LE ACQUE - ASPETTI GENERALI. Dottor Marco Vaccarino. Introduzione

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1 LE ACQUE - ASPETTI GENERALI Dottor Marco Vaccarino Introduzione L acqua e presente nella composizione di pressoche tutte le sostanze che esistono in natura nella crosta terrestre ed e quantitativamente il composto predominante di qualsiasi tipo di materia vivente. Tutte le sostanze naturali sono solubili nell acqua, in maggiore o minore quantita ; acque chimicamente pure non esistono. Tutte contengono infatti disciolti gas di origine atmosferica, composti sia minerali sia organici derivanti dal passaggio o dalla percolazione sul terreno e sulle rocce, sostanze provenienti dallo sversamento sul suolo o direttamente nelle acque superficiali di materiali di rifiuto. Contrariamemente a cio che si potrebbe pensare, l acqua addotta ad un agglomerato urbano viene solo in minima parte utilizzata a scopi civili; infatti la maggior parte delle acque di condotta viene utilizzata per lo smaltimento e/o il trattamento dei rifiuti liquidi di origine urbana o industriale, per la produzione di energia elettrica. Si spiega pertanto in questo modo lo squilibrio dei consumi pro-capite tra un paese con meno di 5000 abitanti (50-60 litri abitante/giorno) ed una citta con 4-5 milioni di abitanti (oltre 1000 litri abitante/giorno). Approvvigionamento idrico Acque meteoriche Le pioggie generalmente vengono raccolte in vasti bacini artificiali. Il passaggio attraverso l atmosfera, il dilavamento di superfici di raccolta, la conservazione in cisterne fa si che queste acque contengano in grado variabile gas e sostanze organiche ed inorganiche che rendono necessari importanti trattamenti di potabilizzazione Acque di lago I laghi sono caratterizzati, in rapporto alla loro massa idrica, da immissioni ed emissioni di acque limitate. Questo determina un elevato grado di stabilita

2 dei caratteri chimico-biologici ma, essendo il ricambio molto lento le conseguenze di inquinamenti, specie chimici, sono durature. A cio va aggiunta la notevole profondita dei laghi che determina un ostacolo ai processi di autodepurazione aerobia impedendo la diffusione dell ossigeno atmosferico e la produzione del medesimo da parte di alghe e piante verdi che non vengono sufficientemente irraggiate dal sole. Acque di fiume La composizione dell acqua di fiume e variabile in rapporto alla portata, alla stagionalita, agli eventi meteorologici ed alla presenza di scarichi cittadini ed industriali. D altra parte la velocita della corrente ed un corretto trattamento degli scarichi permette di solito un rapido smaltimento degli inquinanti. Nei fiumi peraltro si verificano numerosi processi di autodepurazione legati a meccanismi diversi: 1. sedimentazione di particelle sospese, microrganismi, etc; 2. reazioni chimiche di complessazione di metalli pesanti ed ossidazione di cianuri e fenoli; 3. azioni biochimiche aerobie ad opera di microrganismi situati vicino alla superficie delle acque; 4. azione biochimiche anaerobie ad opera di microrganismi situati nei sedimenti; 5. concorrenza vitale ad opra della flora autoctona dei fiumi rispetto ai microrganismi patogeni. Acque profonde Possono schematicamente essere divise in rapporto alla costituzione geologica del sottosuolo che attraversano. 1. Nelle rocce prevalentemente silicee (graniti, porfidi, scisti, basalti, lave), scarsamente solubili, si hanno fissurazioni di solito molto sottili; le sorgenti che da esse originano danno poca acqua scarsamente mineralizzata, di buona qualità, a basso tasso d inquinamento. 2. Le rocce calcaree hanno una elevata solubilita, specie in presenza di acque acidule. Quando le fissurazioni sono limitate i detriti staccatisi per erosione possono creare sistemi di filtrazione delle sorgenti molto efficaci; qualora le fissurazoni siano molto importanti si producono fenomeni carsici con laghi e fiumi sotterranei con ridotti fenomeni di autodepurazione. 3. I terreni sedimentari sono composti da strati alternati permeabili (humus, ghiaia e sabbia) ed impermeabili (silicati di alluminio e potassio idrati), con importanti fenomeni di autodepurazione. La percolazione dell acqua attraverso gli strati origina le falde freatiche (le prime, partendo dalla superficie) e le falde profonde (successive alle freatiche)

