COMPORTAMENTUL POLUANILOR N SOL

COMPORTAMENTUL POLUANILOR N SOL

Poluantii pot fi definite ca fiind substane introduce n mediu ca urmare a activitilor antropice i care duneaz sntii mediului (faun, flora, om). Ei sufer dup emisia n mediu fenomene de transport, transformare i transfer. Aceste fenomene contribuie la rspndirea i distribuia lor n diverse medii precum i la modificarea formei chimice.

Fenomenele de transport au drept rezultat deplasarea poluanilor n sol la distan fa de sursa. Aceasta dispersare are loc n sol prin:

difuzie deplasarea moleculelor de poluant, n toate directiile, ca urmare a existenei unui gradient de concentraie;

advecie deplasare pe orizontal a poluantului odat cu fluidul purttor( aerul su ap) pe direcia de deplasare a fluidului.

n sol deplasarea poluanilor n soluia solului se realizeaz prin difuzie la nivelul microporilor i prin advecie la nivelul macroporilor , prin antrenarea de ctre ap de infiltraie (prin eluviere) n deplasarea sa n profilul de sol.

Poluanii aflai sub forma gazoas se realizeaz prin difuze ca urmare a existenei unui gradient de concentraie intra stratul atmosferic i porii de ap n care se afla acetia.

Datorit structurii poroase a solului, apa din acvifer se deplaseaz i ascendent, opunndu-se forelor gravitaionale, ca urmare a forelor capilare care apar ntre pereii porilor i ap. Acest fenomen are loc datorit forelor adezive dintre materialul pereilor porilor i moleculele de ap care sunt mai puternice dect forele coezive dintre moleculele de ap.

Ca urmare a fenomenelor de transformare poluantul sufer o modificare structural transformndu-se n alt compus prin:

procese chimice (oxidare, reducere, hidroliza, neutralizare, eliminare, substituie, fotoliza)

procese biologice (procese metabolice, descompunere bacterian)

procese de dezintegrare radioactive (numai n cazul elementelor radioactive)

Solul este un sistem trifazic foarte complex. Ca urmare a fenomenelor de transfer poluanii se pot distribui n toate fazele solului.

Pentru a nelege modul de rspndire a poluanilor n mediu este important nelegerea proceselor de transfer a acestora dintr-o faz n alta, dintr-un mediu n altul. Distribuia poluanilor n mediu poate fi caracterizat de fenomene de:

transfer solid - lichid;

transfer lichid lichid;

transfer lichid - gaz;

bioacumulare (transferul apei lipide)

Poluarea prin fenomene de transfer de mas are loc n sisteme eterogene, poluantul trecnd dintr-o mas n alta (apa - aer, aer - sol, apa - solid, aer- poluant, apa- poluant, etc.) prin:

evaporare/ condensare;

adsorbie/ desorbie;

absorbie/ desorbie;

solubilizare/ precipitare;

Toate aceste trei categorii de fenomene (3T) se pot desfura simultan n sistemele natural complexe.

Att procesele care au loc n sistemele omogene ct i cele care au loc n sisteme eterogene depind de:

proprietile speciei poluante;

proprietile mediilor cu care acesta vine n contact (mediul de transport, mediu receptor)

Pentru unii poluani solul se comport ca i mediu de transport (de exemplu poluanii solubili n ap sunt transportai de ap din precipitaii pn n acvifer), iar pentru alii solul reprezint un rezervor (de exemplu pentru unele metale grele care formeaz compui greu solubili).

1.1. Clasificarea poluantilor

Nu exist o clasificare unic a poluanilor. Criteriile de clasificare pot fi diverse:

1) Clasificarea dup proprietile fizice:

dup masa molecular;

dup starea de agregare (solizi, lichizi, gazoi);

dup volatilitate (nevolatili, greu volatili, uor volatili);

dup solubilitate n ap i ali solvent;

dup densitate;

2) Clasificare dup proprietile chimice:

acizi- baze;

poluani organic: azotai, fosfai, cianuri, metale grele Cd, Hg, Pb, Cr. etc.;

poluani organic: pesticide, PCBs (bifenili policlorurati), PAHs (hidrocarburi poliaromatice), BTEX (benzen, toluen, etilbenzen, xileni), compui organoclorurati;

polari- nepolari etc.

3) Clasificarea dup tipul de risc pe care n prezint:

inflamabili;

corozivi;

reactivi;

toxici;

cancerigeni;

Alte criterii de care se mai ine cont la clasificarea poluanilor sunt cantitatea produs i/sau eliminate, persistent, bioacumulare sau alte efecte ale acestora asupra mediului.

