ACQUA DI QUANTA ACQUA HA BISOGNO L UOMO? Corso di laurea in Biologia Indirizzo Biologia Sanitaria

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO Corso di laurea in Biologia Indirizzo Biologia Sanitaria Igiene dell acqua: ciclo, approvvigionamento, inquinamento Prof. P. Cavallo ACQUA Perché l acqua riveste un ruolo fondamentale nella vita di ogni essere vivente? Perché essa rappresenta il componente più importante delle cellule viventi, coinvolto in tutte le funzioni indispensabili per la vita. Anche il più semplice organismo, come un organismo unicellulare, risulta essere costituito da 2 DI QUANTA ACQUA HA BISOGNO L UOMO? Persona Usi civili Agricoltura Industria 3 1

2 IL CICLO DELL ACQUA L idrosfera condiziona il clima, che nella sua costanza permette il mantenimento dei ghiacciai, conservando l equilibrio fra le terre emerse e le sommerse, e le piogge che condizionano la fertilità dei suoli. Considerando l idrosfera nel suo insieme, risulta subito evidente che la quantità di acqua in essa rimane sempre costante, in quanto il volume di acqua è in continuo riciclo. 4 PRECIPITAZIONI ANNUE IN ITALIA Dalle acque piovane e dalla loro destinazione sulla terra dipende l approvvigionamento idrico dell uomo. La massa d acqua che cade sull Italia ogni anno subisce un destino ed un utilizzo diversi. 5 DOVE VA A FINIRE LA PIOGGIA? Parte di essa evapora nuovamente a contatto della superficie terrestre; Parte precipita sotto forma di neve e sulle cime dei monti o a determinate latitudini costituisce i ghiacciai, permanenti o ciclici; Parte di esse costituisce le acque superficiali, formate da laghi, fiumi, torrenti che normalmente terminano nei mari; Parte penetra nel terreno e, scendendo nel sottosuolo, si raccoglie sugli strati impermeabili di terreno formando le falde e dando origine alle acque telluriche. 6 2

3 ACQUE DESTINATE ALL USO POTABILE ACQUE METEORICHE Sono le acque piovane tal quali. Sono, teoricamente, prive di germi oltre che prive di sali. In pratica, sia per la carenza di sali minerali che per i germi sospesi nell aria con il pulviscolo atmosferico (raccolto dalle prime piogge), sia per la presenza, sui tetti e nelle cisterne di raccolta, di microrganismi vari, esse non sono potabili. 7 ACQUE SUPERFICIALI Sono le acque dei fiumi e dei laghi, habitat naturale di numerosi microviventi, anche se con variazioni per singoli luoghi o stagioni. I fattori di rischio sono dipendenti dal dilavamento di superfici, anche vastissime, che esse compiono prima di raccogliersi, ed anche dalla eventuale immissione in esse di liquami e scarichi industriali. 8 ACQUE TELLURICHE Sono le acque meteoriche che, penetrando e percolando attraverso gli strati permeabili del terreno, si arricchiscono di sali e si purificano. Quando esse si depositano su uno strato impermeabile del terreno si raccolgono e formano la FALDA che può essere Superficiale o Profonda. La falda superficiale è compresa tra la superficie ed uno strato impermeabile. La falda profonda è compresa tra strati impermeabili, posti sopra e sotto, e quindi è più protetta da inquinamenti provenienti dalla superficie (fogne, industrie etc.). 9 3

4 ACQUA POTABILE Quando parliamo di acqua potabile ci allontaniamo dal concetto chimico di composto puro formato da sola H2O, in quanto ogni acqua potabile ha un suo contenuto di sali minerali (Na, K, Ca, Mg ). La composizione dell acqua è influenzata dalla composizione del terreno attraverso cui passa. La presenza dei sali minerali è fondamentale perché essi sostituiscono quelli che l organismo perde nei processi fisiologici. 10 REQUISITI PRINCIPALI DI POTABILITÀ Essere gradevole: sia dal punto di vista olfattivo che gustativo. Essere usabile: consentire l ottenimento degli scopi a cui viene destinata,cottura degli alimenti, pulizia della persona e della casa,etc. Essere innocua: non contenere alcuna sostanza o organismo di qualsiasi origine e natura che possa provocare effetti di danno alla salute umana. 11 PARAMETRI DI QUALITÀ Organolettici: riferiti ai sensi dell uomo (colore, odore, sapore, torbidità) Fisici: ph, conducibilità, temperatura Chimici: cloruri, solfati, calcio, magnesio, durezza, ammoniaca, nitrati, ossidabilità, ferro, rame, cloro residuo, cadmio, piombo, benzene, antiparassitari etc. Microbiologici: carica batterica totale a 22 e 27 C, coliformi totali e fecali, streptococchi fecali, spore di clostridi solfito-riduttori. 12 4

