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chimica |
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Trattamento di reflui civili ed industriali e inquinanti
INQUINAMENTO
Aggiunta di sostanze che ne alterano caratteristiche chimiche e fisiche in modo che esercitino un pericolo per la salute, pregiudicando l' esercizio delle attivita` commerciali industriali e ricreative.
-Origine naturale: arricchimento di sostanze organiche ed inorganiche;
-Origine domestica: cucine, bagni,garage, acque reflue, detergenti, carta, oli minerali;
-Origine agricola: concimi chimici, diserbanti, anticrittogamici, residui vegetali, terriccio, acque di lavaggio dellle stalle etc . ;
-Origine industriale: molto complessa ed imprevedibile.
L' inquinamento implica un eccessivo consumo di ossigeno, trasformazioni dovute ai microorganismi aerobi ed anaerobi
Aerobi anaerobi
C CO2 CH4
P PO3³⁻ PH3
I microorganismi anaerobi agiscono solo quando si ha un eccessivo consumo di O₂
Si basa sull'ossidazione di Mn(OH)₂ a stati di valenza superiori in soluzione alcalina da parte dell' ossigeno disciolto. Per successiva acidificazione in presenza di ioduro il manganese si riduce a Mn(II) liberando iodio in quantita` equivalente all' O₂ inizialmente presente nel campione. Lo iodio liberato viene titolato con una soluzione a titolo noto di tiosolfato di sodio in presenza di salda d'amido. Questo metodo si utilizza in tre versioni diverse .
-METODO A-
Reattivi:
-Soluzione alcalina di ioduro-sodio azide: si sciolgono 500 g di NaOH o 700 g di KOH e 135 g di NaI oppure 150 g di KI in acqua distillata e si porta a ∼900 ml. Si aggiungono lentamente alla soluzione fredda sotto continua agitazione 10 g di NaN₃ sciolti in 40 ml di H₂O e si porta a 1 l con H₂O. Diluendo 1 ml di reattivo a 50 ml e acidificando per aggiunta di salda d'amido non si deve osservare nessuna colorazione. Si conserva in bottiglia con tappo di gomma. Se si dispone di NaI o KI inpuro per iodio si disciolgono 135 g di NaI o 150 g di KI in 500 ml di H₂O aggiungendo poche gocce di acido acetico. Si aggiunge poi 1 g di polvere di Zn e si agita finche` la soluzione diviene incolore, si filtra, si aggiungono 400 g di NaOH, si raffredda e si diluisce ad 1 l.
-Soluzione di solfato manganoso:
Si sciolgono 364 g di MnSO₄‧H₂O in H₂O, si filtra se necessario e si porta ad 1 l. Aggiungendo a questa soluzione una soluzione acida di KI si devono osservare solo tracce di iodio.
-Soluzione standard di tiosolfato di sodio:
Si sciolgono in un pallone tarato da 1 l 25 g di tiosolfato di sodio (Na₂S₂O₃‧5H₂O) in circa 800 ml di acqua distillata , si aggiunge come stabilizzante 1 g di Na₂CO₃ oppure 4 g di tetraorato di sodio, si porta ad 1 l con acqua portata all`ebollizzione . La standardizzazione viene eseguita con bicromato di potassio oppure con iodato di potassio o con KH(IO₃)₂ seccati a 110ºC.
-Salda d'amido:
Si mettono in un mortaio 5-6 g di amido e alcuni ml di H₂O fredda e si macina la pesta risultante e viene poi versata in 1 l di acqua distillata bollente, si fa bollire per pochi minuti e si lascia depositare per 1 notte. Si utilizza il liquido sovrastante. La soluzione puo` essere stabilizzata aggiungendo per ogni litro circa 1 g di acido salicilico o qualche goccia di toluolo.
Procedimento:
Si
aggiungono al campione contenuto in una bottiglia con tappo a smeriglio 2 ml di
soluzione di MnSO₄ e 2 ml di soluzione alcalina di ioduro-sodio azide
avendo cura di introdurre quest'ultima ben al di sotto della superficie del
liquido. Si chiude la bottiglia e si agita piu` volte. Si ripete l' agitazione
una seconda
Calcoli:
Contenuto di O₂ = (a∗N∗f∗8)/100∗1000 f = B/(B-4)
-a = volume in ml di tiosolfato di sodio
-N =
normalita`
-B = volume della bottiglia in ml
Il trattamento delle acque e` diviso in tre stadi: meccanico, biologico, chimico fisico;
-lºSTADIO-
Grigliatura abbinata a triturazione, desabiatura e sedimentazione. I liquidi escono con alcune sostanze ossidabili.
-2ºSTADIO-
Reazioni
biochimiche aerobiche per demolire le sostanze biodegradabili che vengono
trasformate in sostanze inorganiche relativamente innoque. I metodi usati sono
la filtrazione biologica, I fanghi attivi, le fosse di ossidazione , gli stagni
ossidative e I percolatori sommersi. In alcuni casi soltanto per piccoli
impianti si sfruttano I processi biologici anaerobi. Al termine
-3ºSTADIO-
Trattamento
di tipo elettrolitico di coagulazione chimica, ossidazione chimica, filtrazione
idrodinamica , scambio ionico, osmosi inversa, volatilizzazione di ammoniaca e
adsorbimento. In ogni fase di questo processo si ha formazione di fanghi che
sono facilmente putrescibili e difficilmente disidratabili. Questi ricevono un
pretrattamento che consiste in un
inspessimemto e tal
Anche per queste si possono adottare gli stessi metodi. Gli effluenti industriali trattabili con i metodi biologici sono quelli che hanno un alto tenore di sostanze biodegradabili che forniscono ai batteri il carbonio fondamentale per la loro alimentazione.
-Industrie alimentari: caseifici, zuccherifici, mattatoi e fabbriche di conserve;
-Industrie delle fermentazioni: birrerie, distillerie, fabbriche di vitamine e antibiotici;
-Industrie tessili, tintorie;
-Industrie cartarie;
-Industrie chimiche;
Abbiamo diversi casi.
Le sostanze sospese provocano intasamento delle tubazioni, il pH, sostanze infiammabili, tossiche o batteriostatiche.
Danni all' ambiente: tossicita` conosciuta e sconosciuta che provoca effetti a lunga scadenza sulla popolazione, avvelenamento sulla flora e sulla fauna. Possiamo avere una diffusione di microorganismi patogeni con pericolo di epidemie, sviluppo di odori sgradevoli, schiume e strati di sostanze in putrefazione nelle acque di superficie.
-TRATTAMENTI MECCANICI-
Grigliatura con maglie grosse 4-l5 cm, maglie medie 0.5-4 cm e maglie fine < 0.5 cm. Prima e dopo la grigliatura si fa una desabbiatura.
Sedimentazione:processo
per il quale I corpi solidi sospesi in un liquido e aventi peso specifico
superiore dello stesso tendono a depositarsi sul fondo
Flottazione:
operazione in base alla quale le sostanze solide sospese o in emulsione vengono
separate dal liquido sfruttando il loro basso peso specifico, oppure
provocandone il galleggiamento per insufflazione di gas. A sedimentazione
avvenuta I fanghi vengono raschiati ed evaquati, mentre nella flottazione si
effettua una scalinatura sulla superficie
Filtrazione: consiste nel passaggio della sospensione attrverso un letto di particelle solide con dimensioni appropiate (sabbia, ghiaia, antracite, sfere di vetro).
Aerazione: insufflazione di aria noltre abbiamo necessita` di ossidare sostanze inorganiche riducenti (ossidazione chimica). Dobbiamo volatilizzare delle sostanze nocive che possono essere ammoniaca, acido solfidrico e cianidrico,acetone etc .
Molto utilizzata e` l' aerazione per gravita` basato sul principio di autodepurazione dei fiumi le cui acque vengono ossigenate per effetto delle cascate.
Aerazione per diffusione: introduzione dei tubi nei quali si pompa dell' aria che provvedera` all' ossidazione.
-TRATTAMENTI BIOLOGICI-
Rimozione
Temperatura: puo` favorire la velocita` di reazione e di depurazione;
PH: il pH ottimale e` tra 6 e 8 perche` un pH piu` acido o piu` basico danneggia I batteri. Il pH e` importante per l' azione degli enzimi;
Ioni
e metalli: bastano 10 ppm di Cr, 5 ppm di Zn, 2 ppm di CN¯, 1 ppm di Cu o
Cd per bloccare
Sostanze nutritive: devono essere ben dosate.
-PROCESSO DI FILTRAZIONE BIOLOGICA-
Viene
effettuata tramite I percolatori, passaggi dei liquami attraverso un mezzo
filtrante che serve da supporto e da habitat ad una popolazione biologica
aerobica costituita da batteri, funghi, protozoi . in forma di film gelatinoso.
Nel filtro percolatore I fanghi (liquami) arrivano al centro di un bacino di
forma circolare contenente il mezzo filtrante e pervengono ad un distributore a
bracci rotanti che funziona per reazione. Dopo un certo periodo di rodaggio si
forma sul mezzo filtrante un film biologico che in presenza di una sufficiente
quantita` di ossigeno reagisce con le sostanze organiche contenute nell' acqua
e le demolisce. L' ossigeno e` fornito dall' aria che entra dal basso
attraverso mattonelle drenanti e sale in controcorrente. Abiamo dunque un' aerazione per gravita` abbinata ad una
aerazione a spruzzo assicurata dagli ugelli
Costituzione del mezzo filtrante: puo` essere costituito da svariati materiali, deve essere privo di polvere, elevata resistenza chimica e meccanica, a supeficie ruvida ad elevato rapporto superficie-peso e con alta percentuale di vuoto. I pezzi piccoli danno migliori risultati. I mezzi filtranti di plastica danno buoni risultati cogli effluenti industriali.
