17. Il processo di inquinamento

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Alice Boscolo
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1 17. Il processo di inquinamento Gli inquinanti emessi da una sorgente vengono immessi nell'ambiente dove si propagano con velocità e per distanze che dipendono dal tipo d'inquinante e dal tipo di flusso, variando di concentrazione e subendo trasformazioni fisiche, chimiche e biologiche

distanze che dipendono dal tipo d'inquinante e dal tipo di flusso,

2 Le principali sorgenti di inquinamento delle acque Parametri di inquinamento a) i parametri di carico autoctono: provenienza prevalentemente ascrivibile alla natura dei terreni attraversati dal corpo idrico (ad es. per dilavamento, solubilizzazione, ecc.); b) i parametri di carico ottico: di varia origine (naturale, domestica, industriale), caratterizzati dal fatto di produrre effetti di alterazione della limpidezza delle acque; c) i parametri di carico antropico: origine legata alle diverse attività umane. Scarichi idrici connessi con gli insediamenti umani, urbani od industriali;

); b) i parametri di carico ottico: di varia origine (naturale, domestica, industriale), caratterizzati dal fatto di produrre effetti di

3 d) i parametri di carico batterico: derivanti da deiezioni umane ed animali, indici di contaminazione di origine fisiologica. e) i parametri di carico tossico: connessi agli scarichi industriali (metalli tossici, cianuri, fenoli, etc...); attribuibili anche ai reflui agricoli (pesticidi) ed a sostanze in decomposizione (solfuri)

e) i parametri di carico tossico: connessi agli scarichi industriali (metalli

4 Parametri per valutare la qualità delle acque superficiali 1. BOD: quantità di ossigeno richiesta dai microrganismi aerobici per degradare le sostanze organiche presenti nelle acque (mg/l). Per praticità, si fa riferimento al BOD misurato a 5 giorni (BOD 5 ). 2. COD: quantità di ossigeno necessaria per ossidare le sostanze di origine chimica e biologica. (Inquinamento medio alto: maggiore di 20 mg/l)

presenti nelle acque (mg/l). Per praticità, si fa riferimento al BOD misurato a 5 giorni (BOD 5 ). 2.

5 3. Solidi sedimentabili: sedimentano nelle vicinanze dello scarico, con effetti negativi sul fondo del corpo ricettore 4. Solidi sospesi: di dimensioni tali da non permetterne il passaggio attraverso una membrana filtrante di porosità 0,45 m. Impediscono la penetrazione della luce solare negli strati più profondi.

Solidi sospesi: di dimensioni tali da non permetterne il passaggio attraverso

6 5. Tensioattivi: La loro presenza è indice di attività domestiche e/o di alcune attività industriali (es. industria del tessile). 6. Metalli pesanti: Provengono da varie attività artigianali ed industriali, come ad esempio quelle galvaniche. 7. Oli, grassi, solventi, cloruri, solfati, pesticidi, coliformi, ecc.

Metalli pesanti: Provengono da varie attività artigianali ed industriali,

7 Sorgenti Inquinanti Attività urbane: fisiologica, cucina, pulizia, tintorie, officine, trasporti, ecc. SS, BOD, COD, ammoniaca, fosfati, batteri, metalli, ecc. Attività agro-alimentari: allevamenti, alimentari, agraria, carta e legno SS, COD, BOD, nitrati, fosfati, ammoniaca Attività industriali: mineraria, metalli, meccanica, energia, chimica COD, SS, solventi, tensioattivi, fenoli, metalli, solfuri, grassi, ecc.

Attività agro-alimentari: allevamenti, alimentari, agraria, carta e legno SS, COD, BOD, nitrati,

8 Principali sorgenti diffuse di inquinamento delle acque e del suolo e categorie di inquinanti coinvolte Sorgente Categoria di inquinante Solidi sospesi/ sediment. BOD Nutrienti Metalli tossici Pesticidi Agenti patogeni Salinità TDS (*) Acque meteoriche urbane M L-M L H L H M N Costruzioni civili H N L N-L N N N N Modifiche assetto idrologico H N N N-H N N N-H H Miniere e cave H N N M-H N N M-H H Agricoltura Coltivazioni non irrigate Coltivazioni irrigate Pascolo Allevamenti di animali H L L-M M M L-M L-M H M N-L N-L L-H N-L N Manutenzione e taglio di M-H L-M L-M N N N N N foreste Gestione dei rifiuti N-L L-H L-M L-H L L-H N-H N-H Smaltimento fanghi di L M H L-M L H N N depurazione Accumulazione e H H M-H L-H M L N N risospensione fanghi Deposizione inquinanti M L L-M L-H L-M N-L N L-M aeriformi Fondo naturale L-H L-H M N-M N N-L N-H N-H H H H N-L N-L N H M-H N N-L N N-L N H N-L Acidi N N N ( )N = Negligible; L = Low; M = Moderate; H = High (*)TDS=total dissolved solids