3 Inquinamento delle acque Risulta pressoche certa la contaminazione di ogni tipo di acqua superficiale con liquami domestici ed industriali; il grado di inquinamento varia in rapporto al tipo e alla composizione dei liquami, al rapporto tra gli scarichi e la portata dei corpi idrici recipienti, al tipo ed alla natura dei trattamenti cui vengono eventualmente sottoposti gli scarichi. Contaminazioni di origine domestica ed industriale sono possibili anche per le acque profonde in rapporto a pericolosi od irrazionali sistemi di smaltimento delle acque di rifiuto. In alcuni casi e possibile anche la contaminazione di acque condottate, generalmente per perdite delle condotte idriche o per la presenza di tubature in materiale ferroso zincato (in particolare nei vecchi centri storici delle nostre citta ). Inquinanti biologici L acqua e un importante veicolo di infezione per tutti i microrganismi ad esclusiva o prevalente eliminazione fecale: enterovirus (ECHO, Coxsackie, Polio), epatite A; schizomiceti (Salmonella, Shigelle; Vibrioni colerigeni); protozoi (Entamoeba Histolytica; Giardia). Spesso sono reperiti in acque superficiali anche altri patogeni come gli stafilococchi e i batteri del genere Pseudomonas, micobatteri (tubercolari e atipici), clostridi anaerobi. In situazioni particolari l acqua veicola leptospire (risaie), adenovirus (piscine ed acque balneari), metazoi parassiti (ascaridi, ossiuri e loro larve o uova). A tale proposito giova ricordare che non e tanto importante determinare l inquinamento in atto quanto evitare che tale inquinamento si verifichi tenendo presente che un minimo di presenza batterica nelle acque ad uso domestico risulta purtroppo fisiologico. Esistono a tale scopo due indici: 1. La determinazione della carica batterica totale a 22 C e a 37 C. La prima misura l igiene dell acqua (a 22 C e presente una consistente flora microbica autoctona in qualsiasi acqua), la seconda la presenza di batteri capaci di vivere in animali a sangue caldo. 2. Gli indici di contaminazione fecale servono a determinare la presenza di patogeni ad eliminazione fecale. La ricerca piu comune e la colimetria che determina la presenza di coliformi (totali e fecali), di cui si misura l assenza in campioni di 100 ml. Risulta utile inoltre testare la presenza di enterococchi (indice di inquinamento recente visto il periodo di sopravvivenza minore rispetto ai coliformi), di spore di clostridi solfito-riduttori (indice di inquinamento remoto) e delle salmonella (possono contaminare le acque anche in assenza di

4 coliformi). La ricerca degli enterovirus (resistenti al coloro ed all ozono) viene fatta su quantitativi elevati di acque in quanto la loro assenza presuppone la completa in attivazione di batteri e virus patogeni. Le analisi vanno infine completate con la ricerca dei parassiti e delle uova di elminti patogeni; tali parassiti debbono essere assenti nei campioni esaminati. Inquinanti chimici Alcuni tipi di inquinamento chimico e le relative conseguenze epidemiologiche sono note da lungo tempo: intossicazione da selenio per ingestione di acque che scorrono in terreni veleniferi (maggiore incidenza di tumori); intossicazioni saturnie per ingestione di acque che hanno solubilizzato il piombo delle tubature. Recentemente la rapida crescita industriale ha determinato inquinamento delle acque superficiali e profonde con una miriade di composti irritanti e tossici: il cromo, ossidante, ha azione irritante sulle mucose ed inibisce numerosi sistemi enzimatici; i composti alogenati hanno azione oncogena; il cadmio provoca ipertensione arteriosa ed e responsabile dell aumento di accidenti cardiaci e vascolari; un eccesso di fluoro (oltre 1,5 mg/l) provoca fluorosi dentaria mentre il contrario (sotto 0,7 mg/l) provoca aumento dell incidenza di carie; concentrazioni di nitrati oltre i 50 mg/ litro provocano metaemoglobinemia infantile.

