Lavoro di O.Silvester, F.Brustolon, J.Velasco, A.Chessa L’aqua Lavoro di O.Silvester, F.Brustolon, J.Velasco, A.Chessa

Caratteristiche dell’acqua Il ciclo idrologico o ciclo dell'acqua è la successione dei fenomeni di flusso e circolazione dell'acqua all'interno dell'idrosfera terrestre, e i cambiamenti del suo stato fisico (liquida, gassosa e solida). Il ciclo idrologico si riferisce ai continui scambi di massa idrica tra l'atmosfera, la terra, le acque superficiali, le acque sotterranee e gli organismi. Oltre all'accumulo in varie zone (come gli oceani che sono le più grandi zone di accumulo idrico), i molteplici cicli che compie l'acqua terrestre includono i seguenti processi fisici: evaporazione, condensazione, precipitazione, infiltrazione, scorrimento e flusso sotterraneo. La scienza che studia il ciclo dell'acqua è l'idrologia. Non c'è un inizio o una fine nel ciclo idrologico: le molecole d'acqua si muovono in continuazione tra differenti compartimenti, o riserve, dell'idrosfera terrestre mediante processi fisici. L'acqua evapora dagli oceani, forma le nuvole dalle quali l'acqua torna alla terra. Non è detto, tuttavia, che l'acqua segua il ciclo nell'ordine: prima di raggiungere gli oceani l'acqua può evaporare, condensare, precipitare e scorrere molte volte. L’acqua è la più ordinaria delle sostanze che presenta caratteristiche straordinarie; le sue particolari proprietà chimico-fisiche motivano una serie fenomeni anomali, di riscontro quotidiano, come l’ebollizione ad alta temperatura, l’elevato calore specifico, la capillarità, un elevato potere solvente ed una notevole tensione superficiale. Ma prima di evidenziare le anomalie dell’acqua rispetto alle altre sostanze cerchiamo di capirne la causa, che risiede nella sua struttura molecolare

La molecola dell’acqua Tutti sappiamo che la molecola dell’acqua è costituita da un atomo di ossigeno e due di idrogeno, nulla di straordinario a parte la forma a V, con il più grande atomo di ossigeno al vertice e i due piccoli atomi di idrogeno alle estremità opposte, separati tra loro da un angolo di 104,45°. All’interno della molecola gli atomi sono tenuti assieme dal legame covalente, che prevede la messa in comune degli elettroni presenti negli orbitali periferici. All’esterno la molecola d’acqua si presenta come un dipolo, infatti benché sia elettricamente neutra la forma a V da origine a due polarità distanziate tra loro: la carica “+” tra i due atomi di idrogeno e la carica “-“ dall’ossigeno. Queste due zone con carica opposta danno origine ad una configurazione dipolare, che genera attrazione tra le varie molecole d’acqua, un’interazione chiamata appunto “dipolo-dipolo”.

Il legame idrogeno Ma c’è un’altra forza che attrae tra loro le molecole d’acqua, più intensa di quella dovuta all’interazione dei dipoli (ma minore del legame covalente altrimenti le molecole si dissocerebbero); si tratta del cosiddetto legame idrogeno (o ponte idrogeno), a cui vanno attribuite le eccezionali proprietà fisiche dell’acqua. Questo legame è dovuto alla presenza nella molecola degli atomi di idrogeno, che tendono a legarsi con gli atomi di ossigeno delle altre molecole vicine, con un’intensità esaltata dall’elevata elettronegatività dell’ossigeno, cioè dalla sua capacità di attrarre gli elettroni dei legami covalenti in cui è coinvolto, nello specifico l’idrogeno, che risulta con una parziale carica positiva e disponibile così al legame intermolecolare. Il legame idrogeno genera un’attrazione tra le molecole d’acqua con un’intensità che non ha eguali negli altri liquidi. Le molecole d’acqua possono formare quattro legami idrogeno con le loro vicine, per creare una struttura tetraedrica le cui facce sono triangoli equilateri. Questa configurazione si ripete in tutto il liquido fino a formare una sorta di reticolo tridimensionale mobile, elastico, con legami che si formano e si rompono di continuo, con una frequenza dell’ordine di 10-12 secondi. L’acqua non è quindi un semplice insieme di molecole tra loro dissociate, bensì una struttura legata, che come tale si comporta anche a livello macroscopico.