-FANGHI ATTIVI-
Il metodo si basa sul fatto che quando un liquido inquinato viene aerato si forma una specie di fanghiglia costituita da colonie di microorganismi aerobi che si nutrono delle sostanze organiche presenti nel liquido purificandolo. Il liquido viene poi chiarificato in un baccino di sedimentazione e scaricato, mentre il fango depositato viene in parte eliminato e in parte ripompato nel baccino di aerazione . Il processo a fanghi attivi ha tre fasi: 1)chiarificazione, che comprende la coagulazione e flocculazione dei colloidi; 2)ossidazione dei composti organici; 3)nitrificazione, ossidazione di NH₃ a NO₂¯ e poi a NO₃¯. Il processo dei fanghi attivi risente di piu` della temperatura che nel processo di filtrazione biologica.
-FOSSE DI OSSIDAZIONE-
Sono
costituite da un fossato ad anello che
viene percorso piu` volte dal liquame spinto da un rotore il quale provvede,
sia alla circolazione e sia alla aerazione . Talvolta il rotore puo` essere
sostituito da un apparato insufflatore. La velocita` di flusso e` circa 30
cm/s. La profondita` del fossato e` di 1-l.5 m e la larghezza di 5-6 m. Una
fossa di ossidazione si puo` considerare in sostanza come una specie di fiume
nel quale si possa variare la lunghezza e la portata con una cascata ogni
100-200 mdel percorso. Nelle fosse di ossidazione si trattano I fanghi attivi
quando sono in fase di respirazione endogena. Il vantaggio e` nel basso costo
di installazione e nella produzione di un
-STAGNI OSSIDATIVI-
Sono
costituiti da fosse scavate nel terreno nelle quali le acque residue vengono
lasciate soggiornare fino a quando per azione dell'aria e della luce solare
perdono la maggior parte
-DEPURAZIONE ANAEROBICA-
Questa
consiste nella semplice introduzione
CnHaOb + ( n - a/4 - b/2 )H2O -> ( n/2 - a/8 + b/4 )CO2 + ( n/2 +a/8 - b/4 )CH4
Questo meccanismo anaerobio e` simile a quello dei processi aerobi ma con una produzione di energia molto minore, quindi le velocita` di reazione sono minori e anche la sintesi di nuove cellule, questo spiega perche` nei processi anaerobi anche la richiesta di sostanze nutritizie e` minore. Il processo di digestione anaerobica viene utilizzato sia per il trattamento dei fanghi provenienti dalla depurazione delle acque e sia per lo smaltimento dei rifiuti agricoli , ossia materie vegetali .
Lo stesso processo si svolge in natura negli ambienti privi di ossigeno quali sedimenti lacustri e paludi.
Fasi del processo: si opera in reattori, stagni, detti digestori , per mantenere il materiale in fermentazione fuori dal contatto dell' aria. Si possono distinguere tre fasi:1) fase idrolitica, durante la quale I polimeri naturali, ossia proteine, polissacaridi e grassi, vengono scissi nei loro componenti piu` semplici , ossia amminoacidi, zuccheri e acidi grassi; 2) fase acidogena, nella quale I composti semplici vengono trasformati in acidi a basso peso molecolare con prevalenza di acido acetico; 3) fase metanogena, nella quale gli acidi vengono trasformati in metano e anidride carbonica.
Al
termine
Avviamento
degli impianti: come abbiamo gia` visto la curva di crescita dei microorganismi
presenta spesso all' inizio una fase stazionaria e una di avviamento durante le
quali I processi di demolizione delle sostanze organiche avvengono piuttosto
lentamente provocando ripercussioni sul tempo necessario all' avviamento degli
impianti, percio` prima che un impianto raggiunga le condizioni di regime,
possono trascorrere alcune settimane e anche alcuni mesi a seconda delle
condizioni sperimentali ( temperatura, tipo di substrato, presenza e conc. di
sostanze batteriostatiche, tenore di ossigeno e tipo di impianto adottato ). In
alcuni casi, particolarmente nel trattamento dei reflui industriali e misti,
per varie cause si puo` avere la morte dei microorganismi che costituiscono I
fanghi attivi oppure una forte riduzione della loro attivita`. Una soluzione a
questo inconveniente consiste nel prelevare una certa quantita` di fanghi
attivi da un altro impianto che sia in attivita` e di immetterli nell' impianto
in questione, tuttavia non sempre in questo modo si ha la sicurezza di aver
risolto il problema in quanto I ceppi dei microorganismi possono essere diversi
da un impianto all' altro e quindi il vantaggio risultante puo` essere molto
modesto. Il professore Howard ha raccolto e selezionato in varie parti
-TRATTAMENTO CHIMICO-FISICO-
Il trattamento a due stadi,
meccanico e biologico, delle acque di fognatura domestica spesso e` sufficiente
per produrre effluenti che possono essere scaricati in acque pubbliche e per
molti anni dopo la seconda guerra mondiale questi furono gli unici trattamenti
impiegati. Verso il 1960 tuttavia inizio` a presentarsi l' esigenza di una
depurazione piu` spinta. Il primo stimolo fu` quello di rispettare le norme
della commissione inglese che costituivano lo standard internazionale piu`
seguito. Secondo questa normativa le sostanze solide sospese dovevano essere
inferiori a 30 mg/l ed il BOD inferiore a 20 mg/l. Le eventuali sostanze nocive
presenti in un corpo d' acqua dovevano essere nel rapporto di 1:8. Siccome
queste condizioni erano assai difficili da rispettare si imponeva un
trattamento terziario. Sappiamo gia` che gli effluenti
-COAGULAZIONE CHIMICA-
Chiamata
cosi` per distinguerla da quella biologica che come ricorderete e` la tendenza
dei fanghi attivi a formare masse fioccose che sedimentano rapidamente. Quest'
ultimo fenomeno e` in funzione della curva di accrescimento delle colture,
maggiore e` il numero cellula - STRUTTURA DELLE CELLULE EUCARIOTE" class="text">delle cellule minore e` la tendenza a flocculare. Per
comprendere bene l' importanza della coagulazione chimica bisogna ricordare che
la velocita` di caduta delle particelle nel mezzo liquido e` molto influenzata
dal diametro medio delle particelle stesse. In pratica soltanto le sospensioni
che abbiano un diametro superiore a 10 mμ possono essere sottoposte ad un
processo economico di sedimentazione. Sospensioni di particelle piu` fine
richiederebbero tempi di ritenzione troppo lunghi anche perche` le particelle
possiedono generalmentre una carica elettrica piu` frequentemente negativa e
quindi si respingono a vicenda , con difficolta` quindi a riunirsi per formare I
fiocchi. Pertanto per provocare l' aggregazione si usano dei reagenti detti
coagulanti. Immaginiamo una singola particella colloidale carica negativamente
sospesa nella soluzione di un elettrolita. Le cariche negative si disporranno
sulla superficie esterna della particella ed attrarranno un certo numero di
cariche positive, I quali formeranno uno strato aderente alla particella
denominato strato stazionario. Man mano che ci si allontana da questo , la
forza di attrazzione esercitata dalle cariche negative diminuisce fino ad
annullarsi in un determinato punto dello spazio. La d.d.p. tra la superficie
della particella e il punto di elettroneutralita` si chiama potenziale zeta.
Aumentando la concentrazione dell' elettrolita aumenta anche la possibilita`
che I suoi ioni positivi vadano ad arricchire lo strato stazionario con una
notevole riduzione
Potenziale zeta ζ =(4∗π∗μ∗ν)/(E∗D)
μ
= viscosita`
ν = velocita` elettroforetica della particella
D = costante dielettrica
E = gradiente di potenziale
Dobbiamo aggiungere che la maggior efficacia degli ioni positivi bivalenti e trivalenti rispetto ai monovalenti nel provocare la coagulazione non dipende non soltanto dal maggior effetto deprimente sul potenziale zeta ma anche e soprattutto dal fatto che alcuni cationi bivalenti ad esempio Zn²⁺ e Mg²⁺ formano idrati fioccosi poco solubili. Quelli trivalenti ad esempio Fe³⁺ e Al³⁺ formano degli idrati estremamente poco solubili per cui questi fiocchi sedimentano rapidamente trascinando con se le particelle colloidali sospese in parte per azione elettrostatica e in parte per trascinamento meccanico. Inoltre la coagulazione chimica nel settore del trattamento delle acque non ha soltanto lo scopo di eliminare le sostanze sospese e colloidali ma anche una parte di quelle disciolte, mentre per spiegare l' allontanamento delle sostanze organiche disciolte e dei polifosfati si puo` fare ricorso all' adsorbimento esercitato dai fiocchi di idrossido metallico, nel caso invece dello ione ortofosfato, che e` di piccole dimensioni, si deve supporre una vera e propria precipitazione chimica di fosfati insolubili di Fe, Al, Zn, Ca e Mg.
