Sorbentii naturali

SORBENTII NATURALI

Biodegradarea reprezinta acea caracteristica esentiala a substantelor organice care face posibile atat procesul de epurare natural, cat si epurarea biologica, si se refera la capacitatea unei substante organice de a se modifica din punct de vedere chimic sub actiunea microorganismelor.

Cel mai important proces de degradare biologica este degradarea aeroba, care consta in degradarea substantelor organice de catre microorganisme intr-un mediu bogat in oxigen si in prezenta substantelor nutritive. Acest proces este des intalnit in instalatiile de epurare biologica, in apele de suprafata sau in straturile superioare ale solului.

Eliminarea unei substante organice se realizeaza si prin degradare abiotica, sub actiunea proceselor foto-chimice din atmosfera sau a proceselor de hidroliza; procesul de degradare biologica in absenta oxigenului este cunoscut ca degradare anaeroba. Este cazul proceselor de prelucrare a namolului, sau a proceselor naturale ce se desfasoara in apele cu continut redus de oxigen. Produsii unei astfel de degradari sunt dioxidul de carbon (CO₂), metanul (CH₄) si hidrogenul sulfurat, in cazul prezentei compusilor cu sulf.

Biodegradarea cuprinde mai multe niveluri :

-biodegradarea primara, reprezinta transformarea minim necesara pentru schimbarea identitatii unei substante ;

-biodegradarea partiala, presupune desfasurarea unei succesiuni de transformari, fara a avea loc trecerea completa a substantei organice in compusi minerali ;

-biodegradarea acceptabila, consta in suma transformarilor minime necesare pentru a face sa dispara acele caracteristici care nu sunt de dorit la substanta organica respectiva (capacitatea de spumare, la agentii tensioactivi, sau culoarea la coloranti etc.) ;

- biodegradarea totala, reprezinta transformarea totala in oxizii elementelor ce compun substanta supusa biodegradrii si biomasa (rezultata in urma proceselor metabolice ale microorganismelor).

Sunt situatii cand un acelasi grad de biodegradare poate corespunde simultan la doua nivele diferite, cazul unei biodegradari primare care are drept rezultat pierderea unei caracteristici nedorite, cand acea biodegradare poate fi considerata acceptabila.

Deosebit de important, din punct de vedere al protectiei mediului, este nivelul de biodegradare care se considera normal. Exista doua puncte de vedere in aceasta privinta. Intr-un prim caz se considera biodegradarea acceptabila ca fiind suficienta pentru a asigura o protectie eficienta mediului, luandu-se in considerare numai efectele de modificare a mediului ce pot fi clar observate si atribuite substantei respective, in al doilea caz se considera ca protectia eficienta a mediului se realizeaza numai in conditiile unei biodegradari totale, atunci cand produsele biodegradarii sunt biomasa si oxizii elementelor produsului initial.

In acest al doilea caz se iau in considerare dificultatile deosebit de mari de a stabili efectele pe termen lung pe care le-ar putea avea produsii intermediari de degradare, mai ales in conditiile proceselor de acumulare ce au loc in organismele vii.

Exista numeroase exemple de substante rezultate in urma unei biodegradari partiale care au efecte toxice si periculoase.

Notiunea de biodegradare este complexa, ea integrand, alturi de caracteristicile chimice ale substantei respective, si o serie de alti factori, intre care :

- viteza de degradare ;

- natura microorganismelor folosite ;

- mediul in care se dezvolta ;

- modul de experimentare etc.

Un produs este biodegradabil atunci cand se transforma, se descompune si se elimina total in mod natural.

Poluarea reprezinta degradarea unui mediu natural prin actiunea produselor toxice.

In natura exista doua mari categorii de poluanti :

a. poluanti biodegradabili, care se descompun rapid si natural. Uneori devin o problema cand sunt introdusi in mediu dupa ce s-au descompus.

b. poluanti nebiodegradabili sunt materiale care nu se descompun sau se descompun treptat intr-o perioada lunga de timp (mai lent si nu in totalitate ) in mediul natural. Cand contaminarea mediului apare, este greu sau imposibil sa se mai inlature aceste materiale.

In contrast cu factorii poluanti din apa care necesita o tratare speciala pentru a fi eliminati, exista o categorie de substante, numite biodegradabile, care pot sau nu sa polueze mediul.

