ANALISI APPLICATE ALLE ACQUE. Tullia Aquila ITT «B. Focaccia»

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1 ANALISI APPLICATE ALLE ACQUE ITT «B. Focaccia»

2 Distribuzione dell acqua sulla Terra

3 Impieghi dell acqua «Dice (Selim): qui da voi si fabbrica con acqua della terra. Prendete acqua da un pozzo, da una fontana, da un fiume. Da noi si fabbrica con acqua di cielo. La raccogliamo e quando ne abbiamo un poco, impastiamo con quella. Le nostre case sono fatte di pioggia, sono più nuvole che case. E ride Selim, ride sulle case del mondo.» Erri De Luca, Tre cavalli

4 Impronta idrica L'impronta idrica è un indicatore del volume totale di risorse idriche utilizzate da un paese per produrre i beni e i servizi consumati dagli abitanti della nazione stessa. Comprende l acqua, prelevata da fiumi, laghi e falde acquifere (acque superficiali e sotterranee), impiegata nei settori agricolo, industriale e domestico e l acqua delle precipitazioni piovose utilizzata in agricoltura.

5 Inquinamento dell acqua Con l industrializzazione, l uomo è venuto ad alterare gli equilibri naturali che costituiscono il ciclo dell acqua, sia perché preleva quantità sempre crescenti di acqua, sia perché la restituisce al ciclo base inquinata.

6 Come si affronta il problema L elevato inquinamento ha reso i processi naturali di autodepurazione (sedimentazione, ossidazione, adsorbimento, ecc.) non più sufficienti a recuperare le caratteristiche originali delle acque, è necessaria la messa a punto di sistemi di depurazione specifici per ogni tipo di scarico. Si dovrebbe, inoltre, differenziare l acqua potabile da quella per altri usi, evitare di inquinarla e ricorrere a fonti alternative di rifornimento, come la dissalazione dell acqua di mare, per l uso in impianti industriali e in agricoltura. Depurazione scarichi civili

7 Classificazioni delle acque

8 Classificazione chimica In base al residuo fisso a 180 C: Acque meteoriche mg/l Acque dolci mg/l Acque salate > 30 g/l In base a particolari componenti chimici presenti

9 Fonti di approvigionamento delle Aziende Municipalizzate Qualità Le acque di falda profonda presentano i migliori requisiti di potabilità perché, prima di scaturire alla sorgente, hanno compiuto lunghi percorsi sotterranei a contatto con strati di terreno che le hanno purificate e sono meno facilmente raggiungibili da infiltrazioni inquinanti. Inoltre, a causa delle elevate P e T, sono più ricche di sali minerali rispetto a quelle freatiche. Anche le acque sotterranee sono monitorate e classificate secondo parametri di legge. Le acque superficiali destinate alla produzione di acqua potabile vengono classificate dalle Regioni in categorie (A1, A2, A3), secondo caratteristiche fisiche, chimiche e microbiologiche definite per legge. A seconda della categoria di appartenenza, le acque superficiali sono sottoposte a diversi tipi di trattamento fisico, chimico e disinfezione prima di essere utilizzate.

10 Legislazione sulle acque

11 Obiettivi di qualità La legge 152 prevede l individuazione di: Le Regioni stabiliscono programmi di monitoraggio nell ambito del piano di tutela per mantenere o adeguare le caratteristiche delle acque agli specifici obiettivi di qualità. La classificazione dello stato di qualità di un corpo idrico viene fatta sulla base dei parametri macrodescrittori (N-NH3; N-NO3; OD; BOD5; COD; Ptot; E. coli)

12 Le sostanze riducenti (organiche e inorganiche) possono essere ossidate chimicamente dall ossigeno e/o biochimicamente (solo le sostanze organiche biodegradabili) attraverso il metabolismo dei microrganismi eterotrofi presenti nel corpo idrico. Un acqua risulta tanto più attiva e favorevole alla vita quanto più il bilancio tra riducenti e ossigeno è a favore di quest ultimo. La quantità di ossigeno richiesta per l ossidazione delle sostanze riducenti viene determinata in laboratorio simulando il comportamento dell ossigeno attraverso un ossidazione con K2Cr2O7/H2SO4 (C. O. D. - Chemical Oxygen Demand) o con KMnO4/H2SO4 (I.O.D. - Immediate Oxygen Demand). La misurazione della quantità di ossigeno consumata dagli eterotrofi per l ossidazione biologica delle sostanze organiche facilmente biodegradabili (B. O. D. 5- Biochemical Oxygen Demand) si ottiene per differenza tra l O.D. (Ossigeno Disciolto) determinato in un aliquota di campione a 15 min dal suo prelievo e quello determinato in un altra aliquota dopo 5 giorni di incubazione a 20 C e al buio. Tutti i parametri sono espressi in mg/l di O2. Valori di B. O. D. 5 compresi tra 0.75 e 1.5 ppm sono accettabili per acque potabili, mentre valori superiori a 5 ppm indicano che l acqua è inquinata. Parametri analitici PARAMETRI ASPECIFICI ASSOCIABILI A PROCESSI REDOX I.O.D., O.D. (parametro specifico), B.O.D. 5, C.O.D.