-Fattori
che influenzano la coagulazione : sono 5, pH della soluzione, temperatura,
tempo di reazione, dose
-Reagenti
coagulanti : un buon reagente coagulante per il trattamento delle acque di
fogna deve essere un elettrolita solubile in acqua , che abbia un catione
bivalente o meglio trivalente , che sia poco costoso ed innoquo : Al₂(SO₄)₃‧18H₂O
viene venduto in granuli e in polvere con un tenore di Al₂O₃ del
17% , oppure viene venduto in soluzione acquosa. Il pH di esercizio e` tra
6.3-6.5, le dosi utilizzate sono tra I 50-200 mg/l di acqua di fogna, puo` dare
delle precipitazioni ritardate ; Na₂Al₂O₄ e` molto impiegato
in
-POLIELETTROLITI-
Polimeri organici di sintesi idrosolubili
derivati dall' acido poliacrilico. Sali quaternari di polivinil piridinio
L'
azione dei polielettroliti si manifesta con una notevole compattezza ed un peso
elevato dei fiocchi ed e` scarsamente influenzata dalle variazioni di
temperatura. La loro azione viene spiegata come conseguenza della ionizzazione
dei gruppi elettricamente attivi. Mentre la molecola non ionizzata
-IMPIANTI DI COAGULAZIONE-
Un processo completo comprende tre stadi successivi: coagulazione e sedimentazione. Quando nei bacini di sedimentazione il letto filtrante e` costituito da uno strato fioccoso turbolento, in questo caso ilprocesso viene detto filtrazione idrodinamica in quanto abbiamo una vera e propria filtrazione delle acque torbide.
-ADSORBIMENTO-
Adesione di una sostanza
gassosa o in soluzione alla superficie di un altra sostanza che e` generalmente
allo stato solido. L' adsorbimento ha luogo in qualsiasi superficie ma gli
effetti
-SCAMBIO IONICO-
Si tratta di resine cationiche ed anioniche ossia di acidi e basi insolubili, che reagiscono con gli ioni in soluzione rimanendo allo stato solido. Possono essere piu` o meno fortemente acide o basiche
RA + B⁺ ⇌ RB + A⁺
Ks indica la tendenza della resina a concentrare B a preferenza di A da una soluzione contenente concentrazioni equivalenti di A e di B. Ks > 1 indica che la resina trattiene di preferenza B . Se Ks < 1 trattiene A. Per esempio, in una resina cationica forte il valore di Ks per le coppie H/Na, H/Ca vale nel primo caso 2 nel secondo caso 42. In una resina anionica forte Ks per la coppia OH/Cl e` 2 , quindi gli anioni cloro sono adsorbiti preferenzialmente agli ioni OH. Il processo a scambio ionico e` impiegato nel trattamento delle acque reflue di origine industriale, ma anche nel settore delle acque di fognatura domestica , nello stadio finale quando si vogliono ottenere effluenti di alta qualita`.
-VOLATILIZZAZIONE DI NH₃-
Lo
ione ammonio in soluzione acquosa si trova in equilibrio con NH₃
indissociata e con lo ione idrogeno. La costante di questo equilibrio a
15℃ e` 2.7‧10⁻¹⁰ . E` evidente che questo
equilibrio dipende dal valore
NO₃̄ +1.25 C(org) + H⁺ → 0.5 N₂ + 1.25 CO₂ + 0.5 H₂O
-OSSIDAZIONE CHIMICA-
Questa operazione, da non confondere con l' ossidazione biologica dovuta ai microorganismi aerobi, consiste nell' introduzione controllata di reagenti ossidanti con lo scopo principale di disinfettare ossia liberare dai germi patogeni. I liquami possono contenere vari patogeni trasmissibili per via d' acqua. Alcune delle malattie batteriche o virali piu` note sono tifo, paratifo, salmonellosi, febbri tifoidi, gastrointeriti, colera, epatite virale etc . La disinfezione e` un intervento che tende a ridurre la probabilita` di infezione entro limiti accettabili. Tutti I processi di depurazione si riferiscono a processi naturali concentrandoli nel tempo e nello spazio. Nel trattare le acque di origine domestica si impiegano Cl₂, ClO₂ e O₃.
-Meccanismo di clorazione: il cloro sciolto in acqua si idrolizza secondo la reazione
Cl₂ + H₂O → H⁺ + Cl‾ + HOCl K = 4.5‧10⁴ moli/l a 25℃
HClO ⇌ H⁺ + ClO‾ K = 2.7‧10⁻⁸ moli/l a 25℃
Pertanto
la concentrazione de cloro e` trascurabile ed il cloro libero disponibile per
la disinfezione e` costituito dall' acido ipocloroso e l' anione
corrispondente. La reazione di ossidazione
HOCl + H⁺ + 2 e⁻ → HCl + OH‾
Le
rispettive concentrazioni di HclO e dello ione ClO‾ dipendono dal pH.
Inoltre tutto l' equilibrio dipende, per la legge di Henry, dalla pressione
parziale
-Reazioni
con I fenoli:il to acquoso e` ricco anche di composti organici, in esso
infatti si trovano polifenoli derivanti dal disfacimento
2 NH₂Cl + HOCl → N₂(g) + 3 HCl + H₂O
Nel
secondo diagramma si osserva che l' aggiunta di cloro nell' acqua porta senz'
altro ad un aumento
2 NaClO₂ + Cl₂ → 4 ClO₂ + 2 H₂O + 2 NaCl
oppure
5 NaClO₂ + 4 HCl → 4 ClO₂ + 2H₂O + 5 NaCl
La
dimostrazione sperimentale della formazione di cloroformio per clorazione di
acque contenenti acidi umici ha portato alla sostituzione
ClO₂ + 5 e⁻ + 4 H⁺ → Cl‾ + 2 H₂O
ClO₂ + RH → R‧ + HClO₂
HClO₂ → HClO + HClO₃
questo
e` un problema perche` questo sistema genera HclO. Quindi in questo senso
ClO₂ non risolve il problema di non generare cloroorganici. Dagli
esperimenti effettuati risulta che ClO₂ e` piu` efficace
Gli effluenti depurati possono essere trattati anche con ozono in quanto la tecnologia attuale consente di produrlo a costi piu` accessibili che nel passato. Oltre all' azione battericida l' ozono possiede un alto potere decolorante ed e` capace di demolire sostanze poco biodegradabili come fenoli, cianuri etc . , pertanto oltre che come trattamento finale puo` essere utilizzato anche nella fase iniziale per incrementare la biodegradabilita`di sostanze contenute in reflui di varia origine. L' ozono si prepara facendo passare ossigeno in un apparecchio costituito da due tubi coassiali collegati ai terminali di una bobina di induzione. Durante il tragitto dell' intercapedine una parte dell' ossigeno sotto l' azione di scariche elettriche ad alto potenziale , si trasforma in ozono secondo la reazione : 3 O₂ + 284 Kj → 2 O₃
Abbiamo
quindi un forte assorbimenti di energia. L' ozono essendo una sostanza ad
elevato contenuto energetico risulta di conseguenza instabile e si decompone
facilmente dando ossigeno e O. L' O e` quello che uccide I microorganismi
mentre pare accertato che il cloro e l' ipoclorito si combinino con gli acidi
umici per dar luogo ad aloformi, principalmente cloroformio e policlorobifenili
composti cancerogeni , non e` invece emerso che l' ozono possa formare composti
nocivi. Le reazioni con le quali l' ozono esplica l' azione depurativa nei
confronti di numerosi inquinanti non sono facilmente accertabili ed e` anche
difficile il riconoscimento dei numerosissimi intermedi di reazione. E` ormai
accertato che l' attacco procede inizialmente sui composti insaturi e sugli
anelli aromatici con formazione di derivati ossidati quali acido muconico,
gliosale, acido formico, acido metilgliossilico, acido ossalico etc . Pur
partendo da substrati iniziali profondamente diversi tra loro, si ottengono
sovente residui finali caratterizzati da composizioni molto simil. L' azione
depuratrice dell' ozono e` rappresentata da andamenti
Oltre ai metodi di depurazione gia` sperimentati o proposti ve ne sono altri tra I quali la distillazzione, l' osmosi inversa e l' elettrolisi.
-OSMOSI INVERSA-
L'
osmosi e` una proprieta` delle soluzioni concernente la diffusione
-ALLONTANAMENTO DEI METALLI-
Per I
materiali inorganici disciolti, sono particolarmente importanti I metodi che
permettono di rimuovere metalli pesanti ed eventualmente di recuperarli, ed I
metodi che rimuovono fosforo e azoto che una
Uno
dei metodi piu` vecchi per l' allontanamento dei metalli pesanti e` il
trattamento con Ca(OH)₂. Molti di essi vengono cosi` trasformati nei
corrispondenti idrossidi poco solubili in acqua. Questo metodo non consente
pero` di allontanare completamente Hg, Cd e Pb, in questo caso si
-SOSTANZE TOSSICHE-
Nelle
acque naturali finisce una vasta gamma di inquinanti tossici, tra questi I piu`
pericolosi sono gli ioni dei metalli pesanti tra I quali Cd, Hg, Pb, Ni oltre
Sb e As. Molti di questi metalli sono veleni cumulativi, cioe` vengono
assimilati , immagazzinati e concentrati dagli organismi esposti per lungo
periodo di tempo o ripetutamente a basse concentrazioni dei metalli o dei loro
composti. Ad un certo punto l' accumulo dei metalli nei tessuti diventa
sufficiente a causare effetti fisiologici notevoli nell' organismo.
