L’Acqua L'acqua è un composto chimico di formula molecolare H2O, in cui i due atomi di idrogeno sono legati all'atomo di ossigeno con legame covalente polare. In condizioni di temperatura e pressione normali si presenta come un sistema bifase – costituito da un liquido incolore e insapore (che viene chiamato "acqua" in senso stretto) e da un gas incolore (detto vapore acqueo). Si presenta allo stato solido (detto ghiaccio) nel caso in cui la temperatura sia uguale o inferiore alla temperatura di congelamento.

Caratteristiche dell’acqua: Ciclo idrogeologico dell’acqua: Il ciclo dell'acqua è uno dei cicli vitali del sistema Terra ovvero la successione dei fenomeni di flusso e circolazione dell'acqua all'interno dell'idrosfera con i suoi cambiamenti di stato fisico (liquida, aeriforme e solida) ovvero ai continui scambi di massa idrica tra atmosfera e crosta terrestre attraverso le  acque superficiali  , le  acque sotterranee  e gli organismi. Oltre all'accumulo in varie zone del pianeta (come ad esempio oceani, mari e laghi), 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. Caratteristiche chimiche: L'acqua non è solo un composto chimico di idrogeno e ossigeno. Al suo interno si trovano numerose sostanze disciolte che ne determinano le caratteristiche chimiche e fisiche. Gli elementi contenuti nell'acqua (sotto forma di sali, ioni e, in misura minore, composti organici) sono indispensabili per i processi metabolici dell'organismo umano e il loro apporto ne garantisce la sopravvivenza.

Acque superficiali: Acque sotterranee: Le acque di superficie sono quelle acque che si raccolgono sulla superficie della terra, diversamente dalle acque sotterranee e dall'acqua atmosferica.Fanno parte delle acque di superficie: corsi d'acqua; Laghi; zone umide; mari e oceani. Acque sotterranee: A differenza delle acque superficiali, presenti in corpi idrici ben identificabili come fiumi, torrenti e laghi, le acque sotterranee sono contenute nel sottosuolo in corpi idrici “nascosti”, le cui caratteristiche e dimensioni, non note a priori, possono essere determinate tramite apposite indagini (es. perforazione di pozzi).

Acqua marine: L'insieme delle acque presenti sulla Terra prende il nome di idrosfera: per la maggior parte essa è formata da mari e oceani, che coprono circa tre quarti della superficie terrestre; la scienza che studia gli oceani e i mari dal punto di vista geomorfologico, chimico-fisico e biologico è l'oceanografia. Le caratteristiche chimico-fisiche dell'acqua di mare, quali la salinità, la densità, la temperatura, la pressione, il colore e la trasparenza, influenzano alcuni fenomeni che in essa si verificano e anche la vita degli organismi che vi abitano. Le acque oceaniche e marine sono sottoposte a diversi tipi di movimenti: costanti, le correnti; irregolari, le onde; periodici, le maree. Le numerose esplorazioni oceanografiche degli anni '60 e '70 hanno permesso di descrivere la morfologia dei fondali marini, alquanto varia e complessa.

L’inquinamento delle acque L'inquinamento idrico è la contaminazione dei mari e delle acque interne,superficiali (fiumi e laghi) e di falda. Esistono vari tipi di inquinamento: 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 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 per dilavamento dei terreni. Inquinamento urbano: 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, in quanto sovente vengono inseriti nelle acque per via diretta, senza alcun trattamento di depurazione. Fu la storica rivoluzione Industriale a determinare l'inizio di un processo di dimensioni mirabili e che non trova un termine: 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.

Cause L'acqua usata in campo domestico, industriale, agricolo o zootecnico spesso contiene sostanze che alterano l'ecosistema, per cui non possono essere scaricate direttamente nei corsi d'acqua, in quanto contribuirebbero ad inquinare le acque superficiali (se non telluriche) ed il suolo. Gli agenti inquinanti delle acque più comuni sono: Inquinanti fecali: derivano dagli escrementi animali e dai residui alimentari. In condizioni aerobiche consumano O2 per formare CO2, NO3-, PO34-, SO2, mentre in condizioni anaerobiche formano CH4, NH3, H2S, PH3. Nel caso ci sia un forte inquinamento di tipo fecale, si può avere la presenza nell'acqua di microrganismi patogeni (tifo, colera, epatite virale,salmonellosi ecc.). Uno dei più comuni inquinanti fecali è il batterio E. Coli, presente nell'intestino e quindi nelle feci degli animali a sangue caldo. Sostanze inorganiche tossiche: sono costituite dagli ioni dei metalli pesanti (come ad esempio Cr6+, Hg2+, Cd2+, Cu2+) che possono bloccare l'azione catalitica degli enzimi dell'organismo determinando avvelenamenti o la morte. Le industrie che usano questi metalli nelle loro lavorazioni, prima di scaricare le acque, devono eliminarli con i loro impianti di depurazione. Sostanze inorganiche nocive: sono costituite dai fosfati ed i polifosfati presenti nei fertilizzanti, detersivi, composti fosforati ed azotati ed in alcuni scarichi industriali. Queste provocano l'eutrofizzazione, ovvero un enorme sviluppo della flora acquatica che in gran parte muore depositandosi sul fondo decomponendosi e perciò consumando notevoli quantità di ossigeno. Quando nella massa d'acqua si determina un deficit di ossigeno, si iniziano a liberare i prodotti della decomposizione anaerobica con conseguente morte della fauna per asfissia. Il corso d'acqua così si intorbidisce limitando la penetrazione della luce in profondità peggiorando ulteriormente la situazione. Sostanze organiche non naturali: come ad esempio i diserbanti, gli antiparassitari, gli insetticidi, portano vantaggi all'agricoltura ma possono inquinare sia le acque che il suolo. Inoltre ci sono i solventi organici utilizzati dalle industrie (come ad esempio l'acetone, la trielina, il benzene, il toluene, ecc.) che devono essere eliminati prima di scaricare l'acqua nei corsi.