5 PARAMETRI ORGANOLETTICI: ASPETTO Limpidezza : è un carattere organolettico indispensabile. Una torbidità permanente dovuta a sospensioni di sali, non è pericolosa (es.: acque termali!). Una torbidità transitoria, improvvisa, specie dopo forti piogge, può indicare una infiltrazione di acque superficiali nella rete idrica e quindi pericolo d inquinamento. Nelle acque potabili va ben distinta la falsa torbidità, dovuta a molti gas disciolti in alcune acque, che sgorgano lattescenti, ma ben presto diventano limpide. Colore : può dipendere da molti fattori. Ci possono essere acque brune, per materiali torbosi, giallastre per sali di ferro, etc. Pur non essendo pericolose sono male accette: una acqua potabile deve essere incolore. 13 PARAMETRI ORGANOLETTICI: ASSAGGIO Sapore : l acqua potabile deve essere di sapore gradevole in virtù dei sali ed i gas disciolti in essa. Hanno sapore metallico le acque contenenti sali ferrosi,acidulo le acque che contengono anidride carbonica,terroso e/o amaro se sono presenti in quantità eccessiva, sali di calcio o di magnesio. Odore : ci sono acque potabili con odore sulfureo (termali!). Odori erbacei, putridi, terrosi possono essere segno di pericolose infiltrazioni superficiali. Generalmente l acqua potabile è definita inodore. 14 PARAMETRI FISICI: TEMPERATURA Viene misurata tramite termometro, ed è uno dei pochi parametri che vanno obbligatoriamente determinati al momento del campionamento, perché il trasporto la potrebbe modificare. Una buona acqua deve possedere una temperatura compresa tra i 10 e i 15 gradi centigradi. La normativa attuale la considera accettabile fino a 25 gradi. Variazioni improvvise di temperatura indicano l infiltrazione di acqua di altro genere in quella che stiamo campionando. 15 5

6 PARAMETRI FISICI: CONDUCIBILITÀ L'acqua ad elevata purezza ha una conducibilità elettrica estremamente bassa. In presenza di sostanze ionizzate o dissociate si verifica un aumento della conducibilità elettrica proporzionale alla loro concentrazione. La misura della conducibilità elettrica di un'acqua corrente, pertanto, permette di ottenere una informazione circa il suo grado di mineralizzazione. 16 PARAMETRI FISICI: VALORI DI CONDUCIBILITÀ Per la maggior parte degli usi agricoli e urbani l'acqua dovrebbe avere una conducibilità elettrica inferiore a micros/cm. Per gli usi domestici è preferibile un'acqua con una conducibilità inferiore a 750 micros/cm. Variazioni improvvise di conducibilità, come per la temperatura, indicano l infiltrazione di acqua di altro genere in quella che stiamo campionando. 17 PARAMETRI CHIMICI Gli esami chimici a cui viene sottoposta un acqua destinata ad uso potabile perseguono due scopi : stabilire se il suo contenuto in minerali è tale da corrispondere ai requisiti di potabilità ; ricercare sostanze aventi il significato di indici chimici d inquinamento 18 6

7 PARAMETRI CHIMICI: IL PH Il suo controllo è molto importante perché quasi tutti i trattamenti di potabilizzazione sono influenzati dal ph. Inoltre, le proprietà corrosive ed incrostanti di un acqua dipendono, in larga misura, dal valore del ph. 9,5 ph 6,5 19 PARAMETRI CHIMICI: IL RESIDUO FISSO Il contenuto totale in minerali per le acque destinate ad uso potabile viene stabilito con il Residuo fisso. Esso esprime il totale dei sali in soluzione e in sospensione nelle acque. I suoi limiti variano dai 100 mg ai 500 mg per litro. Acque che ne contengono di più risultano pesanti alla digestione, quelle a contenuto minore vengono classificate come oligominerali e sono indicate per quei soggetti che presentano determinate patologie quali le calcolosi renali. 20 PARAMETRI CHIMICI: LA DUREZZA Per durezza di un acqua si intende la quantità di cationi multivalenti in essa contenuti; poiché i cationi multivalenti presenti in quantità rilevante sono generalmente ioni calcio e magnesio, col termine durezza si indica, in senso restrittivo la loro concentrazione. Si dicono acque dure quelle che ne contengono molti, molli quelle che ne contengono pochi. La durezza si definisce anche come la capacità dell acqua a precipitare sapone di Marsiglia(definizione storica), e per questo si esprime in gradi francesi. 21 7

