Modele Matematice în Evaluarea de Risc Ecologic asociat Solurilor Contaminate cu Metale

1. Introducere

Contaminarea solurilor cu metale în urma diverselor activităţi industriale este la ora actuală o problema majoră. Datorită interacţiilor între diferitele compartimente de mediu, contaminanţi din sol se redistribuie în toate compartimentele de mediu cu implicaţii asupra bunei funcţionări a sistemelor biotice naturale şi stării de sănătate umană. Modul în care metalele se distribuie precum şi transformările suferite depind de proprietatile fizicochimice ale metalelor şi de parametrii de mediu. Actualmente este acceptat că un număr de caracteristici sunt în mod unic proprii metalelor şi că aceste proprietăţii unice, considerate drept principii, trebuie luate în considerare în activitatea de evaluare a riscului . Aceste principii pot fi formulate astfel:

- metalele sunt componente naturale ale mediului cu concentraţie re gională variabilă;

- toate compartimentele de mediu conţin în mod natural mixturi de metale şi cel mai adesea metalele sunt introduse în mediu ca mixturi;

- unele metale sunt esenţiale pentru sănătatea oamenilor, animalelor,

plantelor şi microorganismelor;

- chimia metalelor în mediu influenţează în mod puternic starea lor şi

efectele pe care le au asupra receptorilor umani şi ecologici;

- toxocinetica şi toxodinamica metalelor depind de metal, de forma sau compuşii metalului şi de abilitatea organismului de a regla sau stoca metalul.

Scopul principal al oricărui model matematic utilizat în procesul de evaluare a riscului sau pentru proiectarea unor tehnologii de bioremediere este să dea o estimare cantitativă a concentraţiei contaminantului în receptor cunoscând concentraţia contaminantului la sursă. Stabilirea unei astfel de relaţii cantitaive este dificilă deoarece:

a) drumul pe care îl parcurge o anumită substanţă chimică de la sursă la receptor trece prin medii diferite;

b) pe parcurs, contaminantul poate suferi mai multe transformări biochimice;

c) gradul de asimilare a contaminantului depinde de caracteristicile biologice ale

receptorului.

Figura 1: Căile de expunere pentru un receptor ecologic.

În cele mai multe situaţii receptorul acumulează contaminantul dintrun mediu care nu se află în contact direct cu sursa. Pentru determinarea concentraţiei în receptor este nevoie în mod esential de trei tipuri de modele matematice:

a) model matematic al dinamicii contaminantului în fiecare mediu;

b) model matematic al transferului contaminantului între două medii distincte;

c) model matematic al acumulării.

Dinamica metalelor în medii precum sol, aer sau apă este descrisă foarte bine de ecuaţii cu derivate parţiale de tip parabolic sau eliptic. Pentru modelarea acumulării în receptor modele de tip biodinamic sunt considerate ca fiind satisfăcătoare. În schimb, modelarea interfeţei este extrem de dificilă şi modelele existente au un caracter empiric. Această situaţie se datorează în special complexităţii proceseler de transfer şi dificultăţii de cuantificare a acestor procese.

În secţiunea trei prezentăm un model matematic al distribuţiei unui contaminant

într-un mediu format din sol şi rădăcinile plantelor care sunt cultivate pe solul respectiv. Modelarea unor astfel de compartimente este importantă atât în evaluarea riscului ecologic cât şi în proiectarea unor tehnologii de bioremediere.

2. Evaluarea riscului. Concepte de bază şi definiţii

Evaluarea riscului este un proces de identificare şi estimare a daunelor produse sistemelor ecologice sau oamenilor de diverse substanţe chimice eliberate în mediu natural . Evaluarea are ca scop principal informarea factorilor responsabili, politici şi economici, asupra măsurilor care trebuiesc luate în vedere stopării sau diminuării activităţilor implicate în emisiile poluante. Acest aspect de reglementare are la bază cuantificarea riscului şi estimarea preciziei acestei mărimi. În funcţie de cadrul legislativ în care este folosit, procesul de evaluare poate să fie structurat în mod diferit .

Î n procesul de evaluare a riscului pot fi identificate cinci activităţi esenţiale:

1. Identificarea surselor potenţiale de risc

2. Evaluarea răspunsului la doză

3. Evaluarea expunerii

4. Caracterizarea riscului

5. Analiza variabilităţii şi incertitudinii

Fiecare din aceste activităţi necesită instrumente proprii de cercetare şi o analiză amănunţită a acestora este dincolo de scopul acestei lucrări. Dar pentru a înţelege mai bine contextul în care este utilizat instrumentul matematic facem o prezentare sumară a lor.

Identificarea surselor potenţiale de risc. Printre cele mai importante surse de contaminare cu metale aminitim: depozitele cu steril rezultate în activitatea minieră, combinatele siderurgice, platformele de depozitare a resturilor menajere şi apele reziduale menajere din aglomeraţiile urbane.

Deşi nu la fel de importante, gazele de eşapament şi fertilizatoarele pot fi de asemenea surse de poluare cu metale. Compartimentele de mediu contaminate de aceste surse sunt aerul, apele de suprafaţă, solul, pânză freatică şi mediul marin.