Interessanti esempi di questo tipo possono essere tratti dall' origine e dagli
effetti
-MERCURIO-
E`
noto da tempo che Hg metallico ed I suoi composti sono fortemente tossici per
gli organismi viventi. Hg ed altri metalli pesanti e loro composti
interferiscono disattivando le molecole proteiche che svolgono la funzione di
catalizzatori enzimatici. Questa azione si esplica attraverso la combinazione
2 NaCl + 2 H₂O → 2 NaOH + Cl₂ + H₂
Hg
viene riciclato ma l'efficienza non e`
-CADMIO-
Un
altro metallo fortemente tossico la cui presenza nell' acqua causa
preoccupazione e` il Cd. Esso si trova in acque di scarico provenienti da
operazioni minerarie e nelle reti idriche a causa di corrosione nelle
tubazioni. Lo Zn che viene usato per la galvanizzazione e` normalmente
accomnato dal Cd chimicamente molto simile ed anche dal Pb. Se la rete
idrica trasporta acqua dolce parte di questi metalli si scioglie. L' acidita`
dell' acqua proviene dall' assorbimento della CO₂. Lo zinco svolge un
ruolo vitale nella decomposizione dei grassi nel corpo in quanto e` un
componente essenziale di uno dei catalizzatori enzimatici
-NITRATI-
Come
ultimo esempio di inquinante tossico nelle acque consideriamo gli ioni nitrato
e nitrito. Lo ione nitrito puo` ossidare il Fe(II) nell' emoglobina a Fe(III).
Il prodotto che si ottiene si chiama metaemoglobina e non si combina con l'
ossigeno per cui e` incapace di trasportare ossigeno ai tessut. La malattia che
ne risulta e` chiamata metaemoglobinemia, I suoi sintomi sono respiro
affannoso, colore azzurro della pelle e senso di soffocamento. Il nitrito puo`
passare direttamente dallo stomaco alla rete sanguigna. Il nitrito negli
alimenti e nell' acqua non e` cosi` comune come il nitrato ma I batteri che si
trovano nello stomaco dei neonati e degli animali ruminanti possono ridurre I
nitrati a nitriti causando una malattia. I nitrati possono venir ingeriti con
l' acqua potabile quando questa ha una concentrazione elevata di nitrati
risultante dal dilavamento di terreni agricoli. Certe piante come gli spinaci
possono assorbire elevate concentrazioni di nitrati da campi superfertilizzati.
Quando vengono usati per nutrire bambini al di sotto di 1 anno questi cibi
possono causare metaemoglobinemia. Negli
Il BOD esprime la quantita` di ossigeno necessaria per l' ossidazione biochimica delle sostanze contenute nell' acqua in determinate condizioni temperatura, durata etc .
La determinazione sperimentale viene effettuata in condizioni simili a quelle che si possono verificare normalmente nei corsi d' acqua e negli impianti di tipo biologico. Tale processo di autodepurazione e` influenzato da alcuni fattori quali pH, T, ossigeno disciolto, presenza di agenti tossici e di agenti nitrificanti etc . La richiesta biochimica di ossigeno e` dovuta a tre classi di sostanze:
-CLASSE A-
Costituita da composti organici I cui atomi di carbonio vengono utilizzati dai microorganismi quale alimento per le varie attivita` vitali.
-CLASSE B-
Composti ossidabili dell' azoto derivati da nitriti, ammoniaca e sostanze organiche azotate, utilizzate come fonte energetica da batteri come nitrosomonas e nitrobacter.
-CLASSE C-
Sostanze chimicamente ossidabili come Fe(II), solfuri, solfiti etc . che possono reagire direttamente con l' ossigeno disciolto. Le sostanze appartenenti alle prime due classi consumano ossigeno per via biochimica, mentre quelle della classe C reagiscono con ossigeno disciolto per via chimica.
Usualmente
si determina il BOD₅, espressione che indica una misura della quantita`
di ossigeno consumato in un tempo fissato convenzionalmente in cinque giorni e
che rappresenta generalmente il 70% della richiesta di ossigeno finale. La
determinazione
-METODO DIRETTO-
Il
metodo si basa sulla determinazione dell' ossigeno disciolto nei campioni di
acqua in esame, prima e dopo un periodo di incubazione a 20℃ per cinque
giorni in presenza di una data flora batterica. La differenza tra I contenuti
di ossigeno nei due campioni prima e dopo il periodo di incubazione fornisce il
valore
-Interferenze.
Tutte le sostanze che possono essere ossidate dall' ossigeno disciolto senza l'
intervento della flora batterica come ad esempio I nitriti, I solfuri, I
solfiti etc . possono causare interferenze positive. La presenza di cloro libero
puo` interferire con l' attivita` biologica dei microorganismi per cui e`
necessaria la sua eliminazione impiegando una quantita` equivalente di solfito
di sodio. Valori di pH inferiori a 6.5 e superiori a 8.3 possono interferire
rallentando o bloccando l' attivita` biologica dei microorganismi, per cui
bisogna correggere il pH. Qualora a causa della presenza di sostanze tossiche I
campioni risultassero sterili, la misura
-Reattivi.Si
impiegano gli stessi reattivi utilizzati per la determinazione dell' ossigeno
disciolto secondo il metodo di Winkler. Dopo correzzione
Si dicono fanghi attivi le
fanghiglie formate da colonie di microorganismi aerobi che prosperano negli
impianti di trattamento biologico e si nutrono delle sostanze organiche
contenute nei liquami purificandoli. Per assicurare il buon funzionamento dell'
impianto e` necessario eseguire alcuni controlli della qualita` dei fanghi
attivi. I controlli sono: 1) esame microscopico, esso pone in evidenza la
prevalenza delle varie specie dei microorganismi prsenti. Nei fanghi
scarsamente efficaci prevalgono I protozoi flagellati, mentre in quelli di
buona qualita` sono presenti soprattutto I protozoi ciliati; 2)
sedimentabilita`, si determina il volume delle sostanze sospese in grado di
depositarsi in 30 minuti sul fondo
(P₂ -P₁).1000/C sostanze solide sospese in mg/l
(P₃ -P₁).1000/C sostanze inorganiche sospese in mg/l
P₁ , P₂, P₃ sono I pesi in mg della capsula vuota, capsula dopo essicazione e dopo calcinazione. C e` il volume d' acqua impiegato, espresso in ml. La differenza tra le sostanze solide totali e quelle inorganiche rappresenta il tenore di sostanze organiche sospese.
La sedimentabilita` e la
concentrazione dei fanghi assumono maggior valore se considerati assieme. Per
tale ragione Mohlmann ha introdotto l' indice
( SVI ) = 1000.V/C
dove V e` la sedimentabilita` in ml/l e C la concentrazione di sostanze solide sospese espressa in mg di residuo su litro. Il valore dell' indice per un buon fango dovrebbe essere compreso tra 40-l00. I fanghi di scarsa qualita` che sono eccessivamente voluminosi hanno un indice di Mohlmann superiore a 200 e anche piu`.
Nei processi aerobici I batteri saprofitti sono I microorganismi piu` importanti, perche` responsabili della decomposizione della sostanza organica e della sua trasformazione in nuove cellule che vanno ad arricchire il fango attivo. Assieme ai batteri troviamo I funghi, le alghe, I protozoi ed alcuni metazoi come I rotiferi ed I nematodi. Tutti questi microorganismi pur avendo un ruolo minore nel processo depurativo sono importanti per mantenere l' equilibrio delle varie specie della catena alimentare.
Sono microorganismi unicellulari di dimensioni oscillanti tra 0.1μ e pochi μ. In base alla loro morfologia possono essere distinti in cocchi, bacilli e vibrioni. I cocchi sono cellule di forma sferica, abbiamo inoltre I diplococchi ( due cellule accoppiate ), stafilococchi ( cellule riunite in ammassi ) e I streptococchi ( riuniti in fili o catenelle ). I bacilli sono cellule di forma cilindrica o a bastoncino e I vibrioni ( spirilli ) sono cellule a forma di bastoncino ricurvo o a spirale. I batteri possono essere anche rivestiti da uno strato di polisaccaridi detto capsula. Questo strato consente l' adesione con altre cellule batteriche favorndo cosi` la bioflocculazione. I batteri sono dotati di ciglie o flagelli. Quasi tutti I batteri della depurazione per nutrirsi hanno bisogno di sostanza organica preparata da altri microorganismi. Se poi questa sostanza organica proviene da organismi morti o da materiale non vivente I batteri vengono detti saprofitti. Questi batteri secernono enzimi con I quali demoliscono le sostanze organiche complesse trasformandole in altre piu` semplici che possono attraversare la parete cellulare. Gli enzimi sono specifici e agiscono ciascuno su un determinato tipo di sostanza, cosi` che ogni batterio puo` degradare una specifica sostanza organica. Una piccola minoranza di batteri invece e` autotrofa ed utilizza l' anidride carbonica ed altri composti inorganici per sintetizzare altre sostanze organiche, tra questi I piu` noti sono I chemiosintetici ed I fotosintetici, che utilizzano rispettivamente I composti inorganici e la luce come fonte di energia. I piu` noti rappresentanti di queste categorie sono I ferrobatteri , I solfobatteri, I nitrobatteri ed initrosobatteri.
Hanno una caratteristica
comune , non sono in grado cioe` di compiere la fotosintesi e devono nutrirsi
di sostanze elaborate da altri microorganismi. Vengono raggruppati in
mixomiceti che comprendono solo le forme mucillaginose e in eumiceti o funghi veri. Il corpo
vegetativo dei mixomiceti e` costituito da una
Organismi che sono capaci di realizzare la fotosintesi. Esse producono molte delle sostanze alimentari e producono anche l' ossigeno necessario alla vita dell' ambiente acquatico. Il corpo vegetativo si chiama tallo, esse possono riprodursi per via sessuale o asessuale. Ne esistono sei tipi fondamentali.
