EUTROFIZAREA ŞI INFLUENŢA EI ASUPRA ORGANISMELOR ACVATICE
1
CUPRINS
Argument .............................................. .................................................................... .............................................. ....................................pag.3 .............pag.3 Capitolul 1 - Algele........................... Algele.................................................. ............................................... ........................................pag. ................pag. 4
1.1.
Introducere Introducere în lumea lumea algelor.. algelor....... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......pa ..pag.4 g.4
1.2.
Clasificare Clasificareaa algelor algelor .......... ............... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......pag .pag.5 .5
1.3.
Alge ucigaşe ucigaşe .......... ............... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... ........p ...pag.7 ag.7
Capitolul 2 – Procesul de eutrofizare ....................................................... ...........................................................pag. ....pag. 9
2.1.Acţiunea îngrăşămintelor asupra fitoplantonului din bazinele acvatice.............pag. acvatice.............pag. 9 2.2. Caracterizarea procesului de eutrofizare................................ eutrofizare....................................................... ...........................pag.10 ....pag.10 2.3. Surse de alimentare a apelor cu substanţe eutrofizante ....................................pag.13 ....................................pag.13 2.4. Consecinţe ale eutrofizării apelor de suprafaţă ............................................. ................................................pag.15 ...pag.15 Capitolul 3 – Măsuri de limitare a impurificării impurificării apelor cu substanţe nutritive ............................................. .................................................................... .............................................. .............................................. ............................pag.16 .....pag.16
3.1. Măsuri generale .............................................. ..................................................................... .............................................. .........................pag.16 ..pag.16 3.2. Măsuri legale .............................................. ..................................................................... .............................................. .............................pag.16 ......pag.16 Capitolul 4- Prevenirea Prevenirea şi controlul eutrofizării eutrofizării .........................................pag .........................................pag.. 17
4.1. Tratarea apelor uzate ............................................. .................................................................... .....................................pag.1 ..............pag.177 4.2. Intervenţii pe bazinul de recepţie ............................................ ...............................................................pa ...................pag.18 g.18 4.3. Intervenţii asupra lacului .............................................. ..................................................................... .............................pag.18 ......pag.18 4.4. Intervenţii asupra asupra sedimentelor ............................................. ................................................................pa ...................pag.18 g.18 4.5. Intervenţii asupra factorilor energetici .......................................................pa .......................................................pag.18 g.18 Concluzii........................ Concluzii................................................ ............................................... .............................................. .........................................pag ..................pag.19 .19 Bibliografie Bibliografie ............................................ ................................................................... .............................................. .......................................pag. ................pag. 20
2
Argument
Îngrăşămintele chimice cum ar fi fosfaţii şi nitraţii folosiţi în agricultură sunt vărsate în lacuri şi râuri. Acestea se combină cu fosfaţii şi nitraţii din apa menajeră şi măresc viteza de dezvoltare a algelor. Apa poate sa ajungă "sufocantă" din cauza algelor, care sunt în descompunere şi care epuizează oxigenul din ea. Acest proces, numit eutrofizare , poate cauza moartea peştilor şi a altor forme de via ță acvatice. La sfârşitul anilor '90 în apele dintre Golful Delaware şi Golful Mexic au murit mii de peşti din cauza dezvoltării unei forme toxice de alge numită Pfisteria piscicida . Se crede că motivul pentru dezvoltarea acestei specii toxice de alge a fost saturarea cu apă a terenului agricol, excesul de apă ajungând în răuri şi apoi în mare, fosfaţii şi nitraţii ajutând dezvoltarea algelor. Inundaţiile duc pesticidele toxice şi deşeurile urbane şi industriale în lacuri şi râuri. Eutrofizarea – fenomen caracteristic lacurilor sau altor ecosisteme acvatice, ce constă în dezvoltarea excesivă a unor specii fitoplantonice, îndeosebi alge albastre, alge verzi, flagelate, diatomee, datorită pătrunderii, direct sau indirect, a unor fertilizanţi cum sunt compuşii azotului, carbonului sau cei ai fosforului. Aceste ape au un aspect caracteristic de “supă de legume” cu miros specific de peşte stricat, mucegai, şi cu o culoare anume - verde, brună roşie – după speciile de
alge
dezvoltate
în
exces.
Procesul de eutrofizare constă în îmbogăţirea acestora cu substanţe nutritive pentru plante, fapt ce determină o proliferare excesivă a algelor şi a altor plante acvatice, deteriorarea calităţii apei din punct de vedere igienic şi estetic şi apariţia de dificultăţi în prelucrarea şi utilizarea
ei
în
scop
potabil,
agricol
sau
industrial.
Am ales acestă temă, deoarece eutrofizarea – formă a poluării de tip organic – reprezintă una din consecinţele nedorite ale intervenţiilor antropice, fenomenul, în evoluţia sa, fiind extrem de complex şi, totodată, urmat de o serie de efecte al căror impact asupra mediului nu poate fi ignorat. Eutrofizarea se produce mai rar în râuri şi e mai puţin gravă ca cea pe lacuri. Se produce în multe zone şi pe cale naturală, dar de regulă lent. De aceea cel mai corect ca poluare de origine antropică ar trebui să vorbim de eutrofizare accelerată.
