Poluarea apelor: Poluarea naturala si artificiala - poluarea biologica a apelor

Poluarea apelor este fenomenul prin care se produc modificari calitative negative ale proprietatilor naturale ale apelor, ce au ca urmare scoaterea lor partiala sau totala din folosinta. Dupa originea sursei de contaminare a apei, poluarea poate fi naturala si artificiala.

Poluarea naturala a apelor se produce prin actiunea unor surse naturale de poluare cu caracter permanent, precum sarurile minerale solubile provenite din spalarea rocilor de catre apele de suprafata sau freatice, particule solide rezultate din eroziunea solului sau datorita vegetatiei acvatice submerse si emerse care prin descompunere duce la scaderea a cantitatii de oxigen din apa sau produce substante toxice (CH₄, NH₃, H₂S). Unele surse de poluare naturala pot avea un caracter accidental, precum particulele de substante ce patrund in apa ca urmare a unor fenomene geologice (eruptii vulcanice, cutremure), meteorologice (uragane, inundatii, furtuni de praf) sau complexe, precum alunecarile de teren.

Poluarea artificiala sau antropica este cauzata de introducerea in apele naturale a unor substante poluante in mod direct sau prin deversarea apelor uzate menajere, industriale, agricole sau provenite din alte activitati umane.

Principalele surse de poluare antropica a apelor sunt:

apele reziduale comunale sau apele menajere provenite din locuinte, spalatorii sau ape pluviale urbane. Aceste ape contin cantitati mari de substante organice, detergenti si saruri minerale, au un continut microbian ridicat deci un potential epidemiologic crescut;

apele uzate industriale, provin din combinate chimice, siderurgice, fabrici de celuloza si hartie, contin cantitati mari de substante minerale dizolvate sau in suspensie si sunt in general toxice;

apele reziduale agricole, provin din sectoarele agrozootehnice, din irigatii, din apele pluviale si freatice drenate de pe suprafetele agricole cu umiditate excedentara. Aceste ape contin un numar mare de germeni microbieni, sunt incarcate cu ingrasaminte, pesticide, amendamente si au o cantitate mare de aluviuni preluate de pe suprafata ogoarelor;

surse de poluare neorganizate, precum reziduurile menajere din localitatile necanalizate, depozitele de gunoaie din albia majora a raurilor, care in timpul viiturilor sunt antrenate in apa, scurgeri accidentale de produse petroliere de la sonde, conducte de transport, rezervoare, bataluri de sonda, etc.

Serviciul de sanatate publica al SUA grupeaza agentii poluanti ai apelor in urmatoarele 8 categorii:

deseuri care consuma oxigen - sunt substante organice fermentascibile provenite din reziduuri menajere si industriale;

agenti infectanti - sunt bacterii, virusi si alte microorganisme provenite din deseurile menajere, agricole si animaliere;

substantele nutritive pentru plante - cuprind saruri de azot si fosfor care ajung in apele naturale prin spalarea terenurilor agricole de catre apele pluviale sau de irigatie;

substantele organice de sinteza, precum pesticidele;

substantele minerale - provin din spalari din industria chimica, miniera, petroliera, siderurgica, etc.;

sedimente provenite din eroziune - sunt substante care reduc transparenta si cantitatea de oxigen din apa;

substante radioactive - provin din industria extractiva sau industria energetica nucleara;

temperaturile inalte - provin din apele de racire de la termocentrale sau de la centralele nucleare.

Dupa natura agentilor poluanti se pot distinge trei categorii de poluare a mediului acvatic: poluare biologica, poluare chimica si poluare fizica.

Poluarea biologica a apelor

Poluarea biologica este provocata de patrunderea in apele naturale a unor agenti biologici, precum microorganismele(bacterii, virusi, ciuperci microscopice) sau a substantelor organice fermentascibile. Substantele organice care impurifica apele de suprafata provin din apele menajere urbane, apele uzate din industria alimentara (abatoare, fabrici de prelucrarea laptelui, fabrici de bere, de zahar), din industria celulozei si hartiei. Impurificarea apelor naturale cu substante organice favorizeaza inmultirea unor specii de germeni patogeni, aparitia si raspandirea bolilor provocate de acestia (colibaciloze, hepatite virale, holera, febra tifoida, dezinterie, etc.).

Substantele organice patrunse in bazinele acvatice din diferite surse determina, ca efecte generale, scaderea concentratiei oxigenului dizolvat, proliferarea microorganismelor patogene si a celor saprofite, marirea turbiditatii apei, afecteaza organismele acvatice filtratoare, impiedica respiratia pestilor prin colmatarea branhiilor, acopera unele specii bentonice de pe substrat si le provoaca moartea.