Microorganismi cellulari di dimensioni variabili da pochi μ a 100 μ e vivono isolati o in colonie. Pur essendo formate da una sola cellula possiedono organuli altamente specializzati che in modo autonomo assolvono tutte le funzioni vitali. Alcuni sono provvisti di una specie di bocca, mentre altri inglobano le particelle alimentari avvolgendole col loro corpo. In relazione al loro sistema di locomozione I protozoi vengono suddivisi in tre classi distinte: flagellati, cigliofori o ciliati e I sarcodini. Molte specie di protozoi flagellati sono in grado di compiere la fotosintesi oltre che di assorbire attraverso la membrana cellulare la sostanza organica presente nell' ambiente. La scelta del metabolismo autotrofo o eterotrofo e` determinata dalla presenza o dall' assenza di luce. I protozoi flagellati si moltiplicano dividendosi longitudinalmente. Tra I piu` noti microorganismi appartenenti a questa classe abbiamo le vorticelle che fanno parte dei peritriti, che hanno abitudini sedentarie, il loro corpo ha la forma di un cono rovesciato il cui vertice e` costituito da un peduncolo in grado di muoversi. Le vorticelle contraggono ed estendono il loro peduncolo con ritmo rapidissimo. I sarcodini sono invece dei protozoi privi di organuli di moto permanenti capaci di emettere dei prolungamenti protoplasmatici che servono alla locomozione e alla cattura dei microorganismi e dei frammenti organici di cui si nutrono. Privi di membrana esterna cuticolare essi variano continuamente di forma a meno che questa non sia mantenuta da gusci o impalcature scheletriche interne ed esterne. La moltiplicazione avviene di solito per scissione. Tra I rappresentanti di questa classe abbiamo le amebe nude e le amebe fecate.
Sono animali pluricellulari in cui sono evidenti tessuti ed organi specializzati per le attivita` vitali. Tra I piu` frequenti metazoi ritrovati negli impianti di depurazione ritroviamo I rotiferi e I nematodi. I rotiferi hanno dimensioni di 200-500μ, il loro corpo presenta una grande varieta` di forme, in genere e` distinto in un tronco ed un piede. Sono noti come animali resuscitanti in quanto alcuni di essi possono resistere a lungo nella forma disidratante e riprendere le loro attivita` vitali non appena posti in acqua. In tali condizioni possono essere trasportati dal vento al pari delle loro uova e resistono anche a lunghi periodi in acqua gelata. Una parte di questi metazoi si muove nuotando mediante un organo rotatorio, altri accorciandosi ed allungandosi mediante anelli che possono rientrare gli uni negli altri come I tubi di un cannocchiale. Vivono prevalentemente in acque pulite e si nutrono di batteri e di protozoi. I nematodi sono animali la cui organizzazione morfologica si trova ad un livello di poco superiore a quello dei rotiferi. Essi si presentano piu` o meno allungati ed assotigliati alle due estremita`. La loro riproduzione e` sessuata, la superficie esterna di questi animali e` liscia dotata quasi sempre di setole sensorie e locomotorie. Hanno varie dimensioni. I nematodi presenti nelle acque hanno dimensioni inferiori al mm.
Accanto a forme predatrici di batteri e di protozoi si trovano anche forme saprofite che si alimentano di materia organica in decomposizione. La tendenza dei nematodi al soprofitismo spiega la facilita` con cui un gran numero di loro rappresentanti e` parassita.
La determinazione del COD consente il dosaggio delle sostanze ossidabili chimicamente da parte da parte di un energico ossidante come il bicromato di potassio in soluzione fortemente acida per acido solforico. Il risultato si esprime in mg/l di ossigeno che equivalgono alla quantita` di ossigeno necessaria per la reazione. Con questo metodo possono venir dosate sostanze organiche che non danno una richiesta biochimica di ossigeno, per esempio la cellulosa, mentre al contrario non puo` rivelarsi la presenza di sostanze organiche particolarmente stabili all' ossidazione chimica e degradabili invece biochimicamente. Il metodo non e` in grado di ossidare l' azoto ammoniacale o proteico che puo` dare il contributo sensibile al valore del BOD₂₀ . La determinazione del COD e` l' unico metodo non strumentale che consenta di avere una indicazione sul carico inquinante organico anche in presenza di sostanze tossiche. La diversa ossidabilita` delle sostanze organiche in funzione delle condizioni adottate, ossia tipo e concentrazione dell' ossidante, concentrazione dell' acido , catalizzatore e temperature, suggerisce di condurre le prove in condizioni rigorosamente controllate e costanti. Del tutto non confrontabili con quelli ottenuti col bidromato e in genere meno attendibili sono I risultati ottenuti impiegando il permanganato di potassio e seguendo altre procedure. La determinazione del COD viene eseguita mediante retrotitolazione,in presenza di opportuno indicatore, dell' eccesso di una quantita` nota di bicromato di potassio posto precedentemente a reagire in condizioni controllate con la soluzione contenente sostanze ossidabili chimicamente. La quantita` di sostanze ossidabili e` proporzionale al bicromato consumato nel corso della reazione. Il metodo consente di ottenere risultati sufficientemente attendibili al di sopra di 50 mg/l di COD adottando la procedura standard, e al di sopra di 20 mg/l adottando la variante che vede l' uso di bicromato 0.1 N anziche` 0.25 N. Nel caso si debbano determinare concentrazioni inferiori a 20 mg/l di COD e` necessario usare volumi maggiori di campione e una procedura diversa.
-Interferenze. Il bicromato di potassio e` in grado di ossidare sostanze organiche totalmente o parzialmente, di conseguenza si possono ottenere valori inferiori al teorico. Contemporaneamente esso ossida anche le sostanze inorganiche presenti , sia quelle tipicamente riducenti come I solfiti e sia numerose altre (cloruri). Per eliminare le interferenze delle sostanze organiche si possono adottare due sistemi: 1) tener conto nei calcoli delle sostanze interferenti determinate per altra via; 2) eliminare soltanto l' interferenza dei cloruri che sono presenti nelle acque in genere in quantita` sensibile.
Il contenuto in sostanze organiche in un acqua puo` variare abbastanza rapidamente per azione della flora batterica eventualmente presente, pertanto e` necessario conservare I campioni sino al momento dell' analisi a circa 4 ℃ oppure aggiungere 1 ml di solfato mercurico per ogni litro di campione subito dopo il prelievo. I campioni contenenti solidi sospesi rapidamente sedimentabili vanno omogeneizzati accuratamente prima dell' analisi. Le apparecchiature sono costituite da beute da 250 ml da un refrigerante a cadere di Liebig e da un accordo per distillazione. Occorre inoltre una piastra riscaldante ( 2 watt.cm² ) in modo da assicurare una vivace ebollizione in presenza di sferette di vetro sul fondo della beuta.
-Reattivi. Occorre una soluzione standard di K₂Cr₂O₇ 0.25 N, per prepararla si sciolgono 12.39 gr di K₂Cr₂O₇ seccato per due ore a 105 ℃, si scioglie in acqua distillata e si porta ad un litro. Acido solforico che si ottiene aggiungendo 5.5 gr di Ag₂SO₄ a 1000 gr di H₂SO₄ al 96%, si mescola in recipiente chiuso. Soluzione di solfato ferro ammonio (NH₄)₂Fe(SO₄)₂.6H₂O 0.125 N : si sciolgono 49 gr del sale in H₂O e si aggiungono 20 ml di H₂SO₄ conc. e si porta ad un litro. Di questa soluzione bisognerebbe controllare il titolo ogni giorno utilizzando la soluzione di bicromato, per far cio` si prelevano 10 ml di quest' ultima si porta a 100 ml si aggiungono 30 ml di acido solforico conc. e si raffredda. Si titola con la soluzione di solfato ferro ammonio usando come indicatore 2 o 3 gocce di indicatore alla ferroina. Il titolo si ricava dall' espressione
N(red) = d/f.N(ox)
Dove:
N(red) e` la normalita` della soluzione di solfato ferro ammonio;
N(ox) e` la normalita` della soluzione di bicromato
d e` il volume in ml della soluzione di bicromato impiegato per la titolazione
f e` il volume in ml di solfato ferro ammonio impiegato per la titolazione
Indicatore: 1.485 gr di fenantrolina monoidrata in acqua piu` 695 gr di solfato ferroso eptaidrato e si porta a 100 ml.
Solfato mercurico che deve essere seccato in stufa per 24 ore a 110℃.
Ftalato acido di potassio C₆H₄(COO)₂HK solido.
Soluzione standard di K₂Cr₂O₇ 0.100 N : 100 ml della soluzione di bicromato 0.25 N diluiti a 250 ml.
Soluzione standard (NH₄)₂Fe(SO₄)₂ 0.050 N : 100 ml della soluzione di solfato ferro ammonio 0.125 N diluiti a 250 ml.
Si introducono 0.5 g di solfato di mercurio in una beuta da 250 ml + 20 ml del campione con pipetta tarata. Se abbiamo il campione con COD > 500 g/l aggiungiamo 20 ml di soluzione. SI aggiungono sucessivamente 10 ml di soluzione standard di bicromato di potassio con buretta da 25 ml e alcune perline di vetro lavate accuratamente. Si pone la beuta sulla piastra riscaldante, subito dopo si inserisce il refrigerante a ricadere e si aggiungono lentamente dall' estremita` superiore di quest' ultimo 30 ml di acido solforico addizionato di solfato d' agento. Durante l' operazione si agita la beuta e si fa bollire per 2 ore. Si raffredda e si lava il refrigerante con acqua distillata. Il contenuto della beuta si diluisce a 150 ml, una volta che la soluzione e`raffreddata a temperatura ambiente titoliamo l' eccesso di bicromato con la soluzione di solfato di ferro ammonio con indicatore alla ferroina. Al punto di equivalenza abbiamo il viraggio da un verde-azzurro a rossastro. Si fa anche il bianco con la stessa procedura. Si controlla periodicamente l' efficienza dell' apparecchiatura e la rispondenza dei reagenti impiegando una soluzione standarddi ftalato acido di potassio a 500 mg/l di COD opportunamente diluita ad una concentrazione vicina a quella dei campioni da analizzare. Questa soluzione standard si ottiene sciogliendo 425.1 mg del sale in acqua distillata e portata ad un litro. 1 g di ftalato corrisponde a 1.176 g di COD. Il metodo consente di dosare il 98-l00% della soluzione usata per la taratura.