5 Criteri di qualita delle acque L acqua distribuita deve essere di accertata innocuità, gradevole come gusto, deve essere utilizzabile per tutti gli impieghi domestici ed industriali. Questi obiettivi possono essere raggiunti sfruttando fonti di approvvigionamento privilegiate (acque profonde non trattate, rare) o sfruttando acque profonde e superficiali dopo adeguati trattamenti di potabilizzazione. I criteri di potabilita dell acqua sono stati raccolti e pubblicati per la prima volta nel 1958 dall OMS ( Norme internazionali applicabili alle acque potabili ) e sono state recepite dalla CEE nel 1980 (direttiva 80/778). Di seguito vengono analiticamente elencati i parametri da analizzare per il giudizio di potabilita dell acqua. Criteri idrogeologici Rappresentano il primo approccio per sfruttamento delle acque. 1. Esatta delimitazione del bacino imbrifero 2. Studio del tipo di alimentazione delle falde e delle vene 3. Studio della composizione delle rocce e della struttura dei terreni attraversati 4. Ispezione del bacino per individuare eventuali cause di inquinamento 5. Ispezione sulla popolazione che insiste sul bacino e sul tipo ela consistenza delle attivita industriali, agricole ed artigianali che comportano scarichi liquidi 6. Studio sulla consistenza della provvista idrica sulle sue oscillazioni nel tempo, sul grado prevedibile di mineralizzazione Criteri organolettici Si riferiscono all accettabilita delle acque che si intendono usare a scopo potabile. 1. Torbidita transitorie risultano spesso presenti per lo sviluppo di gas o per la presenza di particelle di silice 2. Torbidita piu stabili si associano a colorazioni anomale derivanti da sostanze di origine vegetale, strati torbosi, metalli in soluzione che ossidandosi all aria provocano precipitati colorati (rossi per il ferro, bruno-nerastri nel caso del manganese) 3. Torbidita persistenti sono provocate dalla presenza di detergenti (oltre 1 mg/l) 4. Odore e sapore non sono obiettivabili con test specifici; si ritiene che il limite piu elevato di accettabilita sia rappresentato dalla possibilita di apprezzare odore e sapore nell acqua diluita a 1/3 al 25 C.

6 Criteri fisici Si riferiscono alla gradevolezza delle acque. 1. La temperatura alla sorgente dovrebbe essere compresa tra i 10 e 15 C. Sotto i 30 metri di profondita, almeno per i terreni sedimentari, la temperatura e costante per ogni livello di profondita. Ogni variazione di temperatura indica infiltrazione di acque superficiali. 2. La conducibilita elettrica (indice della concentrazione ionica) non dovrebbe superare i 400microS/cm. La variazione della conducibilita indica indica inquinamento della falda acquifera. 3. Il ph (indice della concentrazione idrogenionica) puo avere significato indiretto di pericolosita : valori di ph troppo acido (alte concetrazioni di anidride carbonica) o troppo alcalino (alte concentrazioni di ammoniaca) indicano acque aggressive che possono solublizzare i componenti metallici delle tubature. 4. Il residuo secco a 180 C non dovrebbe superare 1500 mg/l. Criteri chimici Sono una serie di analisi tese ad identificare sostanze tossiche o potenzialmente tossiche presenti nelle acque. Tipo e grado di mineralizzazione determinano il bilancio ionico delle acque. I principali anioni presenti nelle acque sono i cloruri e i solfati. In genere il tenore in cloruri e abbastanza limitato, mentre i solfati sono molto comuni. Il limite e di 25 mg/litro per entrambi gli ioni; in alcuni casi pero non e possibile limitare il tasso di solfati, peraltro relativamente innocui, per cui per tale ione si ritiene accettabile il limite massimo di 250 mg/l. I principali cationi presenti nelle acque sono il calcio ed il magnesio che contribuiscono a determinare la durezza dell acqua (ovvero il tenore in sali di metalli alcalinoterrosi). Si distinguono una durezza temporanea (bicarbonato di calcio e di magnesio che dopo ebollizione si trasforma in carbonati insolubili che precipitano), una durezza permanente (cloruri, solfati e nitrati di magnesio e di calcio che residuano all ebollizione) ed una durezza totale data dalla somma della durezza temporanea e della durezza permanente. I limiti proposti sono 100 mg/ per il calcio e 30 mg/litro per il magnesio, con valore limite per quest ultimo di 50 mg/l. Acque troppo ricche di calcio e di magnesio hanno sapore sgradevole, lasciano incrostazioni, neutralizzavano i saponi ed i detergenti anionici, impediscono una corretta cottura dei cibi. Per il sodio, peraltro poco presente nelle acque potabili, il limite massimo e di 20 mg/l. L indice di carico organico (COD: Chemical oxygen demand) misura il tasso di azoto organico e carbonio organico. Risulta importante ai fini della gradevolezza delle acque: un substrato abbondante favorisce il moltiplicarsi di numerose specie di microrganismi modificando le caratteristiche organolettiche. Il limite consentito risulta essere compreso tra 2 e 5 mg/l per

