Epurarea prin Schimb Ionic a Apelor Uzate cu Conținut de Ioni de Cupru

Scopul lucrării: - epurarea apelor uzate cu conţinut de ioni de cupru.

1. Noţiuni generale

1.1 . Surse de poluare a apelor uzate cu ioni de cupru

Cuprul poate ajunge în mediul înconjurător din surse foarte variate: scurgerile de la minele de exploatare a cuprului sau a altor metale, activităţile industriale ce produc sau folosesc cupru sau compuşi ai cuprului (băi de decapare, de nichelare sau de cromare, producerea fertilizanţilor, producerea pesticidelor, chimia anorganică, producerea celulozei şi hârtiei, rafinării, etc.), producerea fierului si oţelului, prelucrarea materialelor feroase şi turnătorii, fabricarea motoarelor sau a unor componente, depozitele de deşeuri, apele uzate orăşeneşti, arderea combustibililor fosili sau a deşeurilor, corodarea conductelor sau a altor instalaţii. Printre sursele de poluare se pot enumera şi unele surse naturale: erodarea depozitelor naturale de cupru, descompunerea vegetaţiei, vulcani, incendii de pădure.

1.2. Circuitul metalelor grele în ecosisteme

Ajuns în sol, cuprul se ataşează de materialele organice sau alte componente (argilă, nisip, humus, etc.) din straturile superioare ale solului. Din acest motiv, cuprul nu migrează în sol pe distanţe mari. În mediul acvatic compuşii solubili ai cuprul prezintă o solubilitate ridicată şi pot migra pe distanţe mari sub forma dizolvată sau ataşaţi de particulele solide aflate în suspensie. Compuşii insolubili sau cei solubili ataşaţi de particule sedimentabile se acumulează în sedimentele apelor de suprafaţă. În situaţiile în care ionii de cupru sau fier se găsesc în combinaţii stabile cu agenţi complexanţi, aceştia pot migra pe distanţe foarte mari. În atmosferă ionii metalici pot ajunge din activităţile industriale, transport (uzarea plăcuţelor de frână), incendii sau din erupţia vulcanilor Particulele ce conţin cupru şi fier din atmosferă sedimentează sau sunt antrenate de precipitaţiile atmosferice şi ajung pe sol sau în mediul acvatic. În Figura 1 sunt prezentate sursele de poluare şi circulaţia metalelor in ecosistem.

Figura 1: Circulaţia metalelor în ecosistem

1.3.Toxicitatea metalelor grele

Cuprul este un bioelement necesar pentru creşterea plantelor şi animalelor. Depăşirea limitelor normale (supradoza) atrage după sine instalarea unor efecte toxice. Pe lângă aportul normal de cupru din resursele vegetale şi animale, în alimente apar contaminări cu acest element datorită folosirii pe scară largă a tratamentelor fitosanitare cu soluţii de stropit pe bază de cupru, fungicide cu cupru, precum şi din corodarea cuprului şi aliajelor sale (bronzuri şi alame, în principal). Vasele din cupru sunt rezistente la coroziune (pasivarea cuprului), efectele de corodare sunt însă accelerate de aerare şi mediu puternic acid. Deşi unele metale grele sunt esenţiale în cantităţi mici, acestea devin toxice la depăşirea unor concentraţii specifice fiecărui organism. Efectele metalelor grele sunt foarte variate şi diferă foarte mult de la un organism la altul. Ionii de Cu (II) în exces pot cauza iritarea mucoaselor, afecţiuni hepatice şi renale, probleme ale sistemului nervos urmate de depresii, iritaţii gastrointestinale, posibile modificări în ficat şi rinichi. . Deficitul de cupru determină anemie, neutropenie şi tulburări de creştere, în special la copii.

Pe solurile puternic poluate cu cupru pot supravieţui doar un număr limitat de plante. Datorită efectelor asupra plantelor, cuprul reprezintă o ameninţare serioasă pentru agricultură. Aceste efecte variază în funcţie de pH-ul solurilor sau prezenţa compuşilor organici. În sol cuprul poate întrerupe activitatea prin influenţa negativă asupra microorganismelor şi viermilor. Aceste efecte pot diminua descompunerea materiilor organice în sol.

1.4. Cadrul legislativ

Depoluarea surselor se poate face doar în urma unor studii complicate si de durată, având costuri foarte ridicate. Din acest motiv este importantă epurarea apelor uzate înaintea evacuării lor în emisar. O categorie importantă a poluanţilor toxici şi periculoşi, o reprezintă metalele grele. Legislaţia din România prevede limite foarte mici pentru metalele grele din apele uzate la evacuarea lor în emisar sau canalizări. În Tabelul 1 sunt prezentate valorile impuse de Normativul privind stabilirea limitelor de încărcare cu poluanţi a apelor uzate evacuate în resursele de apă, NTPA-001 şi Normativul NTPA-002 privind condiţiile de evacuare a apelor uzate în reţelele de canalizare ale localităţilor şi direct în staţiile de epurare":

Tabelul 1: Concentraţiile maxime admise (CMA) impuse de NTPA-001 şi NTPA-002

Indicator NTPA-001 NTPA-002

Cupru (Cu2+) 0,1 mg/l 0,2 mg/l

Normativul NTPA-001 mai prevede ca suma ionilor metalelor grele nu trebuie să depăşească concentraţia de 2 mg/l, valorile individuale fiind cele prevăzute în tabel.

Legea 311/ 2004 pentru modificarea şi completarea Legii nr. 458/2002 privind calitatea apei potabile prevede o limită a ionilor de cupru în apa potabilă de 0,1 mg/l iar pentru ionii de fier o limită de 0,2 mg/l. Ordinul nr. 161 din 2006 pentru aprobarea Normativului privind clasificarea apelor de suprafaţă după calitate în vederea stabilirii stării ecologice a corpurilor de apă clasifică apa de suprafaţă in 5 categorii de calitate în funcţie de concentraţiile poluanţilor. Valorile admise pentru fiecare categorie de apă privind concentraţia ionilor de cupru şi fier sunt prezentate înTabelul 2.