-Calcoli:
COD (mg/l) = ( b-a ).N(red).400
Con
a : ml di soluzione di solfato ferro ammonio impiegati nella retrotitolazione
b : ml di soluzione di solfato ferro ammonio impiegati nella retrotitolazione del bianco
N(red) : normalita` di solfato ferro ammonio
Precisione e accuratezza : 98-l00%
MODI-
L'igiene dell' acqua si realizza in quattro modi:
-Tutela del patrimonio idrico dell' ambiente ;
-Impiego di tecnologie produttive meno inquinanti ;
-Efficaci sistemi depurativi delle acque di scarico ;
-Adatti sistemi di depurazione delle acque che deve essere destinata per uso potabile, industriale ed agricolo.
Disinfezione: e` una delle misure igieniche ed e` rivolta alla distruzione di germi patogeni mediante l' impiego di mezzi chimici e fisici.
-ANALISI CHIMICA-
Caratteristiche organolettiche: limpidezza, colore, odore, sapore e temperatura.
-Limpidezza: possiamo avere delle sostanze inorganiche come argilla, calcare, silice, idrati di ferro e manganese, sostanze organiche, detriti vegetali, oli, grassi e microorganismi che danno luogo a torbidita`. Tutte queste particelle disperse nell' acqua interferiscono col passaggio della luce. Se consideriamo soltanto le acque sotterranee la torbidita` puo` essere distinta in tre categorie: torbidita` permanente, dovuta alla presenza di argilla, idrati di ferro e manganese, silice etc . ; torbidita` transitoria, dovuta ad infiltrazioni accidentali di acque piovane e superficiali; falsa torbidita`, dovuta alla presenza di gas disciolti, l' acqua pare momentaneamente torbida ed acquista limpidezza non appena I gas si sono svolti nell' atmosfera. La torbidita` transitoria e` l' unica che abbia un significato di inquinamento dell' acqua per effetto di liquami domestici e industriali. Tuttavia sotto il profilo igienico anche la torbidita` permanente rappresenta un pericolo potenziale in quanto le particelle di argilla etc . costituiscono una protezione ideale per I microorganismi che non potendo essere raggiunti dalle sostanze disinfettanti passano indenni dalla fase di disinfezione, aggiungiamo che le particelle consistenti la torbidita` possono dar luogo a depositi nelle condutture aggravando ulteriormente la situazione igienica. La torbidita` viene eliminata mediante semplice filtrazione oppure tramite un processo di coagulazione, sedimentazione e filtrazione. La presenza di torbidita` nell' acqua filtrata e` indice di insufficiente resa del processo di depurazione come anche di probabile fuga di sostanza floculante dal sedimentatore. Il campione prelevato per la determinazione della torbidita` deve essere ottenuto tenendo l' acqua in agitazione in modo tale che I sospensoidi che sono la causa della torbidita` non possano sedimentare falsando quindi la misura. Quando il prelievo viene effettuato da tubazioni, si deve far scorrere l' acqua per 10 minuti e quindi riempire l' apposito contenitore. Dovendo effettuare il prelievo da acque superficiali e` opportuno l' impiego di campionatori automatici che consentono di ottenere un campione rappresentativo di una intera giornata o settimana. La torbidita` viene di solito determinata per confronto con sospensioni a titolo noto di biossido di silicio e viene espressa in mg/l di SiO₂. Dovra` essere espressa in altre unita` turbidimetriche quali la FTU che e` uguale alla NTU. La torbidita` puo` essere misurata anche in continuita` tramite un unita` di cellula fotometrica .
-Colore: per dare un giudizio di gradevolezza dell' acqua dobbiamo distinguere I colori: colore vero, che persiste anche dopo l' eliminazione delle sostanze in sospensione e cio` accade quando l' acqua, in virtu` del suo elevato potere solvente, ha estratto le sostanze coloranti dai materiali con I quali e` venuta a contatto; colore apparente , che se dopo l' eliminazione delle sostanze in sospensione, in questo caso non vi e` stata estrazione di coloranti da parte dell' acqua, ma sono le sostanze in sospensione che impartiscono all'acqua il propio colore. La colorazione delle acque sotterranee e` dovuta a composti dell' acido umico e tannico che impartiscono all'acqua un colore giallo-bruno dovuta anche alla presenza di sali di ferro che impartiscono colore giallastro, alla presenza nelle acque poco profonde e superficiali gli estratti di clorofilla dai vegetali che impartiscono un colore giallo-verde, in determinati casi la colorazione e` dovuta a sostanze rilasciate negli scarichi. Non esiste uno stretto rapporto tra colore dell' acqua e inquinamento della stessa. Un significato preciso lo assume quando vi sono variazioni improvvise del colore che per le acque sotterranee puo` consistere in una infiltrazione di acque superficiali inquinate, mentre nelle acque superficiali una brusca variazione di colore si puo` avere in seguito a brusche piogge, in caso contrario puo` significare inquinamento da parte dei liquami domestici o industriali. La decolorazione dell'acqua puo` essere effettuata mediante filtrazione con carbone attivo o mediante ozonizzazione o da una combinazione dei due metodi: analisi per confronto con soluzioni standard di Pt/Co oppure con uno spettrofotometro, il risultato si esprime in mg/l di Pt.
-Odore: una buona acqua potabile deve essere inodore sia a temperatura ambiente che a seguito di riscaldamento, affinche` possa essere utilizzata anche per la preparazione di bevande calde e per la cottura dei cibi. I composti organici volatili anche se presenti in minima quantita` impartiscono odori all' acqua , odori che sono I piu` svariati, dipendendo nella enorme quantita` di sostanze organiche che possono essere presenti , e dalla somma di piu` odori. Gli odori aromatici e quelli balsamici provengono dai microorganismi presenti nell' acqua superficiale e in particolare da quelli morti in via di decomposizione, l' odore solforoso e` prpio delle acque minerali sulfuree. A seconda dell' odore posseduto dall' acqua questa puo` essere considerata piu` o meno sospetta di inquinamento biologico o industriale. Una spia di inquinamento si puo` avere dalle brusche variazioni qualitative e quantitative dell' odore, anche in questo caso l' eliminazione degli odori puo` essere realizzata mediante filtrazione su carbone attivo, ozonizzazione o per combinazione dei due trattamenti. Poiche` gli odori vengono impartiti da sostanze volatili la loro classificazione deve essere eseguita entro brevissimo termine dal prelievo, cio` vale in particolare per l' acido solfidrico che sfugge facilmente nell' atmosfera e viene ossidato dall' ossigeno contenuto nell' acqua. E` consigliabile conservare I campioni in bottiglia precedentemente lavate con detergenti inodori.
Tipi di flocculanti impiegati. Il dosaggio di flocculante dipende essenzialmente dal tipo di sospensione che deve essere trattata. Per questo motivo la procedura piu` corretta per determinare il tipo ed il dosaggio dei reagenti passa attraverso apparecchiature di laboratorio (JAR TEST). Questa prova viene effettuata su apparecchi multipli nei quali si effettuano diversi dosaggi del prodotto, ottenendo la curva vista in ura. Dalla condizione di minima concentrazione dei solidi sospesi all' usita del processo si determina la quantita` ottimale di flocculante.
Solfato di alluminio. E` commercializzato nella forma idrata Al₂(SO₄)₃.nH₂O con n variabile fra 11 e 15, sottoforma di polvere e granulare. Il titolo e` caratterizzato dalla concentrazione in peso di Al₂O₃ che non scende mai sotto il 15-l7%. E` anche commercializzato in soluzione acquosa con titolo da 6-8% di Al₂O₃ in peso. La tipica reazione del trattamento chimico di flocculazione con l' alcalinita` dell' acqua e` la seguente
Al₂(SO₄)₃ + 3 Ca(HCO₃)₂ ⇌ 3 CaSO₄ + 2 Al(OH)₃ + CO₂
Il campo ottimale del pH entro il quale l' azione del prodotto e` migliore e` compreso tra 5 e 7.
Al₂(SO₄)₃ + 3 Ca(OH)₂ ⇌ 3 CaSO₄ + 2 Al(OH)₃
Il solfato di alluminio si usa di solito in dosi di 10-90 mg/l a seconda del grado e del tipo di torbidita`.
Policloruro di alluminio (PAC). Complesso polimolecolare di formula generale
In commercio e` reperibile in soluzione acquosa. Il titolo e` in % peso di Al₂O₃, titolo minimo 10% di Al₂O₃. La sua azione coagulante e` poco influenzata dal pH e si esplica bene in un campo compreso fra pH 5-l0. La sua azione flocculante non richiede l' interazione con l' alcalinita` dell' acqua. Per questa particolarita` il prodotto ha caratteristiche ancora migliori del cloruro ferrico. Ha reazione acida, per cui per lo stoccaggio, per le tubazioni e per le pompe si richiedono materiali antiacidi analoghi a quelli utilizzati per le soluzioni di solfato di alluminio.