3
Capitolul 1
Algele 1.1. Introducere în lumea algelor
Pretutindeni, lumea plantelor cunoaşte o exuberantă dezvoltare atunci când se găseşte sub lumina caldă a soarelui, în prezenţa apei şi a substanţelor minerale; lumea aceasta este extrem de diversă şi cuprinde alcătuiri dintre cele mai neobişnuite, într-un univers pe care-l credeam cândva cunoscut în amănunţime şi cu care ne întâlnim la tot pasul. Algele
formează, în imensitatea regnului vegetal, un grup aparte, cu numeroase
specii, cele mai multe microscopice şi unicelulare, fiind în majoritate invizibile pentru ochiul trecătorului, aceste plante rămân adesea necunoscute şi ignorate; doar zilele de vacanţă petrecute pe litoralul mării ni le scot din adâncurile apei, odată cu valurile, parcă anume spre a fi văzute, şi ne lasă să le privim pe nisipul unde îşi găsesc naufragiul şi pieirea. Algele fac parte din grupul plantelor inferioare ( Thallophyta) şi, se înţelege, nu au flori şi nici seminţe. Dimensiunile lor sunt foarte variate, mergând de la lungimi de ordinul micronilor până la taluri de zeci de metri. Coloritul sub care se prezintă este extrem de bogat şi extreme de divers în nuanţe. Sunt alge portocalii şi alge violete, roşii şi albastre, verzi şi brune sau încărcate de calcar şi astfel strălucitor de albe; pot fi îmbrăcate în carcase de siliciu (ca diatomeele), de carbonaţi (ca peridineele), în teci de mucilagii, în gelatine compacte sau dimpotrivă, pot fi lipsite de cea mai strictă protecţie, adică de membrane celulară. Culorile pe care le etalează lumea algelor şi care devin schimbătoare, urmând jocul luminilor care poposesc la suprafaţa lor, se datorează unui numeros set de pigmenţi, printre care cei mai cunoscuţi fiind ficobilinele, clorofilele, xantofilele şi carotenoizii. Majoritatea algelor trăiesc în apele Terrei şi au o importanţă imensă pentru întreaga umanitate şi, în general, pentru biosferă. Aşa se explică interesul care li se acordă din ce în ce mai mult, odată cu dezvoltarea ştiinţelor biologice şi odată cu cunoaşterea potenţialului lor de a fabrica în cantităţi enorme, substanţe organice. Datorită mai ales acestor plante, oceanul este o gigantică uzină chimică de produs alimente şi oxigen. Prin marile cantităţi de proteine pe care le produc şi prin rolul trofic pe care-l joacă în apele globului, dar şi datorită unor multiple întrebuinţări în industrie, în agricultură, în farmacie şi chiar în hrana oamenilor, lumea colorată a algelor s-a impus ca un obiect de 4
studiu, speranţa de a o face să devină unul din cei mai importanţi producători de proteine ai umanităţii fiind deosebit de mare. 1.2. Clasificarea algelor
Diversitatea imensă a algelor s-a prins în 10 încrengături, pe care le prezentăm pentru a face progrese în cunoaşterea caracterelor acestui grup de plante. Sunt alge verzi ( Chlorophyta ) cele care au cromatoforul verde şi materie de rezervă amidonul; algele roşii ( Rhodophyta) cuprind pigmenţi predominanţi roşii şi strâng în celula lor amidon Floridian; algele brune ( Phaeophyta ), totdeauna pluricelulare şi marine, au plaste brune şi materia de rezervă reprezentată de laminarină, un zahăr caracteristic; diatomeele ( Baccilariophyta ) sunt alge îmbrăcate în valve silicioase, care acumulează grăsimi în citoplasma lor; peridineele ( Dinophyta ), alge cu carcasa de celuloză, bune înotătoare, străbătute pe suprafaţa lor de 2 şanţuri, unul ecuatorial şi celălalt longitudinal; alge verzi, flagelate ( Euglenophyta ); alge aurii (Chrysophyta ), cu plaste aurii şi produs de rezervă grăsimea şi leucozina; alge cu flageli inseraţi lateral, cu cromatofori verzi-măslinii sau maro-roşcat, fără reproducere sexuată ( Cryptophyta ); alge cu flageli inegali, cromatofor galben-verzui acumulând în celulă ulei ca produs de asimilaţie ( Xanthopyta ); alge cu pigmenţi predominanţi albaştri, fără nucleu ( Cyanophyta ).