7 il COD, con un massimo di 1 mg/l per l azoto organico. La degradazione dell azoto organico origina ammoniaca (valori limite compresi tra 0,05 mg/l e 0,5 mg/l), sostanza che solubilizza i metalli delle tubature. L ossidazione dell ammoniaca da luogo a nitriti e nitrati. Mentre nitriti ed ammoniaca sono indice di inquinamento recente (in quanto rapidamente ossidabili) i nitrati sono indice di inquinamento remoto, generalmente legato a fertilizzanti. La presenza di fosfati e indice di inquinamento delle falde da liquami domestici; livelli di fosfati superiori ai 400 mg/l possono provocare anomalo sviluppo di microrganismi ed eutrofizzazione delle acque superficiali. L acido solfidrico e un prodotto di degradazione putrefattiva delle sostanze organiche; in alcuni casi puo derivare da residui di attivita vulcanica o da riduzione di solfati a solfiti (acque termali). Anche minime quantita di ac. solfidrico possono alterare il sapore e l odore delle acque. Ferro, manganese, rame e zinco danno origine a intorbidamenti, colorazioni rossastre o brunastre, precipitati, sapori sgradevoli, fenomeni di corrosione. Sono generalmente prodotti provenienti da scarichi di origine domestica ed industriale. Le concentrazioni massime ammesse sono 200 mcg/l per il ferro, 50 mcg/l per il manganese, 100 mcg/litro per il rame e 100 mcg/l per lo zinco. I fenoli impartiscono sapori e odori sgradevoli alle acque potabilizzate con metodi di clorazione marginale da formazione di clorofenoli. I tensioattivi indicano (sodiolaurilsolfato, sodiolauriesteresolfato) presenza di inquinamento da detersivi domestici. Non si tratta di sostanze dichiaratamente tossiche per l uomo ma ostacolano la riossigenazione delle acque e la capacita di filtrazione dei terreni. La concentrazione massima ammessa e 200 mcg/l. Nelle acque sono presenti talora composti tossici la cui presenza puo essere legata all inquinamento delle falde ad opera dell agricoltura e dell industria ma spesso deriva addirittura dalla particolare composizione del terreno. Mercurio, cromo, nichel, antimonio, argento, piombo, cianuri, idrocarburi policiclicici aromatici, composti organofosforati e carbamati derivano generalmente da inquinamento industriale o agricolo; arsenico, bario, fluoro e selenio sono spesso presenti in particolari territori. Per ultimo vale la pena ricordare che i livelli massimi di radioattivita ammissibili sono 3piC/l per la radioattivita alfa globale e 30 pic/litro per la radioattivita beta globale.