UNIVERSITA’ DI NAPOLI FEDERICO II ° FACOLTA’ DI SCIENZE GEOLOGICHE CHIMICA AMBIENTALE L’ACQUA PROF. ANDINI Anno acc. 2009/2010

CHIMICA DELL’ACQUA: La molecola dell’acqua si compone di un atomo di ossigeno a cui sono legati due atomi di idrogeno, sull’ ossigeno si trova una parziale carica negativa e sugli idrogeni una parziale carica positiva. Quindi la parte positiva dell’idrogeno si dispone verso l’ossigeno più negativo.

CHIMICA DELL’ACQUA La formula chimica dell’acqua è H 2 O. In condizione standard ha una temperatura di ebollizione di 100 °C e congela a 0°C.

CHIMICA DELL’ACQUA L’Acqua sul nostro pianeta si trova in tutti e tre i suoi stati di aggregazione. LIQUIDO GASSOSO (vapore acqueo) SOLIDO (ghiaccio)

La distribuzione delle acque sulla terra si presenta sottoforma di: Acque marine Acque di transizione Acque dolci (fiumi,laghi) Acque sotterranee Corpi idrici artificiali

CONTAMINAZIONE DELLE ACQUE La contaminazione delle acque può essere di due tipi: CHIMICA MICROBIOLOGICA Le principali CONTAMINAZIONI CHIMICHE riscontrati nel nostro paese sono: La contaminazione nelle falde da nitrati La contaminazione da erbicidi La contaminazione da ferro e manganese La contaminazione da arsenico La contaminazione da composti organici clorurati

CONTAMINAZIONE DA NITRATI Le attività antropiche contribuiscono alla contaminazione delle acque,con la distribuzione di composti di azoto. Gli apporti azotati sono di diversa origine;dalle acque reflue dei depuratori alle applicazioni fertilizzanti, sul suolo e nel sottosuolo, in diverse forme : ammoniacale in condizioni anaerobiche e nitrica in condizioni aerobiche. Nel primo caso la forma ammoniacale viene trattenuta dal terreno e assorbita successivamente dalle biomasse e da vegetali. In condizioni aerobiche ha luogo una nitrificazione,e si formerà così lo ione nitrato. Nelle acque sotterranee dove vi è un superamento del valore limite di 50 mg/l di ione nitrato,la normativa Italiana considera non potabile l’acqua.

CONTAMINAZIONE DA NITRATI INTERVENTI POSSIBILI: Gli interventi tecnologici possibili sono: lo scambio ionico con resine,che rilasciano ioni cloruro trattenendo ioni nitrato. La denitrificazione biologica,basata sull’attività metabolica di batteri sia autotrofi che eterotrofi.(Questo processo comporta un elevata carica batterica,quindi sarà necessario un trattamento di disinfezione,dopo la denitrificazione.)

CONTAMINAZIONE DA NITRATI

CONTAMINAZIONE DA ERBICIDI La contaminazione nelle acque di falda da erbicidi ha avuto una certa importanza nelle aree a coltivazione di riso e mais. I contaminanti più frequenti sono “molinate e bentazone”, ritrovati nelle acque destinate al consumo umano. L’erbicida più frequentemente ritrovato in Italia è l’Atranzina.

CONTAMINAZIONE DA ERBICIDI Il limite di accettabilità per il contenuto massimo di erbicidi è pari a 0,1 microgrammo /litro. Questo valore corrisponde alla linea guida nei limiti del fattore di sicurezza,un superamento è accettabile purchè non in un lungo periodo.

CONTAMINAZIONE DA FERRO E MANGANESE Nella pianura Campana,le falde più profonde danno acque che possono contenere ferro e manganese in concentrazioni superiori a quelli previsti,dovuti alla natura idrogeologica del terreno. I limiti previsti dalla legge Italiana sono di 0,2 e 0,05 mg/l rispettivamente per ferro e manganesE. La deferrizzazione e la demanganizzazione dell’acqua può essere effettuata con varie tecniche,basate su un processo ossidativo,con successiva rimozione,mediante filtrazione dei composti insolubili.

CONTAMINAZIONE FERRO E MANGANESE Gli agenti ossidanti comunemente impiegati sono l'ipoclorito di sodio, il cloro, il biossido di cloro, il permanganato di potassio e l'ozono. I filtri utilizzati sono solitamente di sabbia manganizzata, cioè impregnata con biossido di manganese, che esplica attività catalitica.