8 PARAMETRI CHIMICI: TIPI DI DUREZZA Si indicano tre tipi di durezza : Durezza Totale che indica il contenuto totale di questi sali. Durezza Temporanea che indica il contenuto in bicarbonati, così detta in quanto col riscaldamento questi sali scompaiono (precipitano). Durezza Permanente che indica il contenuto degli altri sali alcalino terrosi quali i solfati, cloruri, nitrati, fosfati ecc. che non scompaiono con l ebollizione. 22 INCONVENIENTI DA ACQUE MOLTO DURE Incrostazioni di caldaie e tubature delle industrie; Consumo eccessivo di sapone, che fa difficilmente schiuma; Cattiva cottura dei vegetali in genere, e dei legumi in particolare, per combinazione dei sali alcalino terrosi con la cellulosa; Cattiva estrazione degli alcaloidi (caffè, the, etc). 23 PARAMETRI CHIMICI: SOLFATI E CLORURI Lo ione solfato è una specie chimica normalmente presente in tutte le acque naturali in quantità variabili, a seconda della geologia dei terreni, da pochi milligrammi a qualche centinaio di milligrammi per litro. I cloruri sono normalmente presenti in quasi tutti i tipi di acqua ma la loro presenza,al di sopra di una soglia relativa di concentrazione, può essere infatti considerata, in alcuni casi, come un indice di eventuale inquinamento antropico. 24 8

9 INDICI CHIMICI D INQUINAMENTO Hanno una importanza sempre più crescente da quando l industrializzazione ha cambiato radicalmente le economie, e la stessa agricoltura di un paese. Di conseguenza si è contaminato il suolo e anche l aria con sostanze che si ritrovano in tutta l idrosfera. Oggi si ricerca nelle acque la presenza tutte quelle sostanze che rappresentano, anche se in tracce, una minaccia alla salute come: pesticidi e diserbanti, fertilizzanti, piombo, cromo, cadmio, ferro etc. 25 INDICI CHIMICI D INQUINAMENTO DA ATTIVITÀ PRODUTTIVE Pesticidi, Diserbanti, Fertilizzanti: presenti a seguito di uso non controllato. Piombo: può dar luogo a veri avvelenamenti, di esso non devono essere presenti nemmeno tracce. Ferro: si tollerano tracce minime (0,3-0,5 mg/litro). Metalli pesanti : Cromo, Cadmio, Bromo etc. sono indici di inquinamenti industriali ( lavorazione pelli ) e non devono essere presenti neanche in tracce. 26 INDICI CHIMICI D INQUINAMENTO ORGANICO Sono analisi e prove che tendono a svelare la presenza di sostanze non tossiche di per se stesse, ma che stanno ad indicare una contaminazione da sostanza organica ( feci, urine, organismi in decomposizione). E noto che la materia organica presente sul terreno va incontro a fenomeni putrefattivi di origine microbica, per cui le proteine vengono scisse in ammoniaca, nitriti, nitrati e lasciano residui di cloro, zolfo, fosforo, ecc. 27 9

