare (Ar, He si Ne) dizolvate in apa oceanului se caracterizeaza prin faptul ca se gasesc in cantitati de saturatie indiferent de adancime.

Dioxidul de carbon (CO₂) se gaseste intr-o concentratie de 60 de ori mai mare decat in atmosfera datorita formarii unui sistem tampon format din 4 specii ionice: CO₂ liber, HCO₃^-, CO₃^-2 si H₂CO₃ nedisociat. Prezenta acestui sistem tampon determina un pH basic cu variatii mici (8.2 – 8.4). Concentratia CO₂ in adancime creste odata cu scaderea concentratiei de oxigen datorita oxidarii substantelor organice. In orizonturile inferioare poate sa creasca considerabil in conditiile unei circulatii reduse si in prezenta proceselor reducatoare. In acest caz, alaturi de CO₂ se formeaza si hidrogenul sulfurat (H₂S). pH-ul in aceste conditii poate ajunge si in domeniu acid.

2.2. Apele subterane

Apele subterane se gasesc in cavitatile si porii solurilor si rocilor care alcatuiesc litosfera (Rojanschi, 1994). Dupa unele aprecieri, ele reprezinta 12% din masa hidrosferei (aproximativ 200x10¹⁵ t).

Compozitia chimica initiala depinde de originea lor:

• ape meteorice sau din retele hidrografice (ape vadoase),
• vapori de apa expulzati din lave (care contin CO₂, N₂, H₂S, HCl, HF si SiO₂) sau rezultati din racirea magnei (care contin H₂, F₂, Cl₂, S, C, P, B) (ape juvenile),
• ape care sunt la origine marine sau lacustre – insotesc de obicei zacamintele petroliere, fiind cunoscute sub denumirea de ape de zacamant (ape fosile).

Cantitatea si calitatea constituentilor din apele subterane depinde de natura rocilor (Tabel 19).

Tabelul 19. Compozitia chimica a apei subterane si natura rocilor (dupa Trufas si Trufas, 2003).

O serie de particularitati ale compozitiei chimice deriva din conditiile de zacamant si din pozitia apelor subterane in interiorul scoartei. Din acest punct de vedere se diferentiaza ape freatice si de adancime. Mentionam ca diferenta nu este unanim acceptata, intru-cat, acelasi strat acvifer poate avea atat caracter freatic cat si de adancime.

a. Apa freatica: este situata deasupra primului strat impermeabil, nivelul lor gasindu-se la adancimi variabile, de la mai putin de 1 m la cativa zeci de metri, in functie de litologie si de relief. Compozitia lor chimica depinde de: rocile cu care vin in contact, solurile prin care trec apele meteorice, de natura apelor de alimentare de la suprafata (precipitatii, rauri, lacuri) sau de la adancime. Conditiile meteo influenteaza compozitia chimica si regimul apelor freatice: in perioade de seceta predomina circulatia ascendenta, astfel incat compozitia chimica a apei freatice va fi determinata mai ales de compozitia rocilor; in perioade ploioase circulatia este descendenta, iar aportul apelor de suprafata va fi determinant.

b. Apa de adancime: se gasesc sub primul orizont impermeabil si in functie de conditiile de alimentare si drenare pot avea nivelul liber (accesibilitate hidrogeologica) sau sub presiune (artezian). Compozitia chimica a apelor de adancime se formeaza in decursul sute sau chiar mii de ani sub influenta gradului de accesibilitate hidrogeografica a stratelor (orizonturi) si a compozitiei rocilor acvifere. In general, in orizonturile acvifere de adancime, mineralizarea apelor creste si totodata se schimba si compozitia: acolo unde stratele acvifere sunt putin accesibile sau izolate au loc procese de mineralizare predominant anaerobe, apele avand concentratie ridicata de hidrogenul sulfurat si amoniac. Daca stratele acvifere permit o accesibilitate usoara mineralizarile vor fi predominant aerobe, iar in ape vor fi prezenti ioni sulfat, azotat, sau chiar oxigen dizolvat.

3. Conditii de calitate a apelor. Legislatie

Efectele pe care apa le poate avea asupra oamenilor, a ecosistemelor sau a diferitelor activitati productive impun un control riguros si permanent a acesteia. Conditiile de calitate impuse prin acte normative variaza de la o tara la alta si de la o folosinta la alta, incat notiunea de apa impurificata are un caracter relativ. (Manescu si colab., 1994; Trufas si Trufas, 2003).