CONTAMINAZIONE ARSENICO La consapevolezza della nocività dell’arsenico anche a basse dosi, ha indotto l’Organizzazione Mondiale della Sanità a porre limiti restrittivi della Concentrazione Massima Ammissibile (CMA)nelle acque potabili. Il limite è di circa 10mg/l. Nelle falde della Campania l’80% ha un valore al di sotto dei 10mg/l, Il 3% presenta concentrazioni maggiori di 100mg/l. L’Arsenico è ottenuto come sottoprodotto della raffinazione di oro,rame;si trova in molti minerali fosfati,e deriva dalla combustione del carbone.

CONTAMINAZIONE DA ARSENICO

CONTAMINAZIONE DA COMPOSTI ORGANICI CLORURATI La qualità di un acqua distribuita tramite una rete acquedottistica, può peggiorare durante il percorso(tubazioni vecchie, infiltrazioni, fenomeni corrosivi)è importante che vi sia sempre un azione disinfettante. La disinfezione comporta sempre il contatto con sostanze chimiche che lasciano tracce Ed evidenti modifiche.I composti del cloro sono comunemente utilizzati per tale scopo,determinando la formazione dei derivati detti “organoalogenati” sostanze dotate di una certa tossicità,più o meno elevata in funzione della loro natura e quantità. ritrovati nelle acque potabili,vi sono i solventi clorurati(trielina tra i contaminanti più presenti)per i quali il limite è fissato a 30 microgrammi/litri.

CONTAMINAZIONE DA COMPOSTI ORGANICI CLORURATI Questi composti presenti nelle falde acquifere derivano da immissioni provenienti da attività industriali e artigianali. Ma particolare interesse di inquinanti sono anche i composti organici alogenati principalmente di aloformi,sostanze che vengono utilizzate per la disinfezione e potabilizzazione delle acque. IMPIANTO DISINFEZIONE A BIOSSIDO DI CLORO

CONTAMINAZIONE DA COMPOSTI ORGANICI CLORURATI Inoltre vi è una correlazione tra composti organici alogenati e contenuto di carbonio organico. E’ noto che sostanze umiche,acidi fulvici e sostanze idrofobiche;derivano princialmente da tessuti vegetali, e sono precursori degli aloformi(THM).La presenza di precursori viene stimata sulla base del parametro TOC (Total Organic Carbon).

ALTRI INQUINANTI METALLI PESANTI: tra i più importanti che riguardano la contaminazione delle acque sono il CADMIO: che deriva da scarichi industriali,rifiuti di industria mineraria. Nei periodi estivi si registra una maggiore quantità nelle acque. IL PIOMBO: proviene dalla combustione degli additivi presenti nelle benzine,deriva da attività industriali,pratiche agricole;la frazione varia con il pH,provoca disfunzione ai reni,al fegato ed in concentrazioni minori determina anemie.

ALTRI INQUINANTI DDT:potenziale cancerogeno,bandito perché altamente nocivo,usato come potente insetticida. DIOSSINE:persistenti ed estremamente tossici e si formano ogni volta che ci sono composti organici clorurati che vengono portati a temperature tra i °C. Tra esse ricordiamo i TCDD chimicamente stabili fino alla temperatura di 700°C,tali sono presenti nell’emissioni di inceneritori municiapali.

ALTRI INQUINANTI IPA:si ritrovano naturalmente nel carbone fossile e nel petrolio,la loro formazione per cause antropiche avviene nel corso di combustioni incomplete di legname,grassi,tabacco,prodotti organici quali rifiuti urbani. Idrocarburi Policiclici Aromatici che si formano in ogni combustione incompleta di combustibili fossili e di ogni altro composto organico di tipo idrocarburico e derivati. Anche essi stabilissimi e persistenti a lungo nell’ambiente.

ALTRI INQUINANTI Questi tipi di inquinanti organici non sono solubili in acqua per cui arrivano ai corpi idrici o per trasporto meccanico da parte di flussi d’acqua o per deposizione dall’atmosfera legati essenzialmente a particolato. Una volta in acqua vengono assorbiti da particelle in sospensione per cui restano dispersi nell’acqua e accumulati nella flora e fauna acquatica e successivamente trasmessi all’uomo lungo la catena alimentare (biomagnificazione).

CONTAMINAZIONE MICROBIOLOGICA L’inquinamento microbico può essere conseguente all’ingresso accidentale di contaminanti lungo la rete idrica di distribuzione o in acque destinate al consumo umano. Le caratteristiche chimico-fisiche dell’acqua possono incidere sullo sviluppo batterico;la carica batterica cresce all’aumentare della temperatura dell’acqua e per il pH Minore di 8,mentre diminuisce col scendere della temperatura fino ad azzerarsi sotto i 4°C. Un acqua potabilizzata ha una carica microbica totale insignificante con batteri,funghi,protozoi alghe.