10 INDICI CHIMICI D INQUINAMENTO ORGANICO: SIGNIFICATO La loro presenza e/o la presenza di prodotti da essi derivati, si accompagna con la sicura compresenza di microrganismi patogeni e rappresenta indice di inquinamento e di non potabilità. Gli indici ricercati sono numerosi: tra essi i più importanti sono carbonio organico totale (TOC), ammoniaca, nitrati, nitriti, cloruri, fosforo, idrogeno solforato. 28 INDICI CHIMICI D INQUINAMENTO ORGANICO: T.O.C. Il Total Organic Carbon o Carbonio organico totale, è una misura della quantità di carbonio legato in un composto organico. In un campione d'acqua il carbonio è solitamente presente sia sotto forma di composti inorganici (carbonati, bicarbonati e anidride carbonica) che di composti organici. Le diverse frazioni di carbonio si definiscono: TC Carbonio totale (somma di TIC e TOC) TIC Carbonio inorganico totale TOC Carbonio organico totale 29 INDICI CHIMICI D INQUINAMENTO ORGANICO: COMPOSTI AZOTATI La presenza dell azoto ammoniacale in un ambiente idrico è quasi sempre connessa a fenomeni di inquinamento in atto di natura organico-biologica. I nitriti costituiscono una fase intermedia della degradazione dell' azoto organico e si ritrovano nelle acque per decomposizione biologica di sostanze di natura proteica. La loro presenza assume il significato di inquinamento di origine recente. I nitrati sono il risultato dell ultimo stadio dell ossidazione dell azoto proteico

11 INDICI MICROBIOLOGICI I principali indicatori di inquinamento microbiologico che vengono sempre ricercati per valutare la potabilità di una acqua sono: Carica batterica totale, a 22 e 37 C; Coliformi totali e fecali (Escherichia Coli o colibatteri ); Streptococchi fecali (o Enterococchi); Spore di Clostridi solfito riduttori. 31 INDICI MICROBIOLOGICI: CBT A 22 E 37 C La Carica Batterica Totale o CBT si determina mediante il conteggio delle colonie su terreno PCA. Essa è un parametro che permette di rilevare un gruppo eterogeneo di microrganismi aerobi che hanno differenti capacità metaboliche e richieste nutrizionali. L uso di temperature diverse permette di mettere in evidenza microrganismi mesofili (a 37 C) e psicrofili (a 22 C). 32 INDICI MICROBIOLOGICI: VALORI AMMESSI PER LA CBT Carica batterica a 36 C ufc/ml Carica batterica a 22 C ufc/ml Potabili Senza variazioni anomale Senza variazioni anomale Minerali alla fonte Minerali Imbottigliate Piscina Immissione Piscina vasca

12 INDICI MICROBIOLOGICI DI CONTAMINAZIONE FECALE I Coliformi, inclusi nella famiglia delle Enterobacteriaceae, sono presenti nel materiale fecale di origine umana e vengono considerati indicatori di contaminazione delle acque. Tuttavia, poiché il gruppo dei coliformi contiene numerose specie ampiamente diffuse nell ambiente, il sottogruppo dei coliformi fecali ha assunto un significato più specifico. Le più recenti normative sulle acque, in ogni caso, fanno riferimento alla specie Escherichia coli, il quale, insieme agli enterococchi, rappresenta un parametro più specifico ed accurato di contaminazione da materiale fecale. 34 INDICI MICROBIOLOGICI: COLIFORMI TOTALI Vengono ricercati mediante filtrazione dell acqua (100 o 250 ml) su membrane che poi sono poste in piastra di coltura con terreno specifico (Mendo Agar). Il conteggio avviene direttamente su piastra, ed è espresso il UFC/100 o UFC/250 ml. 35 INDICI MICROBIOLOGICI: ESCHERICHIA COLI L O.M.S. ha riconosciuto la specie E.Coli come indicatore primario di contaminazione fecale nelle acque. La ricerca si esegue come per i Coli totali, ma con un diverso terreno specifico (Lattosio Tergitolo TTC)

13 INDICI MICROBIOLOGICI: ENTEROCOCCHI La loro presenza nelle acque è da mettere in relazione a sicura contaminazione di origine fecale, e se presenti nelle acque in distribuzione sono un segnale della ridotta efficienza del sistema di trattamento delle acque. Per la coltura si usa il terreno di Slanetz e Bartley. 37 INDICI MICROBIOLOGICI: STAFILOCOCCHI PATOGENI La ricerca nelle acque potabili è significativa in quanto sono in grado di sopravvivere in condizioni ambientali sfavorevoli e rappresentano un importante indice di contaminazione poiché sono resistenti al cloro e indicano bassa efficienza del trattamento subito dall acqua. Terreno: Baird Parker. 38 INDICI MICROBIOLOGICI: PSEUDOMONAS AERUGINOSA E un microrganismo caratterizzato da una elevata capacità di adattamento, si rileva in tutti gli ambienti umidi, in grado di crescere in acqua distillata e di sopravvivere nei disinfettanti. E un microrganismo prettamente ambientale e la sua presenza è difficilmente correlabile a quella degli indicatori fecali. E facilmente rilevabile in condizioni di stagnamento delle acque, è in grado di installarsi nei serbatoi, nei rompigetto dei rubinetti e nelle apparecchiature ad uso domestico per il trattamento delle acque potabili. E multi-resistente agli antibiotici, e può essere responsabile di infezioni cutanee,otiti e infezioni 39 oculari. 13