5
Dacă urmărim alcătuirea unei alge verzi (referindu-ne adesea şi la structura celorlalte grupe de alge), observăm că ea are 3 părţi distincte şi anume, membrana, citoplasma şi nucleul. Constituienţii citoplasmatici, organitele algale, sunt în primul rând plastidele, mitocondriile, reticulul endoplasmatic, aparatul Golgi, vacuolele, pirenoizii; întâlnim de asemenea organite ca stigma (la Euglena), corpi fisoizi . Nucleul este cel de-al treilea constituient al celulei algale. Algele albastre conţin substanţa nucleară, dar nu şi un nucleu distinct, înconjurat de o membrană perinucleară. Spre deosebire de restul algelor şi de restul plantelor, ele formează împreună cu bacteriile grupul procariotelor. Corpul algelor (talul) poate prezenta şi unele modificări morfologice, mai cu seamă la algele superioare. La acestea putem deosebi un fel de rădăcini (rizidice sau rizoid), un fel de tulpină (cauliclice sau cauloid) şi un fel de frunze (filidice sau filoid). Deşi plante inferioare, şi la alge se poate vorbi despre o diferenţiere a ţesuturilor. Există astfel ţesuturi de creştere (meristematice), care pot fi la vârf (apicale) ca la Fucus , intercalare, ca la Laminaria , sau în scoarţă – producând îngroşarea secundară a caulidiului – ca la Ahnfeltia ; ţesuturi de apărare, ţesuturi trofice- care au rol asimilator şi secretor. Întâlnim chiar şi un ţesut conducător reprezentat la algele superioare de celule lungi, în formă de tub, cu membrane foarte subţiri, care permit substanţelor o traversare facilă. Ţesutul mecanic, reprezentat mai ales prin impregnarea unor celule (sau chiar a spaţiilor intercelulare) cu săruri de Ca, este completat de turgescenţa deosebită a celulelor periferice. Ca formaţiuni morfologice, perii (pilii) şi sebele sunt foarte frecvente pe tal. Talul ajunge la cel mai înalt grad de evoluţie la Charophiceae, unde fronda (totalitatea cladomilor, adică a filamentelor cu creştere definită care alcătuiesc talul) este prinsă prin numeroşi rizoizi de substrat şi prezintă un ax cu creştere nedefinită, adesea numit tulpină. O altă clasificare a talofitelor este cea facută de H. V. Sverdrup şi alţii (1942) care clasifică algele în 5 mari grupe, mai ales după culoare: 1. alge albastre-verzi (Myxophiceae) 2. alge verzi (Chlorophyceae) 3. alge brune (Phaeophyceae) 4. alge roşii (Rhodophiceae) 6
5. alge galben-verzi De obicei, primele 4 grupe sunt bentonice, algele galben verzi fiind mai ales planctonice.
Bazinele naturale (dulcicole sau salmastre) oferă algelor trei biotipuri fundamentale, care adăpostesc fiecare câte o formaţiune biologică proprie: a. Fundul bazinului – bentalul – adăposeşte formaţiunea biologică a bentosului b. Masa apei libere – pelagicul - constituie mediul de viaţă a planctonului c. Pelicula superficială a apei poate servi, graţie tensiunii superficiale, drept suport pentru neuston. Neustonul este confundat uneori cu “înflorirea apei”. Ca şi în cazul înfloririi apei, neustonul dă apei o coloraţie specifică, dependentă de natura algelor care-l alcătuiesc. Diferenţa constă în faptul că “înflorirea” colorează apa în masa ei până la o oarecare adâncime, iar neustonul este o formaţiune strict bidimensională, care se limitează doar la pelicula superficială a apei. Condiţiile care permit apariţia neustonului sunt, în primul rând, acelea care favorizeazî înmulţirea rapidă a unor alge în stare palmeloidă. Acestea provin, în general, din plancton şi se găsesc pe suprafaţa apei în condiţii deosebit de favorabile: iluminare optimă, lipsa animalelor planctonifage etc. 1.2. Alge ucigaşe
Spre sfârşitul verii şi mijlocul toamnei, când începe revărsarea râului Peak, pe coasta Floridei apele devin sângerii, iar aerul se încarcă cu miresme usturătoare. Milioane
7
de peşti morţi plutesc deasupra undelor şi acoperă cu un strat gros plaja litorală, atrăgând imense roiuri de muşte. Vechile populaţii amerindiene numeau acest fenomen “valul roşu” şi, prin tradiţie, oamenii erau opriţi să culeagă şi să mănânce în această perioadă moluştele comestibile, singurele care rezistau acestui val ucigător, dar care provocau îmbolnăvirea şi chiar intoxicarea mortală a consumatorilor. Şi în părţile sudice ale Mării Mediterane are loc astfel de “flux”, socotit de egiptenii antici ca un flagel trimis de zei. Analiza microscopică a arătat că “fluxul roşu” este o uriaşă aglomerare de fitoplancton. Se stabilise, de asemenea, că, pentru a se feri în perioada înmulţirii de rapacitatea peştilor fitofagi şi a numeroşilor zooplanconieri, un număr de cca. 20 de specii de alge, în special din grupul dinoflagelatelor, produc acid ascorbic şi un metabolit – numit iniţial rhamnocid care acţionează ca o toxină extrem
de puternică.
În anul 1953, 4 universităţi americane au iniţiat un studiu asupra fenomenului chimic produs de alge pe Coasta Floridei. După 3 decenii, enigma a fost parţial rezolvată, determinându-se structura brevetoxinei B – una din substanţele otrăvitoare produsă Ptychodiscus brevis. Determinarea a fost deosebit de grea, deoarece cercetătorii nu s-au putut baza pe izolarea unei toxine liposolubile din ţesuturile animalelor marine, fiind nevoiţi s-o extragă din culturi de alge izolate şi păstrate ani în şir într-un rezervor cu apă marină artificială. În acest fel s-au putut izola în final 90 mg de otravă pură, folosindu-se diverse metode moderne. Studiul publicat în anul 1983 a lămurit într-o măsură misterul înspăimântătoarelor marei roşii.