Efectele poluarii organice a mediului lotic

Lucrare: Concursul scolar de geografie - clasa a ix – a Lucrare: Europa - regiuni si tari - relieful, clima, hidrografia, vegetatia

Deversarea in mediul lotic a unui efluent bogat in substante organice determina perturbarea grava a ecosistemului in ansamblul sau si aparitia a patru zone care se succed in sensul curentului (figura 5.1):

zona de degradare – este zona in care apele raului se amesteca cu efluentul bogat in substante organice;

- zona de descompunere activa – zona in care bacteriile aerobe, cele anaerobe si ciupercile prolifereaza si descompun substantele organice din apa, cu consum mare de oxigen. Daca oxigenul este consumat in totalitate, zona de descompunere activa se transforma intr-o zona septica, in care se formeaza compusi reducatori si are loc moartea a numeroase specii de organisme acvatice;

- zona de restaurare sau de refacere in care prin procese de autoepurare apa isi recapata proprietatile fizice si chimice initiale;

- zona de ape curate - unde procesele de autoepurare au refacut calitatile initiale ale apei

Procesele de aotoepurare care se desfasoara in zona de restaurare induc si efecte secundare in ecosistem precum aparitia de variatii ale concentratiei de oxigen in apa, variatii ale concentratiei substantelor biogene, modificarea numarului de specii si a densitatii acestora

I – zona de ape curate; IV – zona de restaurare;

II – zona de degradare; V – zona de ape curate.

III – zona de descompunere activa

Figura 5.1. Efectele poluarii organice a unui rau asupra biocenozei acvatice.

In apele poluate cu substante organice are loc o multiplicare puternica a microorganismelor. Se dezvolta specii patogene de bacterii si ciuperci, prolifereaza, de asemenea, bacterii si ciuperci saprofite care descompun substantele organice pana la saruri minerale. Densitatea acestor microorganisme nu scade in aval de locul de deversare a substantelor organice decat dupa reducerea concentratiei acestor substante in apa.

In apele poluate cu substante organice se dezvolta o mare diversitate de forme bacteriene: bacterii aerobe, anaerobe, saprofite, etc. In apele poluate care contin cantitati moderate de oxigen prolifereaza bacterii aerobe care degradeaza celuloza, amidonul, proteinele sau specii care utilizeaza produsii de descompunere a acestor substante.

In apele fara oxigen sau in mal se dezvolta numeroase specii de bacterii anaerobe. Metanbacteriile descompun glucidele cu molecula simpla pana la CH₄, sulfatbacteriile reduc sulfatii la sulfuri si apoi la H₂S. Bacteriile amonificatoare descompun azotatii pana la NH₃.

In apele poluate cu glucide, de la fabricile de lapte sau zahar, se dezvolta bacterii saprofite precum Sphaerotilus natans, care formeaza colonii de talie mare, cu aspect gelatinos sau filamentos. In zona de descompunere activa prolifereaza un numar mare de ciuperci din genurile Mucor, Penicillium, Geotrichum, care consuma cantitati mari de oxigen si perturba astfel conditiile abiotice ale hidrobiontilor.

Populatiile algale din apele incarcate cu substante organice depind de conditiile concrete ale fiecarei zone a raului. In zona de amestec, in care exista suficient oxigen si multe substante biogene provenite din descompunerea substantelor organice, prolifereaza specii de cianoficee din genurile Oscillatoria, Phormidium, cloroficee din genul Ulothrix, fitoflagelate din genul Euglena.

In zona de descompunere activa se dezvolta abundent diatomee din genurile Gomphonema, Nitzschia, Melosira, Navicula, Surirella. In zona in care substantele organice au atins un anumit grad de mineralizare se dezvolta alga verde filamentoasa Cladophora glomerata iar in zona de restaurare alge verzi filamentoase din genul Spirigyra si fitoflagelate din genul Pandorina.

Poluarea cu substante organice a apelor curgatoare influenteaza si dezvoltarea zoocenozelor din aceste ecosisteme. In zona de descompunere activa se dezvolta specii indicatoare de ape poluate: larve de insecte cu sifon respirator lung cum sunt cele din genul Eristalis, oligochete din genurile Tubifex si Limnodrilus, larve de Chironomide, etc.

In zona septica dispar speciile de pesti si nevertebrate specifice apelor curate. Acolo unde substantele organice au atins un anumit grad de mineralizare, alaturi de alga Cladophora se dezvolta crustaceul izopod Asellus.

In zona de restaurare si cea de ape curate reapare fauna caracteristica apelor nepoluate: larve de perlide si efemeride, ihtiofauna normala a raului.

Efectele poluarii organice a mediului lentic

Poluarea apelor stagnante cu substante organice are drept consecinta eutrofizarea lacurilor, accelerarea succesiunii lor spre mlastini si degradarea lacurilor prin procese de distrofizare.

Eutrofizarea este un proces de crestere a fertilitatii apelor prin imbogatirea lor in elemente biogene, in special azotati si fosfati, proces care are ca urmare proliferarea fitoplanctonului si a macrofitelor acvatice, accelerarea sedimentarii suspensiilor din apa, colmatarea lacurilor si succesiunea lor spre mlastini.