13 Parametri analitici PARAMETRI ASPECIFICI ASSOCIABILI AD EQUILIBRI ACIDO-BASE acidità, alcalinità (totale e con doppio indicatore) e ph Tutti i processi metabolici dei microrganismi presenti nelle acque sono influenzati da equilibri acido-base e richiedono normalmente un ambiente neutro o appena alcalino (7 8.3). Acque con un alto contenuto di CO 2 arrivano anche a ph vicino a 4, ma valori inferiori, o superiori a 8.3, potrebbero essere indizio di inquinamento. Il ph è una espressione sintetica dell attività idrogenionica, che non tiene conto delle sostanze che lo determinano e quindi del potere tampone dell acqua. Più informativi sono l alcalinità, soprattutto quella determinata con l uso del doppio indicatore, che può consentire la determinazione di parametri specifici (OH -, CO 2-3, HCO 3- ), e l acidità. L acidità viene determinata mediante titolazione con NaOH 0.01 N usando fenolftaleina come indicatore. Il parametro è espresso in meq/l. L alcalinità si determina mediante titolazione con HCl 0.05 N usando come indicatore il solo metilarancio (alcalinità totale espressa in meq/l) o prima la fenolftaleina e poi il metilarancio (determinazione specifica di OH -, CO 2-3, HCO 3-, esprimibili in ppm, sulla base dei volumi di viraggio registrati con i due indicatori).

14 Parametri analitici PARAMETRI ASPECIFICI RELATIVI ALLE SOSTANZE IN SOLUZIONE residuo E il parametro su cui si basa la classificazione chimica delle acque. Il residuo è il complesso di sostanze solubili e insolubili che restano dopo aver allontanato l acqua. Per filtrazione si ha il residuo alla filtrazione (corpi non solubili). Allontanando l acqua per riscaldamento si ha: Residuo a 100 C (sostanze organiche e sali idrati) in stufa a 180 C, 2 h Residuo a 180 C (sostanze organiche e sali anidri) calcinazione a 550 C Residuo fisso (sali minerali) Tutti espressi in mg/l

15 Parametri analitici PARAMETRI ASPECIFICI RELATIVI ALLE SOSTANZE IN SOLUZIONE durezza e conducibilità La durezza è data dal contenuto di ioni Ca 2+ e Mg 2+ ed è un parametro importante nella classificazione di utenza delle acque. Valori elevati costituiscono un fattore di deprezzamento dell acqua, sia per uso domestico (altera sapore e tempi di cottura dei cibi, richiede maggiore quantità di sapone nei lavaggi, incrostazioni elettrodomestici) che industriale (incrostazioni). Essa però non deve assumere valori troppo bassi, altrimenti l acqua diventa aggressiva ovvero corrosiva. HCO 3 - in exc. rende l acqua incrostante, CO 2 in exc. rende l acqua aggressiva. Anche l addolcimento con resine a scambio ionico (Na + ) aumenta l aggressività dell acqua perché NaHCO 3, meno stabile dei bicarbonati di Ca e Mg, si decompone formando CO 2 : La conducibilità costituisce una misura indiretta del contenuto salino dell acqua ed è generalmente compresa tra 100 e 1000 μs/cm.