Inquinamento Acque-Cause ed Effetti L'inquinamento idrico è un deterioramento legato agli ecosistemi che hanno come elemento principale l'acqua. CAUSE: L’inquinamento idrico è causato da molteplici e specifici fattori: gli scarichi delle attività industriali e agricole e delle consuete attività umane che arrivano nei fiumi, nei laghi e nei mari. Il tipo di inquinamento idrico può essere di natura chimica, fisica o microbiologica e le conseguenze possono compromettere la salute della flora e della fauna coinvolta, fino agli uomini, nuocendo all'ecosistema e alle riserve idriche per uso alimentare. Ci sono due vie principali tramite le quali gli inquinanti raggiungono l'acqua, per via diretta e per via indiretta. L'inquinamento per via diretta avviene quando vengono riversate direttamente, nei corsi d'acqua, sostanze inquinanti senza alcun trattamento di depurazione. La via indiretta, invece, avviene quando le sostanze inquinanti arrivano nei corsi d'acqua tramite aria e suolo. EFFETTI: Un grande pericolo per la salute dell'uomo è costituito dalle fogne, che rilasciano acque inquinate da virus e batteri, causando malattie come epatite virale, salmonellosi e tifo. Le industrie scaricano acque altamente e pericolosamente ricche di agenti chimici, metalli pesanti e veleni. Spesso contengono: Mercurio, il quale rientra nella catena alimentare dell'uomo attraverso il pesce e può arrecare danni notevoli al sistema nervoso, fino a condurre anche alla morte; Cromo, causa di anemia anche in bassissime concentrazioni, spesso rilasciato nelle acque sotterranee inquinandole; Piombo, provocatore del saturnismo, grave patologia che causa problemi ai reni e al fegato e può produrre crisi nervose. Un pericolo da non sottovalutare è costituito dal petrolio che, a seguito di incidenti, finisce nelle acque per esempio: avarie o naufragi, o a una successione dei lavaggi illegali delle petroliere che illegalmente non avvengono nei bacini autorizzati, ma nel mare aperto. Si va a formare una vera e propria barriera impermeabile composta da strati di petrolio e altri idrocarburi, che non permette lo scioglimento dell'ossigeno nell'acqua, causando la morte, per asfissia, degli organismi viventi. I danni causati da queste sostanze ne risentono anche le zone balneari, la vegetazione costiera ma principalmente la fauna acquatica: un esempio sono molti uccelli marini, i quali ricoperti da queste patine muoiono o per avvelenamento o per una mancata termoregolazione corporea.

Inquinamento Acque-Industriale, Agricolo ed Civile Inquinamento industriale: Quotidianamente vengono scaricate sostanze inquinanti in quantità elevate da parte delle industrie, provocando danni all'intero ecosistema acquatico. Si evidenziano tra le maggiori responsabili dell'inquinamento idrico le industrie chimiche, che producono: acido nitrico, soda, acido fosforico, ammoniaca, acido solforico, acido cloridrico ecc. Inoltre, industrie quali cartiere, segherie e caseifici, liberano residui in grado di favorire l'accrescimento di muffe e batteri. Queste sono industrie che, insieme, causano la morte dei molti organismi viventi che ricevono questi scarichi e le acque calde utilizzate per i cicli produttivi. Inquinamento civile: Fa riferimento alle acque che derivano dagli scarichi di abitazioni, uffici e altre strutture che se non vengono sottoposte a trattamenti di depurazione andranno ad incidere nell'inquinamento idrico. È stato principalmente l'aumento della popolazione a rendere il problema dei rifiuti e degli scarichi di fogna una questione molto grave. L’urbanizzazione, forse, è la causa principale dell'aumento eccessivo di ogni tipo di inquinamento. A tutt'oggi, infatti, nelle grandi megalopoli formatesi in seguito a questo processo, non esiste ancora un adeguato sistema di smaltimento dei rifiuti e si genera, così, un ammasso di rifiuti vari (metalli, plastiche, carte e sostanze organiche) non smaltibili e contaminatori delle falde acquifere. Inquinamento agricolo: Deriva dall'utilizzo di fertilizzanti e pesticidi in quantità notevoli, e inoltre dallo spandimento di liquami provenienti dagli allevamenti. Queste sostanze possono arrivare alle falde acquifere sotterranee e ai fiumi.

