UNIVERSITATEA DIN BACAU

FACULTATEA DE INGINERIE

SPECIALIZEREA ING.ECONOMICA

AUTOEPURAREA APEI

Apa in natura

Introducere

Apa este unul din elementele predominante ale Terrei si are rol principal in supravietuirea organismelor. Marile si oceanele ocupa 71% din suprafata globului, aproximativ 361 milioane km². 'Planeta albastra' este inegal distributia pe cele doua emisfere ocupand 89% din suprafata emisferei sudice si 53% din suprafata emisferei nordice. Stratul de apa al Terrei este numit si hidrosfera. Daca suprafata terestra ar fi neteda, ar fi acoperita cu un strat de apa.

Apa este considerata cea care a favorizat miracolele si pe cel mai minunat din toate: viata! Apa este un mediu in care traiesc organismele acvatice si care mijloceste incorporarea in plante a sarurilor minerale. Totodata, apa este si materia primara pe care o folosesc toate vietuitoarele in sinteza substantelor organice care le asigura nutritia si cresterea. Numai unele organisme inferioare si superioare (semintele) pot trai intr-un mediu aparent uscat, putandu-si relua functiile in prezenta apei si a unei temperaturi propice. La majoritatea celulelor ocupa in jur de 60% din masa celulara. Ea este principalul solvent si mediul de dispersie al diferitelor substante. Apa ajuta la transportul substantelor in celulia si la numeroase reactii chimice. Continutul in apa al diferitelor celule variaza mult. Apa este prezenta in corpul uman in procent de 60% deoarece majoritatea tesuturilor contin apa (94% din plasma sangelui, 80% din tesutul muscular, 60% din celulele rosii ale sangelui, peste jumatate din alte tesuturi), iar consumul zilnic al unui om este de 2,5 l (alimente si lichide).

Forme ale apei in natura:

Apa marilor si oceanelor: este o apa minerala continand saruri in concentratii mai ridicate (Marea Mediterana) sau mai scazute precum Marea Neagra. Un fenomen deosebit se petrece la Marea Moarta deoarece saliniateta este atat de ridicata incat nu exista vietuitoare care s-o populeze. Substantele intalnite in apa de mare sunt sulfati 15%, cloruri 90%, carbonati in procent foarte redus, magneziu.

Apa subterana: provine de la ploi si contine numeroase substante dizolvate, solide sau gazoase

. Ajung la suprafata sub forma de apa minerala. In vechime acestea au fost de asemeni folosite pentru tratamente, fiind mentionate in Biblie, Moise mergand cu evreii in desert a fost nevoit sa loveasca cu toiagul o stanca pentru a gasi apa. Aceasta se numeste radiestezie si anume capacitatea unei persoane de a percepe un camp electric sau magnetic emis de apele subterane. Apa minerala poate fi: sulfoase, acida cu continut ridicat de CO₂, alcaline (contine magneziu si sodiu) si feruginoase (contine carbonat de fier).

Apa raurilor: contin minerale in cantitati mici precum nitrogen, cloruri.

Ploaia: se presupune a fi cea mai curata datorita distilarii naturale, dar poate contine impuritati precum CO₂, NH₃. Poate fi acida (ploi acide). Ploaia se formeaza cand norii ajung la straturile reci de aer producandu-se condensarea. Ploaia are rol important in natura fiind necesara pentru agricultura, dar de asemeni curata aerul.

Zapada: apare cand temperatura scade sub 0^oC, iar picaturile de apa ingheata si se transforma in fulgi de zapada. Este prielnica pentru culturi fiind o patura care le izoleaza. Fulgii de zapada prezinta cristale simetrice, hexagonale. Fulgii mai mari se formeaza atunci cand aerul este mai clad si aceste cristale se unesc. Poate produce catastrofe precum avalansele. Atunci cand sunt multe victime se pot numi hazarde.

Alte forme sunt: lapovita (picaturi de apa amestecate cu fulgi de zapada), poleiul (se formeaza iarna ca urmare a ploii marunte), bruma (apare toamna in noptile reci, cand suprafata pamantului se raceste, iar picaturile care cad se condenseaza, inghetand), ceata (se formeaza iarna cand picaturile de apa se condenseaza aproape de sol), grindina (se formeza vara cand picaturile de ploaie trec prin straturile reci de aer si ingheata), roua (apare vara, in noptile senine cand vaporii in atingere cu corpurile reci de pe pamant se transforma in apa) si norii (sunt consecinta evaporarii apei, vaporii ridicandu-se in stratuirle superioare ale aerului).