16 Parametri analitici PARAMETRI SPECIFICI RELATIVI A COMPONENTI ORDINARI metalli alcalini e alcalino-terrosi, solfati, cloruri, silice Sono sempre presenti nelle acque, anche a concentrazioni elevate, e testimoniano uno scambio attivo con i terreni (autodepurazione). I metalli alcalini e alcalino-terrosi rappresentano componenti importanti del metabolismo. Tali parametri sono tollerati a concentrazione inferiore a 1 g/l. La determinazione analitica dei metalli alcalini e alcalino-terrosi viene realizzata attraverso la Spettroscopia di Assorbimento Atomico. La determinazione analitica dei cloruri si effettua col classico metodo argentometrico di Mohr. PARAMETRI SPECIFICI RELATIVI A COMPONENTI INDESIDERABILI, che a concentrazioni basse sono essenziali all equilibrio del corpo idrico. Sono tollerati a concentrazione inferiore a 1 mg/l. azoto, fosforo, solfuri, ferro, manganese, rame e zinco (oligoelementi) L azoto, presente in forma organica, ammoniacale, nitrosa o nitrica, è quasi esclusivamente di origine organica rappresentando un indizio di processi putrefattivi in atto e, quindi, di inquinamento: protidi amminoacidi NH 3 NO - 2 NO - 3 Il nitrato nelle acque è prevalentemente di matrice inorganica. I nitriti sono tossici perché possono reagire con l emoglobina del sangue dando metaemoglobina con difficoltà al trasporto di ossigeno e, in presenza di ammine, possono formare nitrosammine che hanno azione cancerogena, mutagena e teratogena. Per la determinazione analitica dell azoto ammoniacale, nitroso e nitrico si usa la spettrofotometria molecolare.

17 Parametri analitici PARAMETRI SPECIFICI RELATIVI A COMPONENTI TOSSICI mercurio, arsenico, piombo, cromo, cianuri, inquinanti organici La loro quantità, per l azione diretta che hanno sull organismo umano, deve essere contenuta entro limiti molto ristretti, da 0.1 a 50 μg/l. Tali componenti non partecipano ai processi biologici fondamentali dei corpi idrici, ma al contrario possono comprometterli. Il piombo si determina all AA, così come il cromo totale, ma se si vuole dosare separatamente il Cr (III), meno pericoloso, e il Cr(VI), altamente tossico, si utilizza il metodo colorimetrico alla difenilcarbazide. Gli inquinanti organici sono per lo più pesticidi, tensioattivi, idrocarburi e fenoli e si determinano per via spettrofotometrica (IR per gli idrocarburi, UV-VIS per i tensioattivi) o gascromatografica. TEMPERATURA E un parametro fisico molto importante poiché condiziona la cinetica di tutte le reazioni del corpo idrico. Per le acque sorgive un suo valore costante indica un origine profonda. Per le acque superficiali valori superiori a 25 C sono indizio di inquinamento termico (es. scarichi caldi delle acque di raffreddamento), che incide negativamente sul bilancio dell ossigeno, sia direttamente, per la diminuita solubilità, sia indirettamente, per il maggiore consumo determinato dall accelerazione del metabolismo della flora acquatica.

18 Parametri analitici PARAMETRI ORGANOLETTICI colore, torbidità, sapore, odore Hanno importanza principalmente per le acque potabili. Sono parametri che determinano la gradevolezza dell acqua (l acqua deve essere salubre, ma anche gradevole) e devono risultare «accettabili per il consumatore e senza variazioni anomale». PARAMETRI MICROBIOLOGICI Coliformi ( Escherichia coli), streptococchi, clostridi Il controllo microbiologico ha lo scopo di accertare che l acqua non sia o possa diventare un veicolo di trasmissione di microrganismi patogeni. Per questo motivo ci si serve di indici microbiologici, quali la determinazione della carica batterica totale (a 22 e a 36 C ) e gli indici di contaminazione fecale. La determinazione più diffusa è quella dei coliformi fecali, l esponente più tipico dei quali è l Escherichia Coli (parametro macrodescrittore), che consente di avere indicazioni sulla presenza di germi patogeni, che con i colibatteri hanno in comune l origine (fecale) e il vettore (i liquami domestici). La differenziazione dei singoli microrganismi viene effettuata secondo lo schema seguente: Filtrazione su adatta membrana inoculazione in appropriato terreno di coltura e incubazione esame microscopico delle colonie ottenute La forma e il colore consentono l identificazione dei singoli microrganismi, mentre la conta delle colonie dà il valore del parametro microbiologico, espresso come numero più probabile di microrganismi esaminati (MPN) per unità di volume di acqua (100 ml).

19 Requisiti di potabilità di un acqua In un acqua potabile devono essere assenti: sostanze organiche, NH 3 ( 0.05 ppm), solfuri, N org, fosfati, nitriti, germi patogeni (salmonella, vibrioni ecc.) e coliformi fecali devono essere rispettati i seguenti limiti: NO - 3 < 100 ppm Cl - e SO 2-4 < 200 ppm metalli pesanti tra 0.1 e 50 μg/l a seconda del tipo il residuo fisso a 180 C non deve superare i 1500 ppm