Analisi Chimica e Fisica dell’acqua E’ bene sottolineare che non si dovrebbe mai, in nessun caso e per nessun motivo, utilizzare per scopi alimentari un ‘ acqua di cui non si conosca la composizione chimico-fisica e microbiologica. Sottovalutare questo comandamento è un gravissimo errore che può causare danni anche gravi alla salute. L’ acqua in natura non è mai pura, bensì contiene al suo interno molte sostanze disciolte (grazie alla sua capacità di solvente), e particelle in sospensione, la maggior parte delle quali microscopiche. Grazie alle tecniche della chimica analitica è possibile  individuare le sostanze presenti nell’ acqua. La caratterizzazione chimico-fisica di un’ acqua naturale consiste generalmente nella seguente procedura: prelevamento (in genere si prelevano 2 campioni rappresentativi); osservazione: sensazioni organolettiche primarie; misura del pH calcolo della torbidità: metodo fotometrico calcolo del residuo fisso: misurazione del peso a diverse temperature; determinazione della conducibilità elettrica; determinazione anioni e cationi (tra in quali ioni Ca2+ , Mg2+ e HCO3-) e calcolo della durezza: metodi complessometrici; determinazione del TOC: concentrazione del carbonio totale determinazione dei composti azotati: concentrazione di ammoniaca, nitriti, nitrati

ANALISI CHIMICA Consiste nella ricerca e nella quantitativa dei minerali inorganici, dei metalli pesanti e degli inquinanti chimici presenti nell‘ acqua. La somma dei minerali inorganici presenti nell’ acqua rappresenta il residuo fisso: più il residuo fisso è basso, migliore è la quantità dell’ acqua. L’ analisi chimica che più si compie sull’ acqua è la determinazione della durezza, ossia del contenuto in Sali di calcio e magnesio L’ analisi viene eseguita con una buona accuratezza tramite complessometria, ossia una soluzione a concentrazione di acido etilendiamminotetracetivo (il suo sale bisodico) separatamente o insieme calcio e magnesio. Le determinazioni degli indici chimici di inquinamento per le acque potabili sono di ordine qualitativo per qui valori che devono risultare del tutto negativi. Negli altri casi si rincorre a dosaggi secondo i metodi della chimica analitica classica. Analisi fisica Essa ricerca w quantifica la conducibilità elettrica, il pH e la temperatu