8
Capitolul 2
Procesul de eutrofizare
2.1. Acţiunea îngrăşămintelor asupra fitoplantonului din bazinele acvatice
Populaţia algală este principala verigă în determinarea productivităţii biologice a bazinelor acvatice. De cantitatea şi de calitatea fitoplantonului depinde în mare masură producţia piscicolă, asupra căreia influenţează de asemenea şi macrofitele bentale, adăposturi şi locuri de pontă ideale pentru numeroase specii de peşti. Aplicarea de îngrăşăminte duce la proliferarea bruscă a unor specii de alge din păturile superioare ale apelor şi face posibilă apariţia fenomenului de înflorire; acesta provoacă un dezechilibru în lanţul trofic al bazinului, deoarece materia organică produsă nu intră direct în hrana diverselor organisme animale, aduce cu sine pericolul de eutrofizare şi pentru că, cel mai adesea, speciile care capătă dominanţa ne prezintă o valoare deosebită nutritivă. O analiză a apelor înflorite, ca urmare a aplicării îngrăşămintelor, pune în evidenţă că dezvoltarea algelor poate depăşi volumul de 1000 cm³/m³ de apă. Cercetările desfăşurate la Nucet, în heleşteele staţiunii piscicole, au arătat că la începutul “înfloririi” numărul animalelor planctonice a crescut, mai ales când componenţa biocenozei algale era dominată de asocierea genului Ceratium şi genul Microcystis ; dar, în momentul maxim al înfloririi apei, atât zooplanconul, cât şi fauna de fund descresc până la valori dintre cele mai mici. În acest context, studiile asupra îngrăşării apelor urmează să fie intensificate pentru că înfloririle ce pot apărea să fie eliminate înainte de a periclita producţia piscicolă, şi în acelaşi timp, pentru ca substanţa organică obţinută să fie maximă. Pentru a aplica în mod raţional îngrăşămintele în bazinele piscicole, trebuie cunoscut elementul nutritiv absent din constelaţia factorilor care promovează o bună dezvoltare a fitoplanctonului. Analizele chimice sunt cele mai precise metode de identificare a elementului nutritiv care trebuie să fie aplicat, dar şi în lipsa acestora un bun cunoscător al asociaţiilor algale va intui (cu aproximaţie) compoziţia chimică a apei, după speciile dominante din biocenoze.
9
2.2. Caracterizarea procesului de eutrofizare
Eutrofizarea – fenomen caracteridtic lacurilor sau altor ecosisteme acvatice, ce constă în dezvoltarea excesivă a unor specii fitoplantonice, îndeosebi alge albastre, alge verzi, flagelate, diatomee, datorită pătrunderii, direct sau indirect, a unor fertilizanţi cum sunt compuşii azotului, carbonului sau cei ai fosforului. Aceste ape au un aspect caracteristic de “supă de legume” cu miros specific de peşte stricat, mucegai, şi cu o culoare anume - verde, brună roşie – după speciile de alge dezvoltate în exces. Aspect bine conturat al problematicii deosebit de complexe a poluării apelor de suprafaţă, procesul de eutrofizare constă în îmbogăţirea acestora cu substanţe nutritive pentru plante, fapt ce determină o proliferare excesivă a algelor şi a alor plante acvatice, deteriorarea calităţii apei din punct de vedere igienic şi estetic şi apariţia de dificultăţi în prelucrarea şi utilizarea ei în scop potabil, agricol sau industrial.
Eutrofizarea – formă a poluării de tip organic – reprezintă una din consecinţele nedorite ale intervenţiilor antropice, fenomenul, în evoluţia sa, fiind extrem de complex şi, totodată, urmat de o serie de efecte al căror impact asupra mediului nu poate fi ignorat. Nivelul poluării apelor a crescut nepermis în ultimele decenii, în special în acele regiuni de pe glob în care populaţia şi industria s-au dezvoltat puternic şi rapid, fără luarea unor măsuri privind protecţia calităţii apelor. Degradarea calitativă a numeroaselor lacuri naturale sau de acumulare a ridicat problema posibilităţii de prevenire a proceselor dăunătoare care duc la o asemenea degradare. În ţara noastră, una din zonele importante 10
care se confruntă în prezent cu acest tip de poluare o constituie Podişul Central Moldovenesc. Rolul algelor în desfăşurarea procesului de eutrofizare a bazinelor interioare este destul de bine cunoscut şi el este determinat de locul şi rolul algelor în ecosistemul acvatic; în acest sens, algele reprezintă prima verigă funcţională care utilizează surplusul de substanţe biogene, baza eutrofizării. Pe de altă parte, unele specii de alge pot servi ca indicatori ai nivelului de eutrofizare al unui bazin acvatic. În cazul lacurilor de acumulare problema păstrării calităţii apei acumulate se pune cu o deosebită stringenţă, implicând o cunoaştere aprofundată a mecanismelor fenomenelor de eutrofizare, în care formaţiunilor de alge le revine un rol însemnat. În lacurile de baraj, formaţiunile de alge participă direct, prin sporirea treptată a cantităţii de substanţă organică din ecosistem, la desfăşurarea procesului de eutrofizare naturală, proces legat şi de îmbătrânirea lacului de baraj. Ca urmare a acestui proces schimbându-se treptat condiţiile de viaţă, se modifică şi compoziţia şi cantitatea de fitoplancton: se constată în general o îmbogăţire a fitoplanctonului în specii indicatoare de condiţii eutrofe, cresc biomasa şi producţia primară a fitoplanctonului. Pe de altă parte, ca urmare a eutrofizării culturale, se constată o puternică dezvoltare cantitativă a fitoplanctonului, care poate atinge nivelul de “înflorire” a apei din lacurile de acumulare. Acest fenomen este astăzi tot mai frecvent şi se pune problema găsirii modalităţilor eficiente şi