Oli liberi e emulsionanti: sono insolubili e per via della loro bassa densità, stratificano nella superficie creando dei film oleosi che impediscono all'ossigeno di solubilizzarsi nell'acqua. È un fenomeno esteso e provoca dei veri e propri disastri ecologici nei cui confronti è molto difficile intervenire. Solidi sospesi: sono sostanze di varia natura che rendono torbida l'acqua ed intercettano la luce solare. Inoltre, una volta depositati sul fondo, impediscono lo sviluppo della vegetazione. Calore, acidi e basi forti: dovuti per lo più agli scarichi industriali, possono diminuire la solubilità di O2 ed alterare temperatura e pH dell'ambiente provocando alterazioni patologiche o la scomparsa di alcune specie viventi oppure ancora lo sviluppo di altre normalmente assenti. L'acqua, in condizioni normali, è in grado di autodepurarsi grazie ad una certa quantità di ossigeno disciolto (la solubilità di O2 in acqua è di 9 ppm a 20 °C con pressione pari ad 1 atm) che trasforma le sostanze, grazie alla decomposizione aerobica (ossidazione), in composti non inquinanti (come l'anidride carbonica, i nitrati, i fosfati, i solfati). Se l'ossigeno disciolto in acqua non è sufficiente per ossidare tutte le sostanze inquinanti presenti, si formano prodotti come il metano, l'ammoniaca, la fosfina-PH3-, acido solfidrico che fanno scomparire ogni forma di vita nell'acqua. Quindi, se avviene che nell'acqua siano inserite grandi quantità di sostanze organiche, ci sarà una demolizione e una scomposizione di queste in sostanze più semplici da parte dei batteri aerobi grazie all'uso di una parte di ossigeno disciolto; qualora vengano immesse quantità eccessivamente grandi di sostanze inquinanti, sia l'ossigeno disciolto che quello dell'atmosfera vengono consumati dai batteri aerobi e si va a creare una famiglia di batteri anaerobi i quali trasformano le sostanze organiche in sostanze nocive, devastanti per la comunità acquatica animale e vegetale, senza alcun bisogno di ossigeno. È dunque indispensabile per la vita degli organismi un'adatta presenza di ossigeno disciolto.

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. Inoltre, è molto preoccupante il fatto che scarichino in acqua detersivi non biodegradabili o contenenti fosfati. Questi detergenti, che assai sovente si vedono ricoprire di uno spesso strato schiumoso intere superfici d'acqua, per la loro complessa struttura chimica a catene ramificate difficilmente vengono aggrediti e degradati dai batteri in composti più semplici o meno nocivi; tali sostanze pertanto alterano fortemente le caratteristiche fisiche dell'acqua, modificandone la tensione superficiale e provocando la scomparsa, tra l'altro, della flora acquatica, del plancton e, con essi, dei componenti di tutta la piramide trofica. Conseguenza gravissima, oltre all'estendersi di larghi strati superficiali di materie in decomposizione, con relativi miasmi e colorazioni varie, è la diffusione in acque sia dolci sia marine di batteri e virus (del tifo, della dissenteria, del colera, dell'epatite virale, ecc.) e l'assorbimento di questi microrganismi patogeni da parte di molluschi destinati all'alimentazione (quali mitili, ostriche ecc.) e allevati in prossimità di sbocchi di scarichi con conseguente pericolo di gravi epidemie. 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.

Analisi acqua in laboratorio Analisi delle acque E’ un punto fondamentale per la vendita di acqua potabile. Le analisi di campioni di acqua sono volte a rintracciare la presenza di microrganismi. Analisi acqua in laboratorio L'analisi chimico-fisica di un'acqua consiste nell'esecuzione, su di un campione di acqua rappresentativo e prelevato correttamente, di una serie di determinazioni effettuate tramite specifiche apparecchiature di laboratorio.  Oltre alle analisi chimico-fisiche è opportuno eseguire anche un campionamento per una analisi microbiologica, importantissima per verificare lo stato di salute della tua acqua, anche se l’utilizzo primario non è quello potabile.