14 INDICI MICROBIOLOGICI: CLOSTRIDI SOLFITO RIDUTTORI La maggior parte dei clostridi sono saprofiti e vivono negli strati superficiali del suolo, alcune specie vivono nell intestino di alcuni animali,compreso l uomo ed alcune sono patogene. Cl.Perfringens è anaerobio obbligato, è presente nelle feci umane, può essere responsabile della gangrena gassosa,di setticemie e di gravi tossinfezioni alimentari. Terreno: m-cp agar. 40 FILTRAZIONE E DEPURAZIONE DELLE ACQUE POTABILI La depurazione si ottiene copiando quanto avviene in natura per le acque del sottosuolo. Con questo procedimento, le acque chiarificate in seguito a sedimentazione, vengono depurate mediante filtri lenti o filtri rapidi. I due tipi si differenziano per il processo su cui sono basati e sono anche detti: Filtri inglesi (lenti) Filtri americani (rapidi) 41 FILTRI LENTI Costituiti da sei strati di sabbia e ghiaia, richiedono un certo tempo perché sulle particelle si formi in modo naturale una membrana biologica formata da saprofiti acquatici che assorbono ogni sostanza organica dall acqua che passa, con una resa del filtro : 0,5 1,5 m 3 per m 2 di superficie, e capacità di purificazione del 99%. Tendono ad intasarsi quando la membrana cresce oltre misura, e quindi vanno svuotati, ripuliti e poi debbono avere il tempo di riformare la membrana stessa

15 FILTRI RAPIDI Prevedono una fase iniziale di flocculazione con solfato di alluminio che chiarifica le acque e permette anche una riduzione dei batteri che si depositano sul fondo delle vasche. A differenza dei precedenti, agiscono sotto pressione. L acqua vi passa più velocemente e, quindi, ne trattano una maggiore quantità, ma riducono la carica batterica % soltanto. E spesso richiesta, perciò, una clorazione successiva. La loro resa è volte superiore a quella dei filtri lenti. 43 CLORAZIONE Il CLORO è l ossidante più usato, sia sotto forma di prodotto gassoso puro che sotto forma di composto; agisce mediante lo sviluppo di ossigeno nascente. La cloro richiesta è la quantità di cloro necessaria ad un'acqua per la sua depurazione e varia secondo il tipo di acqua. Tipo di acqua Acque limpide 0,6 Acque torbide 1-2 Acque luride Quantità di cloro attivo in mg/l Tempo d'azione: deve essere almeno di minuti. Valutazione: presenza di tracce di cloro attivo dopo trenta minuti (eccesso di cloro). 44 CLORAZIONE E CLORO LIBERO RESIDUO Il cloro per la disinfezione può essere aggiunto in vari modi; nella clorazione comunemente intesa viene semplicemente aggiunta una soluzione di ipoclorito di sodio (varechina, candeggina) all'acqua. Occorre un tempo di contatto fra acqua e cloro di almeno 30 minuti, affinché il cloro possa svolgere la sua azione battericida, ossidando qualsiasi forma vivente esistente nell acqua. Il Cloro così si consuma ed il residuo attivo in uscita dal serbatoio, o comunque misurato all'utenza, dovrà rientrare in un campo di determinati valori (fino a 0.2 mg/l)

16 OZONIZZAZIONE L ozono (O3) è uno stato allotropico dell ossigeno. La sua azione è fortemente ossidante, quindi battericida. Si ottiene dall aria essiccata con scariche elettriche ad alta tensione. Viene prodotto nelle torri d ozonizzazione dove il gas, ottenuto con scariche elettriche, si mescola all acqua che vi giunge sotto forma di pioggia molto sottile. E un metodo molto costoso e non agisce sulle uova di elminti