Polielettroliti. Sono composti organici macromolecolari applicati a partire sia da prodotti naturali che interamente sintetici. Una volta in sospensione nell' acqua, forniscono delle soluzioni colloidali le cui molecole (per I tipi anionici e cationici) sono cariche elettricamente. Sono classificabili in tre categorie: 1) anionici, essenzialmente poliamidi a gruppi carbossilici sostituiti con cariche negative e con peso molecolare fino a 10 milioni; 2) non ionici, poliacrilici oppure derivati dell' amido con peso molecolare da 1 milione o piu`; 3) cationici, derivati cationici dell' amido oppure delle acriloamidi di peso molecolare 1-l.5 milioni. L'azione di questi coagulanti nei confronti dei solidi sospesi, si basa sull' azione di scambio tra centri di carica alla superficie delle particelle sospese o dei colloidi e le cariche presenti sui gruppi funzionali dei polimeri. Immettendo una soluzione di polimero in una sospensione colloidale, le molecole del polimero vengono adsorbite a sezioni sulla superficie del colloide mentre altri segmenti del polimero reagiscono con particelle vicine, si ottiene in tal modo un allacciamento ed una reticolazione di molti segmenti del polimero e dei colloidi con formazione di un aggregato voluminoso.
Principio del metodo analitico.
La misura e` strettamenta legata alla capacita` percettiva dell' odorato dell' analista. Quindi un acqua inodore per una persona puo` non esserla per un altra. In pratica si cerca di stabilire l' intensita` di un odore tramite il principio della diluizione, consistente nel diluire una determinata porzione dell' acqua da esaminare con quantita` via via crescenti con acqua perfettamente in odore. Il campione nel quale l' odore risulta essere appena percettibile e` quella a cui si riferisce il valore "soglia di percezione". Esempio: se si diluisce a 200 ml un volume di 25 ml di acqua odorosa affinche nella miscela ottenuta l' odore sia appena percettibile si dice che il valore soglia di percezione e` 8. Le prove vengono effettuate a temperatura ambiente e a 40℃ oppure 60℃. Nelle acque distribuite ad uso potabile il valore soglia di percezione non deve superare 2.
-Sapore: una buona acqua ad uso potabile deve essere insapore. Un acqua che possiede un proprio sapore, ad esempio le acque ferruginose, e` gradita solo al consumatore abituale. Sapore e odore sono strettamente correlati tra loro, a volte si attribuiscono al gusto sensazioni che contrariamente sono dell' olfatto. Sembra infatti che il palato possa distinguere solo fra acido, dolce, salato e amaro. Le cause del sapore possono essere un eccessiva quantita` di sali del Mg che impartisce all' acqua un sapore amaro, mentre I metalli come Cu, Zn e Fe impartiscono sapore metallico. Proprio questi possono essere indice di inquinamento dell' acqua. Per eliminare I sapori si usa una demineralizzazione parziale qualora vi sia sovrabbondanza di sali di Mg e deferrizzazione nel caso di presenza di ferro. Abbiamo anche trattamenti speciali per eventuali altri metalli. Le caratteristiche qualitative e quantitative del sapore vengono saggiate solo su acque igienicamente sicure utilizzando la tabella 1 degli odori.
-Temperatura: la temperatura delle acque telluriche, quando queste vengono prelevate da oltre 25 m di profondita` , e` pressocche` costante. Le acque superficiali invece presentano ovviamente dei cambiamenti stagionali. Ai fini della determinazione dell' ossigeno disciolto nell' acqua e` utile conoscere anche la temperatura dell' aria e l' altitudine. La costanza della temperatura delle acque telluriche e` dovuta alla costanza della temperatura del suolo dopo I 25 mdi profondita`. La temperatura a questa profondita` e` simile alla media annuale dell' aria della localita` considerata. Quando si e` in possesso di molti dati relativi ad altrettanti prelievi effettuati nel corso di uno o piu` anni si possono utilizzare le variazioni di temperatura quali spie di inquinamento di origine industriale. Il valore della temperatura e` importante per il calcolo dell' indice di saturazione dell' acqua che serve per determinare il potere incrostante o corrosivo della stessa, e per determinare la percentuale di saturazione di ossigeno nell' acqua. Il termometro a bicchiere e` il piu` indicato per effettuare la misurazione della temperatura. In questo apparecchio il bulbo della colonna contenente il mercurio e` immersa in una sorta di "bicchiere" pieno dell' acqua in esame il che consente di non avere variazioni tra il prelievo del termometro e la lettura del dato. Il termometro deve avere una precisione di 0.1℃.
SOSTANZE E VALORI CHIMICO-FISICI INDICI DI EVENTUALE INQUINAMENTO
Azoto organico, ammoniaca, nitriti, nitrati, cloriri, fosfati, acido solfidrico, sostanze organiche totali, conducibilita`. Queste sostanze e dati possono essere indice di eventuale contaminazione da parte di acque di scarico civile. Accertata la presenza di una o piu` di queste sostanze si dovra` immediatamente richiedere l' analisi microbiologica dell' acqua, il cui risultato e` indispensabile per formulare il giudizio igienico e conseguentemente la potabilita`.
-AZOTO ORGANICO-
Il contenuto dell' azoto organico nell' acqua e` causato dalle sostanze proteiche che vengono riversate nei corpi d' acqua per effetto degli scarichi. Le sostanze proteiche in virtu` dell' attivita` biologica subiscono una trasformazione che schematicamente puo` essere cosi` rappresentata
sostanza proteiche → polipeptidi → peptoni → amminoacidi → urea → ammoniaca
pertanto la determinazione ed il valore dell' azoto organico comprende anche quello dell' azoto albuminoide. La presenza di azoto organico proteico e` un chiaro sintomo che nelle acque in esame sono stati riversati liquami organici e pertanto assume il significato di inquinamento in atto. Clorazioni a break point oppure ozonizzazioni seguite da filtrazioni su carbone attivo eliminano le sostanze sopra citate. Per quanto riguarda il prelievo del campione non occorre osservare particolari precauzioni. La determinazione deve essere effettuata il piu` presto possibile, in ogni caso nell' intervallo tra prelievo e determinazione il campione deve essere conservato a circa 0℃ per ritardare l' attivita` biologica. Per la determinazioe dell' azoto proteico viene utilizzato il metodo che comporta la trasformazione dell' azoto proteico in ammoniaca tramite distillazione con soluzione alcalina di permanganato e successivo dosaggio dell' ammoniaca con reattivo di Nessler.
-AMMONIACA-
Si trova nelle acque sotto forma di sali ammoniacali, nelle acque ad uso potabile deve essere assente. Il limite massimo consentito e` 0.05 mg/l, le cause della presenza di azoto ammoniacale nelle acque superficiali e di falda, sono le immissioni di liquami domestici e zootecnici ( esempio: in 100 ml di feci sono presenti 33 ml di ammoniaca ). Invece nelle acque molto profonde l' ammoniaca proviene da processi naturali di riduzione che trasforma l' acido nitrico e nitroso, oppure nel caso di terreni torbosi l' ammoniaca proviene da sostanze organiche di origine vegetale. La presenza di ammoniaca nell' acqua causa lo sviluppo di microorganismi, causa inoltre la corrosione delle condotte e difficolta` nella clorazione per formazione di cloroammine. Mentre nelle acque superficiali la presenza di ammoniaca e` indice di inquinamento, nelle acque molto profonde invece la sua presenza e` collegata a processi naturali di riduzione. In tal caso pero` il reperto rimane isolato, la quantita` di cloruro non e` elevata e cosi` pure il residuo fisso, e soprattutto non si notano variazioni nel tempo di questi parametri. Il processo maggiormente utilizzato per la sua eliminazione e` la clorazione a break point facendo seguire una filtrazione su carbone attivo per eliminare l' eccesso di cloro. Si puo` usare anche lo stripgio consistente nell' addizionare all' acqua grandi quantita` di aria che trascina con se` l' ammoniaca. Questa operazione e` facilitata da valori basici di pH, per cui in pratica si addiziona NaOH prima dell' immissione di aria. Nel prelievo del campione bisogna osservare alcune precauzioni, il campione va conservato a 0℃ per ritardare l' attivita` biologica, oppure si aggiungono 0.8 ml di acido solforico concentrato per ciascun litro di acqua per mantenere inalterato il bilancio dell' azoto. Inoltre per ottenere l' attendibilita` del risultato sarebbe opportuno che la determinazione venisse effettuata all' atto del prelievo. La determinazione si effettua col reattivo di Nessler che forma un composto giallo, misurando con spettrofotometro l' intensita` della colorazione. La differenza tra il valore dell' ammoniaca, trovato con il metodo di Nessler dopo distillazione e quello trovato col metodo di Nessler diretto, fornisce una indicazione sulla quantita` di azoto proteico presente nell' acqua e non ancora trasformato in ammoniaca.
-NITRITI-
Nelle acque si trovano salificati come nitrito di sodio e nelle acque potabili devono essere assenti. Nelle acque a causa di processi ossidativi diretti o indiretti l' ammoniaca si trasforma in nitriti e poi nitrati, ma I nitriti possono essere originati da scarichi industriali. Nelle acque superficiali la presenza di nitriti implica sicuramente un inquinamento recente, mentre e` molto improbabile trovare I nitriti nelle acque sotterranee. I nitriti possono essere trasformati in nitrati mediante cloro, ipoclorito, ozono etc . La determinazione dovrebbe essere eseguita all' atto del prelievo in modo da evitare trasformazioni ad ammoniaca da parte di batteri oppure l' ossidazione a nitrati. Per l' analisi si usa il metodo colorimetrico col reattivo di Grees(?) con lo spettrofotometro e il risultato si esprime in mg/l di nitriti.