economice de combatere. (Sladeckova, 1960; Caraus, 1973) Stepanek şi colab. (1960) constată ca în lacul de baraj Frystak (Cehoslovacia) “înfloririle” sunt un fenomen comun; ele afectează calitatea apei din acest lac care serveşte ca sursă de apă potabilă. Acelaşi autor a experimentat cu succes un algicid pe baza de SO₄Cu şi NO₃Ag:la scurt timp după tratare, algele albastre au dispărut din acest lac de baraj. Speciile care produc “înfloririle”, de obicei dintre cianofite, sunt destul de variate: la diferite lacuri din U.R.S.S. s-a observat proliferarea algelor Aphanizomenon flos-aquae şi Microcystis aeruginosa (Priimacenko,1967); în lacul de baraj Beech (Tennessee, SUA), Raphidiopsis a realizat densităţi de ordinul a 3000 celule/ml (Taylor, 1972). După închiderea barajului prin care începea formarea unuia dintre cele mai mari lacuri din lume – lacul Volta (Ghana) – s-a produs o puternică “înflorire” a apei cu Anabaena aphanizomenoides (1224 filamente/ml), fenomen însoţit de o creştere a saturaţiei în O ₂ solvit, care a ajuns la 324 %; o lună mai târziu (iunie 1964), densitatea algei scăzuse la 7 filamente/ml, iar saturaţia O₂ la 16% (Biswas, 1966). Alte cianofite, Oscillatoria şi Microcystis, au produs “înfloriri” în lacul de baraj Amaravathy (India). 11
În lacul de la Bicaz au fost constatate mai multe ‘înfloriri” produse de alge, cea mai importantă ca întindere şi durată fiind cea produsă de Oscillatoria rubescens, specie considerate ca indicator de eutrofizare pentru marile lacuri (Ravera si Vollenweider, 1968; Caraus, 1970), este interesant ca în ultimii ani, aceasta specie a realizat progresiv dezvoltări tot mai însemnate, atingându-se în unele situaţii valori record de 16 g substanţă uscată la Oscillatoria rubescens la 1 L de apa (martie 1974). Aceste date constituie argumente care demonstrează rolul important al formaţiunilor de alge şi, în primul rând, al fitoplanctonului, pentru determinarea calităţii apelor din lacurile de baraj, aceasta confirmă necesitatea aprofundării studiilor privind ecologia algelor din lacurile de baraj, cercetări care au totodată şi o însemnatate fundamentală limnologică. Procesul de eutrofizare (înflorire) al apelor de suprafaţă este o consecinţă a îmbogăţirii apei cu substanţe nutritive care conduce la proliferarea excesivă a algelor şi a altor plante acvatice, la determinarea calităţii apei din punct de vedere igienic şi estetic şi la dificultăţi în prelucrarea şi utilizarea ei în scop potabil şi industrial. Acest tip de poluare (de fapt o poluare secundară) este determinată de dezvoltarea vegetaţiei acvatice ca urmare a poluării primare cu substanţe nutritive bogate în azot şi fosfor. Fosforul este de regulă, factorul iniţial al eutrofizării având un rol preponderent în proliferarea algelor. Azotul este prezent în ape sub forme variate: azot organic dizolvat, ioni de amoniu, ioni nitrit şi nitrat, azot elementar. Această diversitate explică utilizarea diferită a azotului de către numeroasele specii de plante acvatice. În general, concentraţia optimă necesară dezvoltării diatomeelor planctonice este sub un 1 mg N/l, iar pentru dezvoltarea algelor verzi şi albastre concentraţia de azot se situează peste această valoare. În dezvoltarea organismelor acvatice un rol important îl joacă şi diferite microelemente care contribuie la alcătuirea structurii organismelor ce formează comunităţile biocenotice: potasiul, magneziul, cobaltul, cuprul, zincul, fierul, manganul, molibdenul, borul, vanadiul. Constatări similare privind aportul substanţelor organice la dezvoltarea microorganismelor au fost făcute şi pentru vitamina B12, tiamina, biotina, diverşi hormoni etc. În cadrul procesului de eutrofizare se pot distinge câteva faze principale care nu trebuie delimitate strict cronologic, deoarece ele se suprapun în timp parţial sau total. Astfel, prima fază, consecinţa directă a creşterii concentraţiei în substanţe nutritive a mediului acvatic, constă în dezvoltarea rapidă a algelor şi a plantelor acvatice constituind aşa-zisa “înflorire” a apelor. Urmează descompunerea algelor care au perioade foarte scurte de viaţă. Descompunerea atrage 12
dupa sine un consum maxim de oxigen şi epuizarea acestuia din apele eutrofizate. Cerinţa crescută de oxigen este manifestată în straturile profunde unde apar condiţii anaerobe cu hidrogen sulfurat, amoniac etc. Condiţiile anaerobe împiedică fixarea normală a substanţelor nutritive în sedimentul de fund fiind favorizată recircularea acestora în ape creându-se astfel un cerc vicios. Aceste faze variază în funcţie de condiţiile geologice, ecologice, climatologice, pedologice, demografice, agricole, industriale, hidrologice care caracterizează bazinul hidrografic de alimentare. Investigaţiile efectuate de specialişti arată că acumularea elementelor nutritive creşte de la suprafaţă spre profunzime, existând o concentraţie limită anuală de încărcare suportabilă pentru lacuri. Limitele de încărcare anual admisibile pentru azot total şi fosfor total (biochimic activ ) Încărcarea
Limita inferioară a încărcării
Profunzimea medie
maximă
periculoase (g/m2)
până la (m)
tolerabilă ( g/ m2) N
P
N
P
5
1.0
0.07
2.0
0.10
10
1.5
0.10
3.0
0.20
50
4.0
0.25
8.0
0.50
100
6.0
0.40
12.0
0.80
150
7.5
0.50
15.0
1.00
200
9.0
0.60
18.0
1.20
2.3. Surse de alimentare a apelor cu substanţe eutrofizante