Apa in spatiu: in spatiu apa este mai abundenta decat se credea. Este prezenta si in Calea Lactee. In regiuniunile reci ale galaxiei, unde au luat nastere planetele sistemului nostru solar, exista apa la temperaturi foarte scazute (de exemplu -200^oC). Apa se gaseste atat in stare gazoasa cat si solida (90%). Rectiile chimice din spatiu produc apa.

In functie de impuritati, apele naturale pot fi: dulci, sarate (substante solubile > 0,5 %), dure, limpezi, tulburi, ape minerale (substante solubile 0,1 - 0,5 %). Poate sa apara ca amestec in sol si se numste 'apa legata'.

Circuitul apei in natura

Stiinta care se ocupa cu studierea apei si modului de distribuire al acesteia pe suprafata terestra se numeste hidrologie. Prin succesiunea continua a evaporarii apei, condensarii, precipitarii si scurgerii, apare circuitul apei in natura.

Evaporarea are loc datorita temperaturii ridicate, dar apa este eliminata si prin transpiratia, moartea sau respiratia organismelor vii. Densitatea vaporilor de apa astfel eliminati este mica si ei se ridica in atmosfera, se condenseaza cand se lovesc de straturile reci si se transforma in nori. Acestia se aglomereaza si revin pe pamant cand intalnesc straturi de aer rece - ploaia. Daca temperatura este foarte scazuta atunci rezulta grindina sau zapada. Cele care raman la suprafata pamantului pot forma ceata sau bruma.

Precipitatiile atmosferice formate din nori, ceata, roua, bruma, ploi, zapezi, grindina, rezulta prin vaporizarea, condensarea si solidificarea vaporilor de apa din atmosfera. O parte din apa revenita pe pamant sub forma de precipitatii se infiltreaza formand apa subterana, care iese la suprafata sub forma de izvoare. Apele subterane dizolva sarurile solubile pe care le intalnesc, iesind la suprafata sub forma de izvoare minerale. Aceste izvoare se numesc termale daca temperatura lor depaseste 20°C. Cealalta parte din apa revenita pe pamant se scurge pe suprafata acestuia si se aduna in lacuri, fluvii, mari si oceane.

O apa este considerata poluata cand compozitia sau starea sa fizica , ori chiar estetica , sunt modificate direct sau indirect de actiunile omului , in asa masura ca nu se mai preteaza a fi utilizata in stare naturala .

Pentru a intelege mai clar ce inseamna o apa curata , subliniem ca apa este nu numai un lichid , ci si un mediu de viata datorita oxigenului , gazului carbonic si sarurilor minerale pe care le contine.

In stare naturala , apa ajunge la un anumit echilibru in ceea ce priveste gazele dizolvate si substantele minerale sau organice, prin circulatia ei in natura reimprospatandu-se continuu. Aceasta circulatie da apei posibilitatea sa se debaraseze de elementele nocive sau sa se autoepureze , atunci cand poluarea nu depaseste anumite limite . In caz contrar apa respectiva devine tot mai bolnava , isi pierde calitatile de potabilitate si pe cele de a intretine viata , de a fi folosita de vietuitoare, devine chiar nociva pentru mediul din jur.

Autoepurarea este insusirea de care dispune o unitate acvatica ( rau , lac, etc) de a absorbi , fara a suferi daune , o anumita incarcatura de poluanti, de a asigura distrugerea sau mineralizarea elementelor poluante respective .

Gradul de poluare , ca si posibilitatile de autoepurare, se apreciaza prin doi termeni :

- cantitatea de oxigen din apa

- prezenta unor produsi (externi) straini, nocivi sau toxici in anumite cantitati.

Dozele limita de elemente toxice ce le poate suporta o apa, fara sa axfixieze vietuitoarele, sunt foarte variabile, dupa intrebuintarea ce urmeaza a fi data apei. Fiecare tara impune anumite standarde, dar in general se foloseste ca parametru comun rezistenta pestilor sau a altor vietuitoare la toxinele respective.

Scaderea continutului de oxigen si otravirea cu elemente toxice se combina, de obicei, cu adaosul apelor menajere si al celor deversate de industrie sau agricultura.

Pana la un punct, apele au capacitate de purificare naturala, denumita impropriu autoepurare sau autopurificare, si definita prin capacitatea pe care o are apa naturala de a neutraliza impuritatile ajunse in ea si de a restabili echilibrul ecologic existent anterior impurificarii.