Analisi acque-Generale e Laboratorio L'acqua destinata al consumo umano deve essere salubre e pulita. Per salvaguardare la salute umana, la legge ha stabilito precisi limiti per alcuni parametri chimici e microbiologici che devono essere rispettati e controllati nel tempo. Nel caso di superamento dei valori di parametro, il servizio igiene dell’azienda sanitaria, dopo le opportune valutazioni, comunica al gestore dell'acquedotto i provvedimenti necessari ad eliminare le cause dell'inquinamento. I limiti riguardano “ le acque destinate al consumo umano” utilizzate a scopo potabile, per la preparazione di cibi e bevande o per altri usi domestici. Il Laboratorio analisi acqua e cromatografia (29.3) svolge l'attività analitica di controllo dei parametri chimici sui campioni d'acqua prelevati dai servizi igiene delle Aziende Sanitarie e su richiesta di privati. I parametri microbiologici vengono analizzati dal Laboratorio biologico (29.9). Laboratorio Si inserisce 5ml di acqua campione nella prima provetta utillizando, 5ml di acqua distillata nella seconda provetta, 5ml di acqua distillata con Cu SO4 nella terza. Si aggiunge 1ml di HCl nelle provette e poi 1 ml di Ba Cl2 in tutte le tre. Osservazione: L’acqua campione è rimasta invariata, l’acqua distillata ha una sfumatura verso il bianco per l’assenza di solfati e Cu SO4 è colorato di blu per l’eccesso di solfati.

La durezza permanente La durezza permanente di un’acqua è dovuta a Sali (per lo più solfati e cloruri) di calcio e magnesio che non si alterano con l’ebollizione e che restano in soluzione. Queste sostanze non provocano depositi di calcare quando l’acqua viene riscaldata. La quantità totale di Ca2+ e Mg2+ inizialmente sotto forma di bicarbonati costituisce la durezza temporanea. Il suo nome deriva dal fatto che queste due molecole vengono distrutte durante l’ebollizione. I Sali responsabili della durezza temporanea, bicarbonato di magnesio e calcio sono solubili in acqua ma a temperature elevate precipitano formando incrostazioni. La duretta totale comprende tutti i Sali di calcio e di magnesio ed è la somma della durezza temporanea e di quella permanente. La durezza dell’acqua viene diminuita negli addolcitori. La misura della durezza dell’acqua viene data in gradi di durezza. Le scale più usate sono quelle francesi e quelle inglesi (in Italia si usa la scala francese). Un grado francese °f corrisponde a 10 mg di CaCO3 per litro di acqua. Dunque i gradi francesi danno una misura indicativa della durezza temporanea, ed a seconda del valore le acque vengono così classificate: durezza (°f) minore di 7 --> molto dolci durezza (°f) da 7 a 14 --> dolci durezza (°f) da 15 a 22 --> poco dure durezza (°f) da 23 a 32 --> mediamente dure durezza (°f) da 33 a 54 --> dure durezza (°f) maggiore di 54 --> molto dure

Durezza dell’acqua temporanea Questo termine si intende riferirsi alla durezza totale; la durezza totale è la somma della durezza permanente, che esprime la quantità di cationi rimasti in soluzione dopo ebollizione prolungata, e dalla durezza temporanea, che per differenza tra le precedenti durezze, esprime sostanzialmente il quantitativo di idrogeno carbonati presenti nell’acqua prima dell’ebollizione. Il termine durezza temporanea, legato alla presenza di idrogeno carbonati, è spiegato dall’instaurarsi dei seguenti equilibri chimici: a temperature maggiori di 80°C tale equilibrio è spostato verso destra, per cui si considera come “temporaneo” il contributo degli idrogeni carbonati alla durezza totale, visto che a seguito dell’ebollizione tale contributo svanisce per la formazione di un precipitato solido di carbonati di calcio e magnesio. Si ottiene sperimentalmente sottraendo alla durezza totale la durezza permanente.

Solfati e pH Il valore del pH ci dice se un'acqua è neutra, acida od alcalina; può variare fra 1-14. Esso dipende dalla concentrazione degli ioni idrogeno nell'acqua. L'acqua pura senza sali disciolti ha pH neutro che corrisponde al valore di 7, acque alcaline (basiche) hanno pH superiore a 7 (esempi: acque contenenti bicarbonati o calcare), mentre hanno pH inferiore a 7 le acque acide (esempio, aceto, anche acque dolci). Se un campione di acqua ha pH inferiore o superiore ai limiti consentiti, è contaminata da acidi o basi forti. I solfati (SO42-) sono anioni non tossici e largamente diffusi. La presenza dei solfati nelle acque deriva da numerosi minerali, soprattutto depositi di gesso. In quantità superiori a 250 mg/L conferiscono un sapore amaro all'acqua.