Solfati I solfati sono anioni non tossici e largamente diffusi. La presenza dei solfati nelle acque deriva da numerosi minerali, soprattutto depositi di gesso (?). In quantitá superiori a 250 mg/l conferiscono un sapore amaro all'acqua. Durezza La durezza dell'acqua è dovuta alla naturale presenza in essa del calcio e del magnesio; quest'ultimo è normalmente presente in concentrazione minore rispetto al calcio. In relazione al concetto di durezza si ritrovano frequentemente le seguenti espressioni: Durezza totale è la durezza propriamente detta: essa può essere espressa in gradi francesi °F ( 1°F=10 mg/l CaCO3 ) o in gradi tedeschi D (1°D=10,0 mg/l CaO). I valori consigliati sono compresi tra 15 e 50 °F che corrispondono a 8 e 28 gradi tedeschi. Durezza temporanea o carbonatica è quella frazione della durezza totale che può essere allontanata dall'acqua con un'ebollizione prolungata; in tal modo gli ioni Ca e Mg si legano ai Carbonati e formano un composto insolubile che precipita. Tale valore dipende evidentemente anche dalla concentrazione iniziale dei Bicarbonati presenti. La frazione di durezza residua dopo questa operazione è detta durezza permanente o non carbonatica ed è dovuta alla presenza di anioni diversi dai Bicarbonati, e cioè principalmente Solfati, Nitrati, Cloruri e Fluoruri. Un’ elevata durezza dell’acqua ( > 30°F o > 17°D) provoca incrostazioni di calcare nelle tubazioni, in particolare negli impianti di riscaldamento, e richiede nel lavaggio della biancheria un elevato consumo di detersivi, mentre al contrario un'acqua molto dolce (< 10°F o < 4°D) puó diventare corrosiva per le tubazioni metalliche.  

pH In ogni acqua sono contenute piccole quantità di ioni idrogeno ( forma chimica: H+ ) e ioni ossidrile ( OH- ). La reazione acida, alcalina o neutra di un'acqua dipende dalla concentrazione di ioni idrogeno. Se in un' acqua ci sono più ioni idrogeno che ioni ossidrile, l'acqua dal punto di vista chimico è acida, in caso contrario è basica ( detta anche alcalina).  Il valore pH ( proposto nel 1909 dal chimico danese Soerensen è correlato alla concentrazione degli ioni idrogeno ( H+ ) nella soluzione acquosa. Dato che generalmente questa concentrazione è molto bassa si preferisce riferirsi , invece che alla concentrazione stessa, al suo logaritmo negativo –log(H+), detto "valore di pH " (per es.: una concentrazione di 0,0000001 mol/l di ioni H+ corrisponde ad un pH = 7). Un valore di pH uguale a 7 sta ad indicare che la concentrazione degli ioni idrogeno ( H+) è uguale a quella degli ioni ossidrile ( OH-). Una soluzione neutra ha pH = 7, una soluzione basica ha pH > 7, una soluzione acida infine ha pH < 7.  Il pH delle acque naturali è un elemento di giudizio molto importante , valori molto più bassi o più alti dell'intervallo consentito indicano un inquinamento rispettivamente da acidi o da basi forti.

Depurazione delle acque La depurazione è il sistema tecnologico che, a mezzo di opportuni impianti detti impianti di depurazione, si realizza e si attiva per eliminare dai sistemi liquidi e gassosi sostanze estranee o inquinanti. Si svolge un processo composto da una serie di azioni programmate di carattere meccanico, chimico-fisico e biologico. Gli impianti di depurazione più comuni si possono dividere in due grandi classi, a seconda di ciò che si deve depurare: aria o acqua. Esistono anche depurazioni del suolo o sottosuolo o, più in generale, di ogni altro sistema inquinato, ad esempio la depurazione dell'acciaio (detta affinazione); in ogni caso l'aria e l'acqua, riguardando la loro caratteristica di necessità alla vita sulla Terra, rimangono preponderanti come classi degli impianti di depurazione. Depurazione dell'aria La depurazione dell'aria comprende diverse operazioni di separazione gas-solido, tra cui: filtrazione (in filtri a maniche); centrifugazione lavaggio (in scrubber).

Depurazione dell'acqua La depurazione dell'acqua può riguardare: trattamento degli scarichi urbani; trattamento degli scarichi industriali (ad esempio attraverso la tecnologia dell'elettroflottazione). Alcuni dei risultati ottenibili sono: abbattimento dell'ammoniaca, dell'azoto, dello zolfo, dei metalli in soluzione ed eliminazione dei fosfati. Nella depurazione degli scarichi urbani si procede linearmente a stadi successivi, nei quali avvengono specifiche azioni e reazioni: separazione meccanica dei grossolani, sedimentazione, digestione batterica, ossidazione (fisica, meccanica e microbiologica), filtraggi, disinfezioni finali (ipoclorito di sodio, acido peracetico, ozono, raggi ultravioletti). Tutti i processi coinvolti nel ciclo depurativo non sono altro che gli stessi che avvengono normalmente in natura, ma massimizzati in velocità e resa all'interno dell'impianto di depurazione.

Lavoro svolto da: Manuel Magurno; Modzelewski Dawid; Leonardo Gasparini.