Autopurificarea se realizeaza prin:

- procese fizice: diluare, amestec, difuzie, sedimentare, coagulare, dizolvarea de oxigen, degajare de gaze in aer, influentate si de radiatia solara IR si UV, temperatura apei;

- procese chimice: neutralizare, oxidare, reducere, floculatie, precipitare, adsorbtie, absorbtie, descompunere fotochimica;

- procese biologice: prin biocenoza proprie ce concureaza elementele straine, fie direct, prin actiune litica (bacteriofagi), filtrare (scoicile), consum (de catre protozoare) sau secretia de substante toxice pentru intrusi (actinomicetele);

- procese biochimice - in cadrul ciclurilor azotului, sulfului si carbonului, pe baza activitatii microorganismelor specifice (bacterii, fungi). Acestea sunt mult influentate de diversi factori, cum sunt pH, insorirea, saturatia in oxigen, temperatura.

Autoepurarea este influentata negativ de curgere lenta si neturbulenta, de temperaturi prea joase sau prea inalte ale apei, de concentratii prea mari de toxice, de spume sau substante ce formeaza pelicule la suprafata apei etc.

Esentiala este oxigenarea apei, care se face exogen (dizolvarea oxigenului atmosferic: cele linistite preluand 1,4 mg oxigen / zi / m², cele ce curg f. turbulent insa chiar 50 mg!) si respectiv endogen (prin fotosinteza: Un m³ de alge poate da ziua la temperatura optima 23 grame de oxigen zilnic! Acesta este factorul limitant care la eutrofizarea apei poate duce la catastrofa prin cresterea exagerata a consumului de oxigen peste nivelul aportului posibil endogen sau exogen.

AUTOEPURAREA

Dupa primirea in receptori, apele impurificate sunt supuse unor procese naturale de autoepurare, adica de reducere treptata a efectelor daunatoare asupra mediului inconjurator, inclusiv a receptorilor propriu-zisi.

Factorii care influenteaza procesul de autoepurare

Autoepurarea se realizeaza in esenta, prin indepartarea din masa apei a materiilor solide in stare de suspensie si prin transformarea unor substante pe cale chimica sau biochimica.

Aceste procese, in dinamica lor, sunt influentate de numerosi factori de mediu, fizici, chimici si biologici.

Acesti factori pot inteveni simultan sau intr-o anumita succesiune. Intre ei exista o anumita interdependenta, momentul in care intra in actiune un factor si intensitatea cu care el actioneaza fiind conditionate de alti factori. Unul si acelasi factor de mediu poate actiona asupra mai multor mecanisme de autoepurare. Temperatura, de pilda, influenteaza viteza de sedimentare a materiilor in suspensie, viteza unor reactii chimice si intensitatea unor procese metabolice din corpul organismelor acvatice.

Factorii fizici.

Principalii factori fizici sunt : procesul de sedimentare a suspensiilor, lumina, temperatura si miscarea apei.

Sedimentarea este unul dintre factorii fizici principali. Una din caracteristicile apelor impurificate este turbiditatea lor crescuta, datorita substantelor coloidale si suspensiilor. Limpezirea costituie, deci, o parte esentiala a procesului de autoepurare si se realizeaza prin depunerea materiilor in stare de suspensie pe fundul apei. Procesul de sedimentare este conditionat de natura suspensiilor si de anumite caracteristici ale apei : greutatea specifica, viteza de curgere, densitatea, viscozitatea, temperatura etc.

Lumina influenteaza direct sau indirect reactiile chimice si procesele biologice care intervin in autoepurare. Penetrabilitatea luminii in masa apei depinde de gradul de turbiditate al acesteia.

Lumina constituie sursa de energie pentru procesele fotosintetice, pentru unele reactii fotochimice si determina miscari pe verticala ale unor organisme acvatice.

Temperatura influenteaza majoritatea proceselor fizice, chimice si biologice care participa in cadrul autoepurarii. Tot temperatura influenteaza regimul oxigenului din apa, intensitatea proceselor de descompunere bacteriana, gradul de toxicitate a unor substante etc.

Apa primeste caldura de la soare fie direct, fie indirect, prin cedarea caldurii de catre aer si pamant pierderile de caldura din apa se produc prin iradiere, evaporare si prin cedare pe fundul bazinului sau in aer. Curentii, in general miscarile apei, favorizeaza pierderile de caldura.