PIOGGE ACIDE  Le cause delle piogge acide sono i fumi prodotti dagli impianti industriali sono da sempre considerati i principali responsabili del fenomeno. Tuttavia, dato che la natura delle complesse reazioni chimiche coinvolte nella formazione delle piogge acide non è stata ancora del tutto chiarita, molti gruppi industriali hanno cercato di sminuire la propria responsabilità, sottolineando la necessità di ulteriori studi, e le autorità governative, dati gli alti costi dei provvedimenti contro l'inquinamento, hanno spesso implicitamente avallato l'atteggiamento degli industriali. Alcune indagini condotte nei primi anni Ottanta hanno, però, individuato proprio nelle emissioni industriali la principale causa delle piogge acide che itesina snvestivano le regioni orientali degli Stati Uniti e del Canada. Un'altra importante fonte di ossidi di zolfo e di azoto è comunque costituita dai veicoli a motore, ossia dalla combustione di derivati del petrolio. 

Una tra le conseguenze più nocive dell'inquinamento atmosferico, attualmente oggetto di grandi controversie in quanto ritenuta responsabile di danni ambientali ampiamente diffusi. Le piogge acide si formano quando ossidi di zolfo e di azoto, combinandosi con il vapore acqueo presente nell'atmosfera, generano molecole rispettivamente di acido solforico e nitrico che, prima di precipitare a terra insieme alla pioggia, possono essere trasportate dai venti anche molto lontano dal sito in cui si sono formate. Le molecole inquinanti possono essere trascinate a terra anche dalla neve o dalla nebbia o, ancora, possono precipitare al suolo come deposizione secca. In effetti, anche se il termine "piogge acide" è entrato a far parte del vocabolario comune, sarebbe più corretto usare il termine più ampio "deposizioni acide", poiché le deposizioni secche sono nocive per l'ambiente al pari di quelle umide.

I Depuratori asserviti agli scarichi civili In ambito civile, le reti fognarie vengono distinte in miste e separate: le prime sono tali per cui le acque di pioggia e l’insieme dei reflui domestici e di eventuali reflui industriali assimilabili a civili (es. acque nere) sono raccolte in un unico condotto; le reti fognarie separate, invece, hanno due condotti distinti: uno per le acque piovane (fognatura bianca) ed uno per le acque civili ed industriali assimilabili (fognatura nera). Un depuratore civile deve essere dimensionato in modo da poter trattare adeguatamente gli scarichi provenienti dal bacino da servire (abitato) per un periodo di almeno 25-30 anni. In genere è conveniente realizzare gli impianti in lotti funzionali successivi in funzione del concreto sviluppo delle utenze e degli allacciamenti fognari, tenendo anche contro dell’evoluzione della situazione urbanistica e demografica. Ad ogni modo, per il dimensionamento di un depuratore non si può prescindere dalla conoscenza dei seguenti parametri: carico idraulico: ovvero la portata delle acque da depurare in metri cubi per giorno, differenziato per: eventuali reflui derivanti da impianti industriali reflui civili municipali o consortili previsione statistica di eventi meteorologici particolarmente intensi, che si possono verificare in determinati periodi dell’anno. Carico organico: ovvero la quantità complessiva di sostanza organica da trattare espressa indirettamente in BOD5 o COD presente in un metro cubo di refluo; Carico di nutrienti: principalmente la quantità di azoto ridotto e, secondariamente, di fosforo presenti nel refluo da trattare; Presenza di altri eventuali inquinanti (ad esempio oli, metalli pesanti o detersivi) e di fattori che possono influenzare la forma degli inquinanti e il loro abbattimento. In generale il dimensionamento va fatto sulla base della conoscenza della dotazione idrica e sugli abitanti equivalenti. Se le sperimentazioni dirette non sono possibili o sono difficili da eseguire, si possono sfruttare tabelle di correlazione fra quantità di acqua prelevata dalla rete idrica e il carico idraulico e organico del refluo. Come già accennato, un impianto di depurazione civile si compone, essenzialmente, delle seguenti unità funzionali: Prettrattamenti meccanici; Trattamento ossidativo biologico; Ulteriori trattamenti; Trattamento dei fanghi di depurazione.