Pentru asigurarea protectiei apelor, in toate tarile s-au elaborat normative care stabilesc normele de calitate ale acestora. In Romania protectia apelor este reglementata prin Legii apelor nr.107/1996 modificata si completata de Legea 310/2004 si OUG 12/2007. Printre indicatorii calitativi urmariti in mod deosebit este cel al substantelor chimice prioritar periculoase (Anexa Nr. 5 a Legii 310/2004). Aceste substante sunt acei compusi toxici care tind sa se bioacumuleze si astfel sa creeze un nivel ridicat de risc pentru mediu si sanatatea omului. Din acest motiv aceaste clase de substante sunt reglementate prin acte legislative speciale (Anexa 1).

In tara noastra sunt stabilite 5 stari ecologice pentru rauri si lacuri naturale pe baza elementelor de calitate biologice, hidromorfologice, chimice si fizico-chimice prevazute in Tabelul 20:

Tabelul 20. Elemente de calitate pentru evaluarea starii ecologice a raurilor si lacurilor (ORD.161/2006)

Aceste clase de calitate pentru rauri sunt:

I. foarte buna,

II. buna,

III. moderata,

IV. slaba,

V. proasta.

1. Categoria I: se impune apelor naturale de referinta sau concentratiilor de fond:
• Alimentarea cu apa potabila
• Alimentarea unor procese industriale
• Alimentarea unitatilor de crestere a animalelor
• Alimentarea industriei alimentare
• Irigarea anumitor culturi
• Reproducerea si dezvoltarea salmonidelor
• Stranduri amenajate si bazine de inot.
2. Categoria a II-a: se impune apelor utilizate pentru protectia ecosistemelor acvatice:

Alimentarea amenajarilor piscicole cu exceptia celor salmonicole

Reproducerea si dezvoltarea fondului piscicol din apele de ses

Alimentarea proceselor industriale

Scopuri urbanistice de agrment

3. Categoria a III-a, a IV-a si a V-a: reflecta ponderea influentei antropice:

Alimentarea sistemelor de irigatii

Alimentarea industriilor pentru scopuri tehnologice

Alte folosinte nementionate la cat. I si II.

Pentru lacuri se tine seama si de gradul de trofizare. Celor 5 stari ecologice le corespunde 5 grade de trofie:

I. ultraoligotrof,

II. oligotrof,

III. mezotrof,

IV. eutrof,

V. hipertrof;

Calitatea apei potabile este reglementata prin Legea nr. 311/2004 pentru modificarea si completarea Legii nr. 458/2002 privind calitatea apei potabile si este determinata, in primul rand, de proprietatile organoleptice si fizice (culoare, gust, miros si turbiditate).

Apele potabile nu trebuie sa contina organisme animale, vegetale, particule vizibile cu ochiul liber si nici organisme daunatoare (paraziti, microorganisme, bacterii, etc.). Conditiile de calitate (limite admise si metoda de analiza) si de monitorizare (parametri si frecventa determinarilor), precum si parametri de calitate (microbiologici, chimici) sunt de asemenea stabilite prin lege (Anexa 1).

Implementarea legislatiei UE in domeniu a condus la imbunatatirea masurilor de protectie a mediului, dar nu se poate afirma ca a instituit si un sistem capabil sa creeze un mediu acvatic durabil. Prin DCA sunt acoperite toate sursele de poluare care pot influenta obiectivele privind starea apelor. Implementata corect, DCA ar trebui sa institutionalizeze un sistem de reglmentare care sa permita managementul durabil al apelor, incluzand si impactul produs de industrie asupra mediului.

Poluarea apelor

Resursele de apa sunt de 1,37 miliarde km³, din care 97,2% sunt localizate in mari si oceane si 2,7% in apele subterane si de suprafata. Apele de suprafata reprezinta doar 0,002%. Din apele dulci, doar 1,44% sunt lichide, restul fiind ghetari. Disponibilul de apa este de numai 20000 km³, echivalent a 4% din resursele de apa dulce, sau 1:700000 din oceanul planetar. Resursele de apa sunt asadar limitate, neuniform raspandite pe glob, iar prin poluare volumul lor devine si mai redus. Nevoile consumatorilor de apa (industrie, agricultura, transport, servicii si consumatori casnici) sunt din ce in ce mai mari. Pentru echilibrarea raportului “consum sporit – rezerve limitate” este necesara protectia apelor impotriva poluarii.

Dezvoltarea industriala si explozia demografica contribuie la deteriorarea caracteristicilor apelor naturale. O mare parte a substantelor naturale sunt inlocuite cu cele sintetice care sunt foarte putin sau deloc biodegradabile. De exemplu: lemnul este inlocuit cu plasticul; bumbacul, lana si inul sunt inlocuite cu nylonul, poliamida sau lycra; sapunul cu detergentul sintetic. Stabilitatea si persistenta acestor substante sintetice prezinta doar avantaj in utilizare, insa un mare dezavantaj pentru evacuarea lor sau depozitarea lor dupa folosire. Cele mai mari modificari intervin, insa, la apele uzate industriale, pentru care problema cresterii cantitative este cel putin la fel de importanta ca si diversificarea si complexitatea lor. Alterarea calitatii apelor este cunoscuta sub denumirea de poluare.