Procesul de autoepurare din apele curgatoare si, mai ales din cele statatoare, este strans legat de regimul lor termic, acesta determinand, in ultima analiza, intreaga dinamica energetica si materiala din ecosistemele acvatice.

Miscarea apei influenteaza procesul de amestec al apelor uzate cu cel al receptorului, viteza de aerare, viteza de sedimentare a suspensiilor etc. si joaca un rol important in poluarea cu organisme a bazinelor acvatice. La rauri, viteza de curgere a apei si natura rocilor determina morfologia fundului, influentand asupra biocenozelor acvatice.

Factorii chimici

Acesti factori joaca un rol foarte important in procesul de autoepurare a apelor, contribuind direct si indirect la crearea conditiilor de viata ale organismelor.

Oxigenul este elementul cu cea mai mare importanta in procesul autoepurarii. De concentratia acestuia depind intensitatea proceselor de descompunere biochimica a materialelor organice, a oxidarii unor substante minerale si popularea cu organisme a sistemelor acvatice.

Scaderea oxigenului dizolvat din apa poate avea loc ca urmare a proceselor de respiratie a organismelor acvatice, a proceselor de descompunere bacteriana, a materialelor organice si ca rezultat al oxidarii unor compusi chimici, ca : hidrogenul sulfurat, clorura si sulfatul feros, sulfitii etc.

Bioxidul de carbon acest gaz se afla in apa in stare liberi si combinat sub forma de bicarbonat si carbonat de calciu. Apele bogate in bicarbonat de calciu formeaza sisteme tampon cu o mare capacitate de neutralizare a acizilor si a bazelor aduse cu apele uzate.

Procesul de autoepurare mai este influentat si de alti componenti chimici ai apei, care contribuie la crearea conditiilor de viata ale organismelor acvatice sau favorizeaza unele reactii fizico-chimice si biochimice : fierul, manganul, azotul, fosforul, sulful, siliciul, magneziul, potasiul, aluminiul si unele oligoelemente.

Factorii bilogici

Organismele acvatice, in special bacteriile au rolul principal in procesul de autoepurare a apelor, restul organismelor, cu putine exceptii, continuand transformarile incepute de bacterii, eventual stimuland unele dintre ele.

Din punct de vedere al nutritiei, bacteriile se impart in autotrofe si heterotrofe.

Capacitatea unui curs natural de a primi si a autoepura afluenti de ape uzate este functie de de desfasurarea proceselor mentionate anterior care sunt conditionate, la randul lor, de factorii de mediu climatic si fizico-geografici sau eventual de amenajarile hidrotehnice.

Teoretic este posibil sa se determine calitatea apei intr-o anumita sectiune a cursului natural plecand de la cantitatile de poluanti evacuate in amonte de catre fiecare unitate impurificatoare si de la datele privind regimul hidrologic. Adesea, aceste bilanturi tin foarte putin cont de realitate din urmatoarele considerente: fluxul emisiei de substante poluante nu este constant in timp ; o analiza statistica a acestui flux permite punerea in evidenta a unor cicluri zilnice, saptamanale si anuale, sau a unor variatii pur aleatorii ; intr-un regim hidrologic nepermanent, unda de propagare a debitului poluant se deplaseaza cu o viteza diferita de cea a apei ; din acest motiv chiar si in cazurile unei emisii constante de substante poluante fluxul acestora in cursul de apa la o distanta oarecare in aval nu ramane constant ; fenomenul este influentat de conditiile hidrologice, in particular de viteza apei, care reflecta intensitatea curentilor hidrodinamici, si de conditiile meteorologice: temperatura, luminozitate, vant etc.si miscarile create de el ;

pentru unele substante pot interveni fenomene mai complexe: de exemplu, materiile solide pot sa se depuna atunci cand viteza apei este mica si sa fie din nou puse in stare de suspensie la viituri ;

interventia faunei si florei poate sa conduca la retinerea unor substante pe o durata mai mult sau mai putin lunga ; astfel fotosinteza intervine in bilantul oxigenului.

Consumul de oxigen din apa este rezultatul reactiilor biochimice de oxigenare a substantei organice care se petrec la nivelul celulei bacteriene, iar aportul de oxigen este dat in principal de aerul atmosferic si de conditiile de curgere care favorizeaza dizolvarea oxigenului in apa. Aceste doua procese sunt considerate ca doua reactii opuse care tind sa ajunga la un echilibru temporar.