1.2. Proprietile poluanilor

a) Volatilitatea

Volatilitatea unui compus poate fi definit ca fiind tendina unei specii chimice aflate n faz lichid sau solid de a se evapora i este exprimat prin presiunea de saturaie a vaporilor de deasupra acelei faze. Pentru o temperatur dat, pentru o serie de compui presiunea de saturaie descrete rapid cu creterea masei moleculare, iar pentru un amestec este dependent de fracia molar a compusului n amestec. Volatilitatea este, n general, mare pentru compuii organic i crete cu scderea dimensiunii moleculelor compuilor. (fig.1)

Figura 1 Variaia volatilitii alcanilor cu numrul de atomi de carbon din molecul

Creterea temperaturii fazei lichide i deci a energiei cinetice pe care moleculele o posed, favorizeaz, de asemenea, trecerea moleculelor din stare lichid n stare de vapori. Acelai fenomen se ntmpl i n cazul poluanilor volatile dizolvai n Soluia solului. Pe aceast proprietare se bazeaz tehnologiile de remediere a solurilor poluate cu hidrocarburi petroliere prin antrenare cu abur sau aer fierbinte.

b) Persistenta

Persistenta unui produs chimic n mediu este dat de rezisten acestuia la transformare n procesele chimice sau biologice. Viteza de degradare depinde de condiiile de mediu, persistent fiind caracterizat prin timpul de staionare n mediu sau timpul de njumtire. Compuii organic rezisteni la degradare, care afecteaz sntatea animalelor i oamenilor i n special acei compui care au fost identificai ca fiind acumulai n lanurile trofice din zonele arctice, au fost denumii generic Poluani Organici Persisteni (POP).

n general din aceast categorie fac parte compui organic cu molecule complexe care conin cicluri aromatice i halogeni, sunt foarte stabili din punct de vedere chimic, cei mai muli dintre ei fiind compui de sintez interzii sau cu utilizare limitat, dar care au fost folosii la scar larg datorit proprietilor lor special. Dintre aceti compui fac parte i multe pesticide.

PCB (compui bifenilipoliclorurati) sunt stabil chimic i termic, utilizai drept uleiuri pentru transformatoare i condensatori de mare capacitate, fluide hidraulice i schimbtoare de cldur, uleiuri lubrifiante. n multe ri este interzis fabricarea i comercializarea acestora, dar mai exist nc multe cantiti n uz. Cei mai toxici PCB sunt cei coplanar. Acioneaz asupra sistemului imunitar, provoac psrilor, petior i mamiferelor dereglri comportamentale i de reproducere, acioneaz ca precursori de cancer.

Dioxinele (PCDD dibenzodioxine) i furanii (PCDF dibenzofurani policlorurati), din care 17 foarte toxici, se formeaz n procesele de ardere necontrolat a deeurilor, lemnului, n industrie (industria metalurgic, industria de celuloz i hrtie care folosete clorul ca agent de albire) i exist sub form de urme n erbicide pe baz de clorfexoni acid, conserventii de lemn pe baza declorfenol n amestecuri de PCB. Efectele toxice ale PCDD i PCDF sunt de aceeai natura ca i n cazul PC dar mai puternice cu risc mai crescut de apariie a cancerului.

Hexaclorbenzenul (HERB) este un subprodus n industria compuilor organo- clorurai i a ctorva pesticid. Se formeaz n procesele de ardere a deeurilor i n procesele metalurgice. Folosirea sa c pesticid este limitat. Poate provoca apariia bolii numit porfiria (boala boala enzematica genetic n care organismul produce, acumuleaz i elimina porfirine, pigment care particip la formarea hemoglobinei i a mioglobinei.

Esterii difenilploribromurati, folosii c ageni de ignifugare a esturilor echipamentelor electrice, materialelor de construcii, interioarelor de maini, produc o contaminare difuz a mediului, acionarea lor toxic fiind mai puin clarificata.

DDT (p,p` diclor difeniltricloretan) este un insecticide organoclorurat, a fost interzis i limitat n multe ri, dar nc se mai folosete mpotriva narilor n multe zone, fiind foarte eficient. Are o mare capacitate de bioacumulare mai ales prin metaboliii si (DDE i DDD) care se acumuleaz n esuturile grase ale psrilor, petilor i mamiferelor. DDT i metaboliii si acioneaz i ca disrupii hormonali i afecteaz enzimele hepatice.

Toxafenul (amestec complex de bornani i comfene) este un insecticid, persistent i periculos, care a fost utilizat pn n anii `80 n SUA mpotriva insectelor din culturile de bumbac, acum fiind interzis fabricarea i utilizarea lui. Afecteaz sistemul nervos, petii fiind extrem de sensibili la toxafen.