H Miniere e cave H N N M-H N N M-H H Agricoltura Coltivazioni non irrigate Coltivazioni irrigate Pascolo Allevamenti di animali H L L-M M M L-M L-M H M N-L N-L L-H N-L N Manutenzione e taglio di M-H

9 Principali processi naturali di purificazione delle acque: Diluizione Sedimentazione e risospensione Filtrazione Scambio di materia gas-liquido Processi chimici e biologici

10 Scarichi di reflui in acque superficiali puntuali si immettono in una sezione ben definita (tubazione, affluente) Ipotesi 1 completo mescolamento sia in verticale che orizzontale

11 Lunghezza di mescolamento L ordine di grandezza della distanza dalla sorgente puntuale alla sezione di completo mescolamento si ottiene con le seguenti relazioni: Immissione sulla sponda Immissione centro della sezione dove: Lm = distanza dalla sorgente dove si verifica il mescolamento completo [ft] U = velocità media [fps] B = larghezza media [ft] H = profondità media [ft]

sponda Immissione centro della sezione dove: Lm = distanza dalla sorgente dove si verifica il

12 Ipotesi 2 Presenza di fenomeni di trasporto e assenza di fenomeni di dispersione (plug flow system) Nella realtà il gradiente di velocità e la presenza di zone morte limitano l applicazione di tale schema. Tuttavia di applica in alcune situazione di moto stazionario.

velocità e la presenza di zone morte limitano l applicazione di

13 Esercizio Calcolare la portata e la lunghezza di mescolamento (n di Manning=0,025)

14 Bilancio di massa nella sezione di immissione

15 Bilancio di massa Equazione di continuità per le portate In generale, le caratteristiche a monte dello scarico e quelle dello scarico sono note. Si vuole conoscere le conseguenze dell immissione di reflui, quindi calcolare s.

16 Se la concentrazione della sostanza a monte è uguale 0 La concentrazione a valle è data dalla concentrazione dell effluente ridotta del rapporto tra la portata entrante e quella totale. Effetto di diluizione Se la portata aumenta la concentrazione della sostanza a valle diminuisce

ridotta del rapporto tra la portata entrante e quella totale.

17 Bilancio di massa: l input è un affluente L ipotesi di completo mescolamento è raramente verificata.

18 Qualità dell acqua a valle di una sorgente puntuale 1. Sostanze conservative Non ci sono perdite dovute a reazioni chimiche e degradazione bio-chimica (solidi totali dissolti-tds, alcuni metalli, ecc.) Ipotesi Condizioni di moto stazionario: portata costante Variazioni di concentrazione solo dovute a variazione di portata perché la sostanza è conservativa

bio-chimica (solidi totali dissolti-tds, alcuni metalli, ecc.

19 diluizione

20 2. Sostanze non conservative Ipotesi La sostanza decade nel tempo a causa di reazioni chimiche, degradazione batterica, sedimentazione, (sostanza organica ossidabile, nutrienti, batteri, ) Decadimento rappresentato da una reazione del 1 ordine dove: A=area della sezione Q=portata s=concentrazione K=coefficiente di decadimento [1/T]

ossidabile, nutrienti, batteri, ) Decadimento rappresentato da una reazione del 1

21 Condizioni al contorno s=s o per x=0 Se dq/dx=0 Si definisce tempo di permanenza media nel tratto di fiume x il rapporto x/u, quindi

23 Analisi temporale In alcuni casi, si rende necessario descrivere la variazione nel tempo della qualità dell acqua a valle di una immissione. 1. Assenza di dispersione Ovvero assenza di mescolamento lungo l asse longitudinale, ma completo mescolamento nella sezione (plug flow) Ciascuna particella non interagisce con le particelle che la precedono e la seguono. Ciascuna particella mantiene la propria identità.

25 s=s o (t) per x=0 La concentrazione è data dall effetto di diluizione e della perdita per decadimento

26 2. Effetto della dispersione Presenza di mescolamento lungo l asse longitudinale, specialmente dovuto a gradiente di velocità E x =coefficiente di dispersione longitudinale [L 2 /T] Q=costante, A=costante, unico input s proveniente dello scarico)

27 2.a Input istantaneo M=massa della sostanza immessa U=velocità media del corso d acqua E x =coefficiente di dispersione longitudinale A=area della sezione trasversale K=coefficiente di decadimento

28 x=fissato t=variabile Curve strette indicano debole dispersione e quindi situazioni vicino al plug flow

29 x=variabile t=fissato

30 2.b Input rettangolare L input varia tra 0 e un valore costante, rimane costante per un certo intervallo di tempo e poi torna nuovamente a 0.

31 Calcolato usando relazioni empiriche (funzione di grandezze idrauliche) coefficiente di dispersione longitudinale E x Stimato attraverso la curva concentrazione-tempo

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