Intervenţia tot mai complexă a omului în transformarea naturii face să dispară delimitările existente între noţiunile de surse naturale şi surse condiţionate de activitatea omului. Se disting două surse importante responsabile de eutrofizarea apelor: surse organizate de alimentare cu substanţe eutrofizante şi surse difuze. a) Sursele organizate sunt constituite din apele uzate menajere (ca urmare a creşterii
demografice) şi industriale. Substanţele nutritive prezente în apele reziduale menajere provin din dejecţiile umane şi animale, din apele uzate rezultate de la cantine, bucătării, spălătorii, băi, care conţin cantităţi importante de detergenţi. 13
Concentraţia azotului din apele menajere este în concordanţă cu valorile fiziologice de bază sau chiar sub limitele acestora ceea ce demonstrează că în apele uzate domestice principala sursă de azot provine din dejecţiile umane. Literatura de specialitate admite că omul elimină zilnic în medie 1,6 g P/zi. Cantităţile de fosfor din apele uzate menajere depăşesc aceste valori ceea ce dovedeşţte că există şi alte surse de fosfor cum ar fi fosfaţii din compoziţia detergenţilor sau cei proveniţi din practicarea fosfatării apei pentru evitarea coroziunii. Detergenţii sunt amestecuri care, în afara produsului activ conţin şi diverse adaosuri ca polifosfaţi, carbonări, silicaţi, perboraţi. Deoarece fosfaţii şi polifosfaţii au un efect sinergic asupra capacităţii de spălare în unii detergenţi, aceştia se găsesc în cantităţi mari (20 – 30) g PO43/ 100g produs brut. Consumul mare de detergenţi contribuie la creşterea concentraţiei de fosfor direct asimilabil de către alge din apă. Apele uzate industriale conţin uneori cantităţi mari de substanţe eutrofizante. Astfel, apele uzate provenite din industria alimentară ( fabrici de drojdie de bere, sucuri, preparate din carne ) şi textilă conţin azot în concentraţii ce variază între 50 şi 140 mg/l iar P2O5 în concentraţii de 20180 mg/l. b) Sursele difuze sunt acele surse care depind de caracteristicile pedologice ale teritoriilor
bazinelor de alimentare. Prezenţa unor substanţe minerale provenite din contactul apelor cu solul influenţează mult tendinţa de eutrofizare a apelor de suprafaţă. Astfel, apele bogate în carbonaţi au tendinţa mică de eutrofizare deoarece ionii de calciu blochează cantităţile mici de fosfaţi şi anihilează efectul altor substanţe eutrofizante. Apele acide favorizează proliferarea organismelor acvatice. Eroziunea solului joacă un rol foarte important prin antrenarea de către ape a unor compuşi minerali şi organici favorizanţi ai eutrofizării. Fosforul este prezent în sol sub forma unor combinaţii organice puţin solubile ( apatita şi oxiapatita ) sau organice în cantităţi de până la 0,3 % şi nu influentează semnificativ procesul de eutrofizare al apelor care “spală” solul respectiv. Îmbogăţirea solului în azot se datorează proceselor de nitrifcare bacteriană ce au loc în straturile superioare ale scoarţei. Capacitatea de reţinere a azotului de către sol depinde de stratul de vegetaţie şi nu depăşeşte 0.15 – 0.20 %. Compuşii de azot ca şi unele săruri de potasiu pot ajunge uşor în apă datorită solubilităţii mari. O sursă importantă de substanţe nutritive antrenate de pe suprafaţa solului o reprezintă îngrăşămintele organice naturale sau chimice. Utilizarea din ce în ce mai mult a reziduurilor animale ca îngrăşământ în agricultura ecologică duce la o creştere considerabilă a conţinutului de azot, fosfor şi potasiu din sol.
14
Distribuiţia acestor elemente în porţiunea solidă şi lichidă a reziduului animal folosit în agricultură este următoarea: În porţiunea solidă : -
Azot 55 %
-
Fosfor 99%
-
Potasiu 35%
În porţiunea lichidă (urina) : - Azot 45% - Fosfor 1% - Potasiu 65% O creştere semnificativă a înregistrat utilizarea îngrăşămintelor chimice în special a celor cu azot şi superfosfaţi. Datele statistice arată că în ceea ce priveşte eutrofizarea apelor cantităţile de azot şi fosfor, care provin din îngrăşăminte chimice sunt comparabile cu cantităţile de elemente eutrofizante rezultate din activităţile umane. Aportul de azot şi fosfor din atmosferă contribuie la creşterea conţinutului mineral al apelor de suprafaţă. Se apreciază că adaosul annual de săruri de azot prin precipitaţii este de 0.2 – 2.25 g/ m3 . Poluarea aerului atmosferic cu oxizi de azot proveniţi din diverse surse are ca efect formarea smogului oxidant toxic. Oxizii de azot sunt antrenaţi de precipitaţii, ajung pe sol şi în apele de suprafaţă, unde se transformă în nitriţi şi nitraţi care îmbogăţesc apele în substanţe eutrofizante. 2.4. Consecinţe ale eutrofizării apelor de suprafaţă
Procesul de eutrofizare al apelor prezintă multiple neajunsuri:
Prezenţa insectelor la suprafaţa apei eutrofizate afectează practicarea sporturilor nautice, turismul;
Provocarea unor iritaţii ale mucoaselor şi tegumentelor înotătorilor;
Moartea în masă a peştilor sau dispariţia speciilor de peşti nobili în favoarea celor fără valoare;
Dificultăţi în exploatarea instalaţiilor de tratare a apelor in scop potabil sau industrial prin: colmatarea filtrelor, precipitarea fierului si manganului, coroziunea instalatiilor, alterarea proprietatilor organoleptice ale apei distribuite populatiei. Ca urmare a prelucrarii necorespunzatoare a apelor eutrofizate se constata prezenta unui
continut ridicat de materii organice solubilecare maresc riscul de inmultire al bacteriilor. Repercursiunile de ordin igienic si estetic ale eutrofizaria apelor impun masuri adecvate de prevenire si limitare a fenomenului.