Poluarea poate avea loc

continuu (permanent): canalizarea oraselor, rezidii industriale, deversari in ape de suprafata;

discontinuu, la intervale regulate sau neregulate de timp;

temporar: colonii temporare, organizari de santiere;

accidental: in cazuri de avarie.

4.1. Poluarea apelor de suprafata

Sursele de poluare ale apelor de suprafata se clasifica dupa mai multe criterii:

dupa provenienta: ape menajere, industriale, din transporturi, din agricultura.

dupa aria de raspandire: locale (conducte de canalizare, rampe de descarcare) si difuze atunci cand poluantii de raspandesc pe o suprafata mare, iar sursa de poluare este greu de identificat.

dupa pozitia lor: fixe si mobile.

Dupa tipul poluantilor, apele de suprafata se clasifica dupa urmatoarele criterii:

dupa natura lor: poluantii sunt organici, anorganici, biologici, radioactivi si termici;

dupa solubilitatea lor: solubili (anioni si cationi), insolubili (substante in suspensie, substante petroliere, etc), dispersii coloidale (detergenti, unele produse petroliere, uleiuri, etc)

dupa durata degradarii in apa: usor biodegradabili, greu biodegradabili (durata este de 30 de zile), nebiogegradabili (durata intre 30-60 zile), refractari (durata peste 2 ani).

Apele uzate care se deverseaza in ape de suprafata sunt numite efluenti, iar apele in care se varsa, emisari. Conducta de deversare a apelor uzate se amplaseaza in firul apei si contine duze speciale de difuzie. Uneori, apele se stocheaza si apoi se descarca in emisari la anumite intervale de timp.

La deversari in emisari este foarte important fenomenul de amestecare, care depinde de adancimea, viteza de curgere, orientarea curentilor, temperatura, vant, precum si de gradul de porozitate a solului din zona strabatuta. Cele mai frecvente tipuri de amestecare intalnite sunt: in curent paralel, perpendicular si in contracurent.

Efectele poluarii apelor de suprafata. In general, poluarea distruge flora si fauna acvatica si pe cea de la mal. Pe mal iarba nu mai creste, copacii sunt afectati, se dezvolta ciuperci si mucegaiuri parazite. In apa de dezvolta organisme inferioare, viermi, alge, insecte. Eutrofizarea si apoi putrefactia duc la degajarea de gaze urat mirositoare, iar apa nu mai poate fi utilizata pentru consum sau agrement.

Apele marilor sufera poluare cu produse reziduale provenite din industrie, din activitati menajere, de la platformele de foraj si transport. Principalele substante care determina poluarea apelor marilor sunt:

produse petroliere (mai ales titei brut) care produc moartea faunei prin asficsiere si a florei prin impiedicarea asimilatiei clorofiliene. Pasarile ihtiofage nu isi mai gasesc hrana, iar prin imbibarea penelor cu titei acestea mor de frig. Plajele se imbiba cu produse petroliere diminuand astfel activitatea turistica in zona. Titeiul deversat poate fi “recuperat” in proportie de 10 – 14% (Tabel 21) prin adsorbtie in mase plastice poroase, solidificarea cu substante congelatoare sau colectarea mecanica prin aspiratie cu pompe sau cu filtre inelare montate in lant.

Tabelul 21. Bilantul titeiului deversat accidental in mare (dupa Visan si colab., 2000).

Urmeaza o depoluare avansata a apei de mare prin: insuflare de aer, cu adaugare de detergenti sau aprindere cu aruncatoare de flacari.   

Detergentii, usor si greu biodegradabili, pot fi de tip LAS (liniar alchilbenzensulfonati) si SAS (sulfonati de alcani secundari), acestia din urma fiind mai usor biodegradabili decat cei dintai. Ei prodic spuma cu efect letal asupra pestilor si cu miros neplacur de hidrogen sulfurat (din cauza descompunerii anaerobe).

Pesticidele. Din punct de vedere chimic, pesticidele sunt substante organice cu continut de fosfor, sulf, clor, brom, etc. Au efect toxic asupra fondului piscicol, vegetatiei acvatice si asupra animalelor ce folosesc apa pentru baut. Efectele se transmit prin lantul trofic pana la om.

De exemplu, daca in mediul acvatic se gaseste o concentratie de 1 ppm din pesticidul DDT, prin lantul trofic se ajunge ca in organismul lusitei sa se acumuleze 25000 ppm!

DDT → plancton → nevertebrate → pesti → pasari

0.015mg/l 0.04 mg/kg 0.3 mg/kg 8mg/kg 24 mg/kg