I depuratori asserviti agli scarichi industriali Gli scarichi industriali hanno una composizione variabile in base alla loro origine. Negli impianti di depurazioni civili tradizionali possono essere trattati solo quei reflui industriali che possono ritenersi assimilabili dal punto di vista qualitativo a quelli civili. Per l’assimilabilità agli scarichi civili, i reflui industriali possono essere eventualmente sottoposti a pretrattamenti in ambito aziendale, prima del loro scarico in fogna, per rimuovere le sostanze incompatibili con un processo di depurazione biologica. Infatti, alcuni scarichi industriali, se non pretrattati, possono comprometter il trattamento biologico che è alla base del sistema depurativo civile tradizionale. Inoltre, gli scarichi industriali possono avere una natura tale da essere insensibili ai trattamenti biologici e pertanto devono essere trattati in maniera diversa direttamente nel luogo di produzione. Gli impianti industriali sono dotati, a differenza dei sistemi civili di collettamento, di reticoli fognari separati per la raccolta delle diverse tipologie di reflui (acque oleose, acide e/o alcaline, sanitarie e meteoriche) e questo permette di indirizzare le varie tipologie a specifici trattamenti distinti di depurazione. I trattamenti producono residui fangosi che devono essere gestiti come rifiuti. La rete di raccolta delle acque potenzialmente inquinabili da olii, minerali, lubrificanti e/o combustibili raccoglie, ad esempio: Gli spurghi e lavaggi di aree coperte; Le acque piovane provenienti dai bacini di contenimento dei serbatoi combustibili; Le acque piovane provenienti dalle aree scoperte interessate dal movimento dei combustibili; Le acque provenienti da condense La rete di raccolta delle acque acide e/o alcaline raccoglie, ad esempio le acque acide o alcaline dei lavaggi dei macchinari, delle caldaie, delle rigenerazioni con resine a scambio ionico (si tratta di impianti di trattamento e purificazione dell’acqua primaria o demineralizzata) e, saltuariamente, delle acque di lavaggio delle membrane degli eventuali impianti (ad osmosi inversa) di dissalazione dell’acqua di mare. La rete di raccolta delle acque reflue sanitarie raccoglie, ad esempio gli effluenti provenienti dai servizi igienici e civili (mensa, spogliatoi, edifici, servizi ausiliari, ecc). La rete di raccolta delle acque meteoriche raccoglie, ad esempio: le acque piovane dai pluviali delle zone coperte e dai piazzali sicuramente non inquinabili da olii o altre sostanze.

Scarichi provenienti dall’agricoltura Le acque reflue provenienti da strutture legate all’agro-alimentare sono di diversa natura e possono essere di diverse origini; cantine, allevamenti, caseifici ed altro. In generale sono caratterizzate da un afflusso continuo nel tempo, sia come quantità idrica che come qualità di inquinanti disciolti, principalmente di natura organica. Il mantenimento di un afflusso continuo nel tempo è la condizione principale per il buon funzionamento dei sistemi di depurazione delle acque reflue dove si attiva una degradazione di tipo biologico attraverso batteri vivi. Come tutti gli esseri viventi presenti in natura, i batteri necessitano di un ambiente vitale, con presenza costante di acqua, aria ed alimenti. Questa combinazione più risulta equilibrata e costante e più i sistemi di depurazione delle acque reflue risultano efficienti ed utili per il loro scopo. Per questo motivo nell’utenza di tipo agricola, la biodepurazione risulta essere una delle soluzioni più adatte.