15
Capitolul 3
Măsuri de limitare a impurificării apelor cu substanţe nutritive
3.1. Măsuri generale
Tratarea apelor înainte de deversarea în emisar
Sifonarea apelor din straturile profunde sau “spălarea lacului”
Oxigenarea apelor profunde – facilitează degradarea substanţelor organice de către microorganisme
Asanarea biologică – prin introducerea în apa de suprafaţă (în special în lacuri, iazuri ) a unor microorganisme consumatoare de alge şi alte vieţuitoare acvatice: virusuri, insecte, crustacee, etc
3.2. Măsuri legale
Reglementarea comercializării detergenţilor fără fosfor.
S-a constatat că aproximativ 50% din fosforul conţinut în apele reziduale menajere provine din detergenţii sintetici. O măsura foarte bună ar fi înlocuirea detergenţilor duri cu detergenţi moi, biodegradabili.
Limitarea fosfatării apelor uzate în scopul combaterii coroziunii;
Raţionalizarea folosirii fertilizanţilor azotaţi şi fosfatici în agricultură
Reglementarea perioadei de răspândire a fertilizanţilor organici sau chimici (perioade de precipitaţii sau dezgheţ) pentru a evita antrenarea lor în cursurile de apă. Acţionând eficient în scopul eliminarii azotului şi a fosforului din apele uzate menajere şi
industriale şi raţionalizând folosirea fertilizanţilor în agricultură se pot reduce principalii factori stimulatori ai proliferării vegetaţiei acvatice, deci se poate reduce poluarea secundară a apelor de suprafaţă.
16
Capitolul 4 Prevenirea si controlul eutrofizarii
Eutrofizarea nu trebuie privită ca fenomen unic, ci într-un context ecologic complex. Ea constituie un proces natural de îmbătrânire datorat îmbogăţirii cu substanţe nutritive (azot,fosfor etc.), care atrage după sine o creştere a productivităţii biologice. Principala carenţă a actualei teorii asupra eutrofizării constă în faptul că aceasta nu a fost elaborată în spiritual unei concepţii sistemice, ea constituind, totuşi, un proces natural de adaptare a structurilor şi funcţiilor componentelor ecosistemului la condiţiile nou apărute şi, drept urmare, interrelaţiile noi ce se creează fac parte din caracteristicile (eco)sistemului şi nu pot fi substituite unui subsistem subordonat. De aceea, necesitatea unei reformulări a problemei eutrofizării devine din ce în ce mai acută, nu numai ca o cerinţă a dezvoltării viitoare a cercetărilor fundamentale, ci şi privită prin prisma derivatelor ei aplicative. Pornind de la acest punct de vedere, vom prezenta succinct în continuare principalele măsuri de luptă împotriva procesului luat în studiu, care ar trebui luate în vedere, fiind bine cunoscute şi larg răspândite în literatura de specialitate: tratarea apelor uzate, intervenţii pe bazinul de recepţie, intervenţie asupra lacului însuşi, intervenţii asupra sedimentelor şi asupra factorilor energetici. 4.1. Tratarea apelor uzate
Substanţele nutritive cu rol esenţial în evoluţia procesului de eutrofizare a lacurilor sunt fosforul şi azotul, ambele indispensabile dezvoltării vegetaţiei. Procentul de 90-95% pentru eliminarea fosforului reprezintă o cifră complet realizabilă, în timp ce pentru azot acesta este mult mai scăzut (70% eliminare). Procedeele biologice de eliminare a fosforului şi azotului se bazează pe utilizarea nămolurilor activate şi/sau a iazurilor de stabilizare. Procentul de eliminare a azotului şi fosforului într-un bazin de stabilizare utilizând Lemna minor (“pistruii apei”) este frecvent utilizat în lume; dupa recoltare, Lemna minor pot servi în alimentaţia vitelor şi a păsărilor de curte. Eliminarea compuşilor azotaţi este un procedeu bazat pe două etape succesive: nitrificarea, respectiv denitrificarea.