De-a lungul timpului, catastrofele ecologice provocate de deversarile masive de petrol au fost mai mult decat numeroase. Un litru de petrol, odata ajuns pe suprafata apei, formeaza o pata a carei marime poate atinge dimensiunile unei jumatati dintr-un teren de fotbal. Grosimea acestor pete este variabila, in functie de cantitatea de combustibil deversata.

Odata deversate in mediu (apa, sol/subsol) produsele petroliere suporta diverse transformari, biodegradarea fiind presupusa cea mai importanta, desi parerile specialistilor sunt impartite.

Numerosi compusi ai petrolului sunt in mare parte volatili si biodegradabili, exista totusi fractiuni, ce intra in componenta acestui combustibil, care sunt dificil de eliminat (partial biodegradabili sau nebiodegradabili).

In poluarile cu produse petroliere succesul biodegradarii depinde intr-o foarte mare masura de compozitia comunitatilor microbiene din sol si de potentialul lor degradativ. Contaminarea solului cu titei in concentratii ridicate exercita efecte toxice asupra comunitatilor microbiene active din sol, reducandu-le diversitatea taxonomica si genetica, insa, cu supravietuirea populatiilor care au toleranta fiziologica sporita si capacitatea de a utiliza substratul.

Problema depoluarii solurilor si acviferelor contaminate cu produse petroliere lichide este una dintre cele mai complexe activitati din domeniul protectiei mediului, atat sub aspect teoretic, economic cat si organizatoric. 

Lucrare: Proiect didactic Muntii Carpati - geografia Romaniei Referat: Comuna Cotnari - istoric

Depoluarea apelor si solului de produsele petroliere

In faza finala (etapa irizatiilor sau peliculelor subtiri) depoluarea solului/subsolului, se face utilizand diverse produse chimice (dispersanti), dar si materiale adsorbante.

Adsorbanti (sorbentii) au la baza trei mari categorii de materiale :

- organice naturale : turba ( peat moss ) - spill-sorb, pure sorb, enviropeat, nature sorb, cansorb etc., rumegus, ciocalai tocati, produse pe baza de carbon etc.;

- anorganice naturale : argila, perlite, vermiculite, vata de sticla, nisip sau cenusa vulcanica ;

- sintetice (realizate de om) : materiale artificiale (poliuretan, polietilena, polipropilena etc.).

Din aceste trei categorii de materiale adsorbante numai una este formata din materiale biodegradabile (organice naturale), iar celelalte doua din materiale absorbante nebiodegradabile (anorganice naturale si sintetice).

Dar ce inseamna ca un sorbent (adsorbant ) este bio/nebiodegradabil

“Non – biodegradable” is a classification for sorbents that is required for that sorbent to be put into a landfill.The sorbent is tested for it’s ability to remain in its natural biodegraded state and will not have a secondary ralease of the liquid originally sorbed. This is crucial for a sorbent to pass because if it fail the test ASTM G22-76 and ASM G21-90 (reference Test Data & Results section ) it can not ginto a landfillIf the sorbent is biodegradable it will leach or realease the liquid into the landfill through the leachate water from normal weathering ( rain, snow, etc. ). In short, the sorbents that are non- biodegradable are better for the environment and will not realease or leach the oil in a secondary realease.

In cazul adsorbantilor biodegradarea/nebiodegradarea se refera strict numai la modul lor de depozitare pe uscat dupa recuperarea aglomeratelor, ad/absorbant/produs petrolier, din zona poluata. Fiind materiale organice acest tip de absorbanti oricum se degradeaza natural in mediul fie ca sunt utilizati in actiunile de depoluare fie ca nu.Daca sunt in amestec cu produsul petrolier ei favorizeaza conditii speciale de dezvoltare a microorganismelor si implicit degradarea numai a unor fractiuni si nu a intreagii cantitati de produs petrolier deversat accidental in mediu. S-a demonstrat practic ca degradarea produsului petrolier in prezenta ad/absorbantilor biodegradabili este mult mai eficienta in sol decat pe apa.

Daca adsorbantul folosit in actiunile de depoluare este biodegradabil dupa recuperare si depozitarea lui pe uscat el va pierde sau elibera lichid prin scurgerea apei in conditii climatice normale (ploaie, zapada etc.). Degradarea absorbantului 100 % natural biodegradabil va fi mult mai rapida si intr-un timp mai scurt decat degradarea totala a intregii cantitati de produs petrolier ad/absorbit din mediu. In conditiile mentionate mai sus poluarea cu produse petroliere a mediului nu se elimina prin interventia cu absorbanti biodegradabili ci se transfera dintr-un loc in altul.