CONTAMINAZIONE MICROBIOLOGICA Alcune specie batteriche manifestano una ricrescita in rete favorita dalla presenza di un velo gelatinoso di sostanza organica che riveste le pareti della rete degli acquedotti. L’inquinamento delle acque potabili può causare patologie intestinali per la presenza di batteri, virus e parassiti vari. In ogni caso i valori microbiologici non hanno valore preventivo,ma orientativo su potenziali rischi futuri. Le acque dei laghi naturali o artificiali destinate alla potabilizzazione possono sviluppare per eccesso di nutrienti derivanti da una errata gestione del territorio carichi di “alghe Cianoficee” produttrici di tossine. La presenza di Cianoficee influenza il mantenimento e quindi i tempi di sopravvivenza e la capacità di replicazione che alcuni batteri enterici hanno nell’ambiente.

DIFFUSIONE DEGLI INQUINANTI NELLE ACQUE SUPERFICIALI E DI FALDA L’origine della contaminazione delle falde può avvenire a partire da rifiuti interrati (es. prodotti chimici), per perdite di liquami da canali di scarico o da fosse settiche, da discariche non a norma, da acque reflue industriali illegalmente smaltite, da dilavamento di suoli agricoli, etc.

DIFFUSIONE DEGLI INQUINANTI NELLE ACQUE SUPERFICIALI E DI FALDA Il trasporto dipende dal movimento dell’acqua sotterranea e dalla natura degli strati geologici attraversati. Gli inquinanti fluiscono insieme all’acqua di falda con una velocità che dipende dalle caratteristiche dell’acquifero, come la sua permeabilità e sezione trasversale, ma che non supera quasi mai 1 m/giorno.

DIFFUSIONE DEGLI INQUINANTI NE LLE ACQUE SUPERFICIALI E DI FALDA La distribuzione dell’inquinante tra acqua e solidi con cui viene in contatto la falda segue il coefficiente di ripartizione k=Cs/Cw. La diluizione dell’inquinante nel solido dipende dalle caratteristiche del solido (Es. elevato contenuto di sostanze organiche o di acqua) e dell’acqua inquinata (Es. acidità). I fattori che influenzano la mobilità dei metalli pesanti nel solido sono pH, temperatura, capacità di scambio cationica, natura dei minerali presenti nel suolo e delle sostanze organiche in esso presenti. Di solito tale mobilità è bassa. La presenza di chelanti e delle sostanze umiche aumenta la mobilità.

DIFFUSIONE DEGLI INQUINANTI NELLE ACQUE SUPERFICIALI E DI FALDA I processi chimici, fisici e biologici influiscono sul trasporto degli inquinanti : reazioni di idrolisi, precipitazione redox, adsorbimento, biochimiche e fotolitiche. Mentre la formazione di precipitati può depurare l’acqua da altre specie metalliche, quella di colloidi può mobilizzare di più gli ioni inquinanti adsorbendoli.

LA SOLUBILITA’ DI INQUINANTI NELLE ACQUE La solubilità esprime la quantità in peso di una molecola che può essere sciolta nell’unità di volume di acqua. L’idrosolubilità è un parametro che ha dirette implicazioni sia con i potenziali effetti tossicologici sia con quelli eco- tossicologici. Dalla solubilità dipende la possibilità di dissoluzione nei corpi idrici e quindi la mobilità nelle acque e nel suolo. E’ quindi evidente, che il valore più elevato di rischio è associato ad alti valori di solubilità.

LA SOLUBILITA’ DI INQUINANTI NELLE ACQUE I parametri ambientali che influenzano la solubilità sono la temperatura ed il pH. Di solito la solubilità aumenta in modo direttamente proporzionale alla temperatura;il pH invece influenza la ionizzazione dei Sali e di conseguenza la solubilità.

Principali parametri da controllare su un’ acqua. Disinfezione dell’acqua : con cloro o ipoclorito di calcio che forma ione ipoclorito e acido ipocloroso che costituiscono il cloro libero disponibile, più disinfettante. E' bene ricordare,però, che la clorazione produce derivati organici clorurati tossici o cancerogeni quindi occorre monitorare con attenzione e dosare tali sostanze in modo che non vi siano superamenti del valore limite previsto e vi sia un ' accurato uso delle acque destinate al consumo umano.

GRAZIE PER LA CORTESE ATTENZIONE.