17
În cadrul procedeelor chimice de eliminare a fosforului frecvent utilizate, se disting: precipitarea chimică, absorbţia pe paturi de aluminiu activate, tratamentele electrochimice şi electrodializa. Dintre procedeele fizico-chimice de eliminare a azotului, în prezent sunt utilizate: schimbul de ioni (de amoniu cu cationic de răşini schimbabili), “air-stripping” (insuflare de aer) şi metoda electrochimică, ce permite eliminarea a cca. 75% azot amoniacal şi organic. 4.2. Intervenţii pe bazinul de recepţie
Asupra bazinului de recepţie se poate interveni şi utilizând produse de înlocuire a detergenţilor fosfaţi: NTA (nitriloacetat de sodium), EDTA, acid picarboxilic (citrate), acid hidrocarboxilic, săpun şi combinaţii săpun-fosfat, carbonat şi silicat de sodium, polimeri . 4.3. Intervenţii asupra lacului
Acest tip de intervenţii cuprind: controlul chimic, controlul mecanic (recoltarea algelor sau cosirea ierburilor acvatice), controlul biologic , sifonarea şi spălarea (flushing), destratificarea şi aerarea hypolimnionului, precipitarea directă a fosforului în lac, exploziile. Principalele substanţe utilizate în cadrul controlului chimic sunt: sulfatul de cupru, ionii de cupru şi argint în amestec, ierbicidele organice, algicidele. Lupta pe cale biologică se efectuează în folosul organismelor consumatoare de alge şi ierburi acvatice sau al paraziţilor algelor. Aerarea hypolimnionului constă în aspirarea apei reci de la fund, în reoxigenarea cu aer comprimat înainte de trimiterea apei înapoi, efectuată cu rapiditate şi fără creşterea temperaturii, la nivelul la care aceasta a fost pompată. 4.4. Intervenţii asupra sedimentelor
Acestea sunt de două tipuri: -
dragarea sedimentelor de natură anaerobă de la fund si/sau
-
prevenirea schimbului de substanţe nutritive dintre sediment şi apa fundului 4.5. Intervenţii asupra factorilor energetici
Produsii chimici pot forma o peliculă foarte fină la suprafaţa apei, în scopul prevenirii penetrării luminii solare.
18
Concluzii
Fenomen cu o cauzalitate complexă şi multifactorială, eutrofizarea afectează echilibrele ecologice, influenţând în mod negativ calitatea apei.
O apă eutrofizată
constituie un habitat necorespunzător pentru majoritatea biocenozelor acvatice şi, în acelaşi timp, creează probleme deosebite prin schimbarea categoriei de folosinţă, în prelucrarea şi utilizarea apei respective. Determinarea constantă şi riguroasă a evoluţiei procesului de eutrofizare a ecosistemelor lacustre reprezintă baza pentru aplicarea tuturor măsurilor de prevenire şi combatere a acestui fenomen, legat de calitatea apei din respectivele ecosisteme. Din cele prezentate se constată că tehnicile de restaurare a lacurilor afectate de eutrofizare
sau de prevenire a fenomenului sunt numeroase, dar puţine dintre ele sunt şi
eficace . Ţinând cont de studiul actual al cunoştinţelor în domeniu şi asigurându-ne o marjă de prudenţă impusă de gravitatea şi complexitatea fenomenului, putem afirma că modalitatea optimă de lupta împotriva eutrofizării apei constă în reducerea conţinutului de fosfor şi azot provenit din surse punctuale. Prioritate se acordă fosforului, acesta fiind cel mai uşor de eliminate din apele uzate si constituind punctul comun al fenomenelor ce conduc la eutrofizare. Toate metodele de prevenire si control prezentate evidentiaza rolul activitatii umane in accelerarea procesului. O mare parte dintre procedeele cunoscute nu elimina cauza primara a eutrofizari i – excesul de substante nutritive. Deseori, efectul unor astfel de măsuri a fost de a distruge o anumită specie de alge, pentru ca, ulterior, să se dezvolte alte specii, mai rezistente. În ultimii ani, accentul s-a pus pe încercarea metodelor biologice de luptă, ce caută să restabilească un nou echilibru ecologic în condiţiile create şi nu urmăresc împiedicarea dezvoltării algelor, ci frânarea dezvoltării excesive a acestora şi eliminarea efectelor negative ale descompunerilor, fără a se renunţa la rolul de consumator de substanţe nutritive ( creşterea unor peşti algofagi şi dezvoltarea unor viruşi paraziţi ai cyanophyceelor ).
19
Puţine dintre procedeele de intervenţie asupra lacurilor sunt şi eficace, dintre acestea menţionând ca având rezultate favorabile: sedimentarea, insuflarea de aer şi sifonarea hypolimnionului.
Bibliografie
• • • • • • • • • • • •
Antonescu C.S. – „Biologia apelor“, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1967; Barnea N. - „Poluarea şi protecţia mediului“, Bucureşti, 1982; Bucur A. - „Elemente de chimia apei“, Editura HGA Bucureşti, 1999; Creţu Gh. - „Optimizarea sistemelor de gospodărire a apelor”, Ed. Falcă, Timişoara, 1980; Dima M. - „Epurarea apelor uzate urbane”, Ed. Junimea Iaşi, 1988; Malacea I. - „Bilogia apelor impurificate”, Editura Academica R.S.R., Bucureşti, 1969; Manescu S. - „Chimia sanitara a mediului”, Ed. Medicală, Bucureşti, 1994; Negulescu M. - „Canalizări”, Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1978; Negulescu M. - „Protecţia calităţii apelor”, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1981 ; Şerban P. - „Managementul apelor”, Ed. Tipored, 2006; Teodorescu I. şi colaboratorii - „Gospodărirea apelor”, Ed. Ceres, Bucureşti, 1973; Trâmbiţaşu E. - „Fizico-chimia mediului – Factorii de mediu şi poluanţii lor”, Ed. Universitatea din Ploieşti, 2002;
20