Clorbanul a fost folosit la controlul insectelor i termitelor prin tratarea seminelor. Unul dintre component (heptaclorul) se scindeaz ntr-un compus (heptaclor epoxid) cancerigen gsit n mediul arctic. Clorbanul afecteaz reproducerea i sistemul imunitar al vieuitoarelor.

HCH (hexaclociclohexanul) are mai muli izomeri dintre care cei , i se regsesc frecvent n mediu. Izomerul se numete linban i se utilizeaz c insecticid pentru tratarea seminelor. Alte forme ale HCH au fost interzise n mai multe ri dar continu nc s fie folosite la tratarea butenilor, cherestelei, seminelor etc. . Linbanul este o neurotoxin, acioneaz asupra sistemului de reproducere, ficatului i sistemului imunitar, fiind i promoter de cancer.

Ali compui din clasa POP sunt Dieldrinul (insecticide), Mirexul (insecticide i ignifug), Tributilinul (TBT pesticide organostanic), alte pesticide organoclorurale (Atraxin, Enbosulfat, Chlorpirifos, Clortalonil, Tera- i Pentaclorfenol i Metoxiclor), alte pesticide neclorurate (Terbufos, Metolaclor i Trifluralin)

c) Bioacumularea

Bioacumularea este un process de preluare i reinere a poluanilor din mediu de care organismele vii ca urmare a contactului repetat. Este una din proprietile definitorii ale POP mari acetia acumulndu-se n special n esuturile grase ale vieuitoarelor. Astfel concentraia unui poluant poate ajunge n peti de mai mult de 100 de ori concentraia n ap, avnd drept consecin creterea concentraiei n lanul trofic. Procesul de bioacumulare depinde de hidrofobicitatea, persistenta i toxicitatea poluantului.

Coeficientul de partiie octanol/ apa este un bun parametru de estimare a potenialului de bioacumulare a unui compus, n special pentru compuii care pot penetra membranele biologice. Cu ct valorile acestui coeficient sunt mai mari cu att mai bine se reine n organism compusul organic persistent astfel putnd i acumulat.

Bioamplificarea este un proces de acumulare de poluani n organismele vii prin lanul trofic.

Biodisponibilitatea este o caracteristic a compuilor chimici i este legat de toxicitatea lor i este evaluat prin efectul asupra unui organism c de exemplu apariia unor boli.

Biodisponibilitatea unui poluant din sol depinde de mai muli factori:

concentraia poluantului n Soluia solului: cu ct concentraia este mai ridicat cu att este mai probabil extracia radicular sau trecerea n microfauna solului;

reactivitatea solului: cu ct solul reine mai puternic poluantul (reactivitate mare) cu att va fi mai mic concentraia sa n soluia solului;

compoziia soluiei solului: interaciunea ntre diverii ioni prezeni n soluia solului are efect asupra reactivitii solului. Astfel, de exemplu valoarea pH-ului determina numrul de sarcini negative care apar la suprafa mineralelor secundare. Compoziia soluiei solului influeneaz solubilitatea substanelor;

selectivitatea extraciei sau absorbiei: capacitatea de asimilare a poluanilor difer de la un organism la altul. Absorbia se refer la procesul de nglobare a poluantului n interiorul fazei absorbante sau a organismului;

condiii fiziologice i metabolismul organismului: probabilitatea ca un poluant s fie absorbit de un organism este foarte variabil n timp. De exemplu o plant cu dezvoltare foliara mare va elimina n atmosfera prin transpiraie o cantitate mare de ap, ceea ce presupune i o absorbie radicular intense care creeaz condiii de absorbie a poluanilor din sol. Fiziologia plantelor depinde puternic de condiiile de mediu, de condiiile climatice.

d) Toxicitatea

Limita toxicitii acute este dat de concentraia poluantului care conduce la moartea a peste 50% din indivizii unei populaii date i se exprim ca doz letal la 50% () exprimat n mg/kg corp.

Toxicitatea cronic pare la administrarea de doze subletale repetate i se determina prin teste sublente, manifestndu-se prin scderea poftei de mncare, creterea mai lent, sterilitate sau alte comportri anormale i se instaleaz la doze de la 10 pn la 100 de ori mai mici dect cele de la toxicitatea acut.

Poluanii majori pot avea i alte efecte:

influenta ciclului biogeochimic la scar larg (de exemplu CFC mari, gazele care produc ploile acide);

modificarea disponibilitii nutrienilor sau a acelor compui organici necesari dezvoltrii vieii;

mirosuri neplcute (de exemplu compuii cu sulf);

culoare (de exemplu coloranii organic);

modificarea vizibilitii (de exemplu dioxid de sulf, pulberi).