Mai mult, adsorbantii 100% naturali biodegradabili nu sunt recomandati a fi utilizati in interventiile de depoluare a mediului acvatic. Acestia nu sunt flotabili sau sunt numai partial flotabili si in cazul nerecuperarii dupa utilizare, asa cum recomanda distribuitorii sau chiar cand sunt recuperati, o partea din acestia se depun pe fundul bazinului acvatic deteminand aparitia unei poluari secundare, greu de observat si de pus in evidenta, mult mai daunatoare si periculoasa decat cea initiala.

Oamenii de stiinta sustin ca, deocamdata, exista prea putine cercetari asupra expunerii mediului inconjurator la poluarea cu petrol. O cunoastere mai buna a impactului pe termen lung a deversarilor de petrol poate aduce un avantaj major in gestionarea si combaterea efectelor asupra mediului si vietii. Titeiul lasa urme care nu pot fi sterse ani in sir.

Etapele actiunilor de interventie in caz de depoluare a mediului cu produse petroliere trebuie sa fie realizate atat de poluator, cat si de depoluator, iar autoritatile administratiei locale si ale sistemului integrat de protectie a mediului trebuie sa-si asume responsabilitatile ce tin de urmarirea realizarii si receptia finala a lucrarii de depoluare).

“Adsorbantii 100 % naturali biodegradabili, pe baza de turba, incapsuleaza hidrocarburile si le retin in structurile lor celulare. Dupa ce hidrocarburile sunt incapsulate apare actiunea naturala a microorganismelor de degradare a materiei organice (absorbanti) si rupere in mod natural a hidrocarburilor. Activitatea microbiana va rupe hidrocarburile in elementele CO₂ si apa. Aceasta rupere a hidrocarburilor apare in interiorul unei perioade de timp de la 3 luni la un an de zile si aceasta depinde de multe variabile ca lumina, oxigen, temperatura, etc. In prospectele publicitare se arata ca biodegradarea poluantului absorbit in produsul absorbant biodegradabil se produce in maximum 120 zile, daca se asigura factori principali : oxigen, apa, sol, temperatura de 10-12⁰C, la care se adauga si elemente nutritive (fosfat, azot, potasiu)”.

Biodegrdarea naturala a produselor petroliere are loc in rate foarte scazute si nu in totalitate. Biodegradarea distruge gradual produsele petroliere din deversarile si scurgerile accidentale prin metabolizarea secventiala a diferitelor clase de compusi prezenti in titei.

Bio/nebiodegradarea este considerata o simpla clasificare care se refera numai la modul si locul de depozitare a sorbentilor imbibati cu produse petroliere dupa recuperarea lor din mediu (apa sau sol/subsol), pe teren sau pe platforme betonate, si nu o conditie impusa, asa cum se practica, in prezent, in Romania. In intrega tara depoluatorii (utilizatorii ) acestor produse sunt indrumati si obligati sa foloseasca numai sorbenti biodegradabili indiferent de componenta mediului care este poluata cu produse petroliere (apa sau sol/subsol).

Situatia semnalata trebuie verificata si cat mai urgent remediata. Poluarea trebuie eliminata sau diminuata si nu transferata ca poluare secundara, dintr-un loc in altul, cu consecinte uneori mult mai grave decat poluarea primara.

In tarile occidentale si SUA, sorbentii sunt testati inainte de a primi avizul/autorizatia de utilizare prin determinarea principalelor caracteristici pe baza carora sa se stabileasca si sa se indice precis domeniul adecvat (apa sau sol/subsol ) pentru care substantele absorbante prezinta cea mai buna eficienta si randament pastrandu-si starea lor naturala pe toata perioada de interventie si sa nu elibereze dupa recuperarea din mediu si in timpul depozitarii lor lichidul original absorbit (produsul petrolier).

Actiunea de stabilire a faptului ca un produs adsorbant se degradeaza in timpul depozitarii si pierde produsul petrolier lichid este principala si cea mai importanta etapa a verificarii (testarii), in functie de care se acorda avizul de utilizare indicandu-se in acelasi timp atat tipul de produs absorbant, bio/nebiodegradabil, flotabil/neflotabil, cat si componenta de mediu careia i se potriveste cel mai bine absorbantul respectiv (apa sau sol/subsol).