Succesiunea lacurilor si baltilor spre mlastini se face gradat, in mai multe etape (figura 5.2):

- in stadiul I are loc acumularea de nutrienti in exces in masa apei;

- in stadiul al II - lea se produce proliferarea algelor planctonice, creste biomasa vegetala iar transparenta apelor scade. In orizontul superficial al pelagialului fotosinteza algelor este foarte intensa, se produc cantitati mari de oxigen care determina suprasaturatia apei cu acest gaz;

I – poluare crescanda;              III – descompunere anaeroba;

II – proliferarea algelor            IV – autoaccelerarea eutrofizarii prin

mobilizarea fosfatilor;

Figura 5.2. Fazele eutrofizarii apelor din balti (F. Ramade, 1981)

in stadiul al III - lea se produce moartea in masa a algelor planctonice, urmata de consumul masiv de oxigen necesar descompunerii substantelor organice, mai ales in zona profundala a pelagialului. In masa apei apare o chimioclina care separa apele superficiale, bogate in oxigen, de cele profundale, cu cantitati reduse de oxigen;

in stadiul al IV-lea are loc disparitia totala a oxigenului din stratul profundal al pelagialului, urmata de producerea unei fermentatii anaerobe, proces in urma caruia se produc substante toxice pentru hidrobionti precum amoniac, metan, hidrogen sulfurat. Este stadiul de moarte a lacului, dupa care acesta se transforma intr-o mlastina cu turba

Proliferarea algelor planctonice in apa lacurilor este conditionata de concentratia fosforului si azotului, de temperatura apei, de intensitatea radiatiei luminoase. Inflorirea apei sau bloomul algal se produce in mai multe etape (figura 5.3):

Figura 5.3. Formarea si evolutia fenomenului de inflorire a apei

(dupa Billard, 1995)

- in urma acumularii de nutrienti in masa apei are loc proliferarea algelor verzi care se localizeaza in zona superficiala a pelagialului, conditionat de cantitatea mai mare de lumina din aceasta zona. Densitatea mare de alge verzi face ca rezerva de azot sa fie rapid epuizata, proces dupa care algele mor si se sedimenteaza in mal, constituind o rezerva importanta de azot;

- in etapa urmatoare apar algele albastre care se mentin la o anumita adancime, unde intensitatea luminoasa le este favorabila. Speciile capabile de mobilitate se deplaseaza spre profundal si utilizeaza resursele de azot de la interfata apa-mal;

- ulterior, are loc proliferarea algelor albastre, care pe timp frumos se acumuleaza la suprafata apei, fie pentru ca transparenta apei le este favorabila, fie pentru ca populatia algala este batrana si incapabila de mobilitate. In conditii de turbulenta a apei (valuri, ploi), cianoficeele se disperseaza in masa apei, ajung in zone nefavorabile din punct de vedere a gradului de iluminare si mor;

- in ultima faza se produce moartea in masa a fitoplanctonului, urmata de descompunerea biomasei vegetale, proces ce are loc cu consum mare de oxigen. Biomasa ramasa in sediment se descompune in mediul anaerob sub actiunea bacteriilor, rezultand cantitati mari de amoniac, hidrogen sulfurat si metan. Asocierea acestor fenomene produce moartea in masa a hidrobiontilor din lac.

Comparand efectele eutrofizarii naturale cu cele ale introducerii de ape incarcate cu substante organice in lacuri, Mac Intyre (1971) propune termenul de distrofizare pentru a caracteriza perturbarea mediului lentic datorita poluarii cu substante organice.

Dupa Mac Intyre, etapele procesului de distrofizare a mediului lentic sunt:

stadiul A – in care in lac se acumuleaza cantitati mari de substante organice si saruri minerale aduse de efluenti;

- stadiul B – in care imbogatirea apei cu substante nutritive declanseaza proliferarea in epilimnion a cloroficeelor si cianoficeelor, in special din genul Oscillatoria;

- stadiul C – in care se produce moartea in masa a algelor, care se descompun rapid, cu consum mare de oxigen. In pelagialul lacului apare o chimioclina care separa un strat superior, bogat in oxigen de unul profundal cu cantitati foarte reduse. Are loc o accelerare a vitezei de depunere a sedimentelor pe fundul lacului si o perturbare puternica a zoocenozelor lacustre, in special a ihtiofaunei. In lacurile de munte, se reduce pana la disparitie populatia de salmonide si prolifereaza ciprinidele, in special cele fitofage;

- stadiul D – in care apar fenomene de fermentatie anaeroba, ce duc la disparitia totala a oxigenului din profundal. Prin aceste procese anaerobe in profundal se produc si se acumuleaza cantitati mari de H₂S si NH₃. Apele devin reducatoare, are loc solubilizarea fosfatilor din sedimente, care vor declansa o noua inflorire algala, cu o noua supraproductie de substanta organica;

- stadiul septic, este ultimul stadiu de distrofie a lacurilor, in care ele devin in intregime azoice.

Tabelul 5.1. Indicatori pentru procesul de eutrofizare din lacuri

Aprecierea gradului de eutrofizare a ecosistemelor acvatice lentice si incadrarea lor in diferite grade de trofie se face in functie de valoarea unor parametri chimici (gradul de saturatie in oxigen, concentratia de azot total, concentratia de fosfor total) si biologici (biomasa fitoplanctonica) (tabelul 5.1.)