In literatura de specialitate, s-a demonstrat practic ca sorbentii (adsorbantii) nebiodegradabili (sintetici ) sunt mult mai indicati de folosit in mediul acvatic poluat decat cei biodegradabili deoarece in timpul depozitarii, inainte de prelucrare (stoarcere/incinerare ), cei nebiodegradabili nu pierd/elibereaza lichidul absorbit ( produsele petroliere) si nu determina transferarea poluarii din zona poluata in alt loc nepoluat.

In interventiile de depoluare a mediului cu produse petroliere daca adsorbantul utilizat are scurgeri sau pierderi de lichid perioada de curatire a deversarii va fi mai lunga si implicit se vor folosi cantitati mult mai mari de produs, conducand indirect si la cresterea implicita a costului total al interventiei.

Din categoria absorbantilor 100 % naturali biodegradabili, cei mai des folositi in Romania, pentru depoluarea mediului (apa si sol/subsol) de hidrocarburi sunt cei pe baza de turba - spill sorb, enviropeat, peat moss, nature sorb, pure sorb etc. - din import (Canada de Nord, Noua Zeelanda, Africa de Sud etc. ) si indigeni – turba din judetul Suceava si Botosani.

Tehnologiile de depoluare care utilizeaza acesti sorbenti, „adsorbantii mileniului„ sunt simple, nu necesita utilaje speciale sau personal calificat, nu necesita colectarea lui din teren, produsele petroliere fiind degradate in timp.

Cantitatile de sorbent natural biodegradabil saturate, nerecuperate de pe suprafata apei se biodegradeaza in timp, fara a afecta calitatile mediului.

Daca se asigura conditiile optime, cum ar fi: prezenta oxigenului si a temperaturii de 10 - 12sC, la care se adauga si elemente nutritive (fosfat, azot, potasiu), absorbantii pe baza de turba se biodegradeaza prin activitatea microbiana, in maximum 120 zile”.

Este bine cunoscut faptul ca fractiunile grosiere ale produselor petroliere (tar balls) se degradeaza foarte lent si intr-o perioada foarte lunga de timp. Deseurile complexe nu pot fi inlaturate in totalitate. Aplicarea unei singure metode de depoluare nu poate fi eficienta in toate cazurile de decontaminare, ci mai curand aplicarea unei serii de tratamente.

Exista multe tari printre care si Romania care nu tin o evidenta stricta a cantitatii de deseuri provenite din diverse activitati industriale sau de alta natura, ceea ce constituie un aspect negativ in gestionarea deseurilor de natura a nu contribui la limitarea poluarii produsa de acestea, ci mai degraba la agravarea acesteia.

In ceea ce priveste soarta deseurilor de sorbent/produs petrolier rezultate in urma depoluarilor efectuate in Romania precum si a cantitatilor recuperate si livrate societatilor autorizate (abilitate) sa incinereze astfel de deseuri se pare ca nu exista inca o evidenta clara si oricand verificabila.

Se cunosc o serie de metode de interventie rapida, folosite in scopul colectarii si suprimarii scurgerilor de produse petroliere pe sol (conform U.S. EPA – Oill Spill Respons Program):

1. retinerea sau recuperarea mecanica: Este prima actiune de prevenire in cazul unor scurgeri de produse petrolier in Statele Unite. Materialele folosite sunt materiale sorbente naturale si sintetice. Retinerea mecanica este folosita pentru a captura si eventual recupera produsele petroliere. Recuperarea mecanica si prin pompare.
2. metodele chimice. Aceste medode pot fi folosite in conjunctie cu metodele mecanice. Cele mai folosite metode sunt utilizarea dispersantilor si gelurilor.
3. metode biologice. Agentii biologici (nutrienti si microorganisme) au potentialul de a asigura recuperarea produselor petroliere din zonele sensibile.
4. metode fizice. Stergerea cu materiale sorbente, spalarea cu apa sub presiune si greblarea.
5. arderea in situ este o metoda fizica de tratare in situ sau on-site.          

In prezent in Romania, se foloseste cu succes o alta metoda de depoluare a solurilor contaminate cu produse petroliere, si anume folosirea unor sorbenti naturali (turba) pentru colectarea petrolului si a produselor petroliere. Valorificarea turbei si utilizarea ca material sorbent prezinta urmatoarele avantaje: capacitate mare de sorbtie a produselor petroliere; este un sorbent non-toxic; este natural si biodegradabil; prezinta proprietati oleofile si hidrofobe, are distributie granulometrica si o capilaritate impresionanta. Produsul petrolier este retinut cu usurinta in interiorul porilor turbei prin fenomenul de absorbtie prin actiunea de capilaritate sau suctiune.