-NITRATI-
Nelle acque I nitrati si trovano salificati come nitrato di sodio. Nelle acque potabili la concentrazione limite e` di 50 mg/l. I nitrati, che rappresentano la fase di massima ossidazione dei composti azotati, possono avere origine dai liquami domestici o zootecnici e anche dal dilavamento dei terreni trattati con nitrato di ammonio. Una elevata quantita` di nitrati nell' acqua potabile puo` causare la metaemoglobinemia infantile. La presenza dei nitrati nelle acque sotterranee in assenza di nitriti e ammoniaca non ha di per se stessa significato sfavorevole, tuttavia indica che gli strati superficiali del terreno sono inquinati e che in questi avviene la mineralizzazione della sostanza organica, cio` significa che potrebbe verificarsi in qualsiasi momento inquinamento dell' acqua e pertanto questa deve essere mantenuta sotto stretto controllo. I nitrati possono essere eliminati dall' acqua mediante resine scambiatrici oppure per osmosi inversa. Per quanto riguarda il prelievo del campione di regola non sono necessari particolari accorgimenti, comunque per evitare possibili riduzioni e` opportuno conservare il campione a temperature prossime allo zero ed eseguire la determinazione in tempi brevi. Per la determinazione bisogna considerare che I nitrati in ambiente acido per acido solforico reagiscono con la sviluppando un colore giallo-verde. Dall' intensita` del colore si risale alla quantita` per via spettrofotometrica a 410 mμ esprimendo il risultato in mg/l di nitrato.
-CLORURI-
Anche I cloruri come I fosfati sono indice di inquinamento dell' acqua. La loro determinazione serve quindi ad accertare infiltrazione di acque sospette, dosi elevate possono provocare corrosioni nelle tubazioni e modifica delle caratteristiche organolettiche. Poiche` I cloruri sono abbondanti in natura, essi sono rilevabili in tutte le acque. L' acqua piovana ne contiene 1-3 mg/l, l' acqua di mare circa 20 mila ppm. Un apporto di cloruri nelle acque si ha anche da parte dei liquami domestici, zootecnici e industriali. Una variazione brusca del contenuto dei cloruri nell' acqua significa infiltrazione di acque di scarico con conseguente possibilita` di inquinamento da parte di microorganismi patogeni, mentre nelle acque profonde in prossimita` dei litorali si puo` trattare di infiltrazioni di acqua di mare. I cloruri possono essere eliminati tramite resine a scambio ionico e osmosi inversa. Nessuna particolare cautela nel prelievo.
-FOSFATI-
La determinazione dei fosfati nelle acque sotterranee e superficiali riveste grandissima importanza in quanto il fosfato rappresenta un eventuale indice di inquinamento per la presenza di queste sostanze in moltissimi composti chimici quali, detersivi domestici e industriali, fertilizzanti etc . L' organismo umano necessita da 1 a 2 gr di fosforo al giorno. La presenza di fosfati nelle acque naturali quando e` di origine minerale, e quindi non e` indice di inquinamento, e` limitato di solito a tracce appena dosabili. La presenza di fosfato quando giunge ad alcuni mg/l e` quindi dovuto ad infiltrazioni. Nelle acque profonde il fosfato non puo` arrivare in quanto viene trattenuto dai primi strati del terreno. Sono sufficienti alcuni mg/l di fosfati nelle acque superficiali perche` essi provochino insieme coi derivati dell' azoto il fenomeno della eutrofizzazione. Ne consegue che essendo un indice di inquinamento e` necessario approfondire le ricerche analitiche degli altri indici di inquinamento chimico ed effetuare le analisi battereologiche. L' 80% dei fosfati presenti nell' acqua puo` essere eliminato mediante solfato di alluminio o altri coagulanti. Non si richiede una particolare cautela al prelievo del campione e possono essere determinati quantitativamente per via spettrofotometrica in base alla colorazione blu ottenuta facendoli reagire in ambiente acido e riducente con molibdato di ammonio. Invece la determinazione dei polifosfati viene eseguita con la stessa procedura previa digestione con acido nitrico per I fosfati inorganici e persolfato di ammonio per quelli organici. Il risultato e` espresso in mg/l di fosfato o pentossido di fosforo.
-POLIFOSFATI-
Per riscaldamento l' acido fosforico non diluito reagisce in modo che due molecole di acido si uniscano cosi`
Il prodotto cosi` ottenuto H₄P₂O₇ e` detto acido pirofosforico. Questo per ulteriore riscaldamento da` origine a prodotti ancora piu` complessi contenenti catene ed anelli di gruppi PO₄ degli acidi polifosforici che hanno un comportamento analogo a quello del silicio. Gli ioni polifosfato vengono aggiunti nei detersivi per allontanare I cationi responsabili della durezza dell' acqua e quindi della precipitazione delle molecole dei tensioattivi. I polifosfati sono costituiti da grandi molecole e quando vengono aggiunti all' acqua dura interagiscono con gli ioni del calcio circondandoli ed impedendone la combinazione con gli altri anioni che normalmente ne causano la precipitazione. Qesto tipo di interazione tra ioni e` detto sequestrazione, per cui I polifosfati sono noti come agenti sequestranti. Una seconda funzione di questi ioni e` quella di legarsi alla superficie delle particelle di sporco conferendo loro una carica negativa. In questo modo puo` essere usato anche il silicato di sodio. Il risultato e` la dispersione in acqua delle particelle. Infine essendo basi di Bronsted gli ioni polifosfato tengono la soluzione ad un pH al quale le molecole di detergente possono agire nel modo piu` efficace.
-ACIDO SOLFIDRICO-
Puo` essere presente nelle acque profonde alle quali impartisce odore sgradevole. La sua presenza nelle acque puo` derivare dalla decomposizione di sostanze organiche oppure dalla riduzione di solfati per opera di microorganismi anaerobi. Tuttavia l' acido solfidrico e I solfiti possono avere anche origine minerale come residuo di attivita` vulcaniche. La presenza di acido solfidrico nell' acqua impartisce odore sgradevole gia` in concentrazione di 0.05 mg/l e provoca inoltre corrosioni nelle tubazioni metalliche. La sua presenza significa inquinamento, in quanto svela una elevata decomposizione organica in atto. Quindi dovranno essere esaminati gli altri indici chimici di inquinamento ed effettuate le analisi battereologiche. L' eliminazione di acido solfidrico puo` essere effettuata mediante aerazione a valori acidi di pH, oppure tramite sostanze ossidanti come cloro, ozono etc . Poiche` l' acido solfidrico tende a sfuggire dall' acqua in cui e` contenuto, quando si preleva il campione bisogna fare attenzione a non aerare troppo l' acqua, conservare il campione a bassa temperatura, non scuoterlo ed effettuare l' analisi il piu` presto possibile. Per la sua determinazione si usa una titolazione volumetrica oppure il metodo colorimetrico alla paraminodimetilanilina esprimendo il risultato in mg/l di solfiti.
-SOSTANZE ORGANICHE TOTALI-
Le sostanze organiche presenti nelle acque ed in particolare in quelle superficiali possono essere le piu` disparate. Una buona acqua potabile di origine tellurica ne contiene piccole quantita` , al contrario nelle acque superficiali. In una buona acqua potabile il contenuto non dovrebbe superare I 2.5 mg/l di ossigeno consumato, tuttavia esistono acque insospettabili sotto il profilo igienico nelle quali questo contenuto e` piu` elevato. La presenza di sostanze organiche puo` derivare da cause naturali o da scarichi. Nelle acque sotterranee il contenuto di sostanze organiche e` dovuto alla presenza di sostanze vegetali, acidi umici e terreni torbosi. Gli acidi umici e tannici sotto forma di sali di Fe e Mn si trovano in soluzione o in dispersione colloidale, causano colorazioni all' acqua giallo-verdastre e rendono difficoltosa la rimozione di Fe e Mn. Il contenuto elevato di sostanze organiche e` indice di contaminazione, piu` grave se deriva da effluenti industriali o zootecnici, meno grave invece se sono effluenti di origine vegetale, infatti esistono acque profonde provenienti da terreni torbosi che contengono sostanze organiche ben oltre I valori consigliati e tuttavia ineccepibili sotto il profilo battereologico. Per differenziare il contenuto delle sostanze organiche di origine animale da quello di origine vegetale, si valuta il diverso consumo di ossigeno che queste presentano quando l' analisi viene effettuata in ambiente acido o alcalino, infatti le sostanze organiche di origine vegetale consumano piu` ossigeno in ambiente acido mentre quelle di origine animale consumano piu` ossigeno in ambiente basico. Questa determinazione insieme con la valutazione degli altri indici quali nitriti, ammoniaca, cloruri,flora batterica etc . aiuta nella differenziazione. L' eliminazione totale delle sostanze organiche puo` essere effettuata impiegando delle resine con macro pori rigenerate con soda a caldo. Questo procedimento viene applicato quasi esclusivamente per acque impiegate in usi speciali. Possiamo avere una riduzione del contenuto di sostanze organiche con I processi di coagulazione chimica seguiti da sedimentazione, filtrazione e anche con I trattamenti con calce e altre tecniche di minore importanza. Le sostanze organiche tossiche, come idrocarburi aromatici policiclici e pesticidi presenti in tracce, vengono eliminate mediante filtrazione su carboni attivi. E` praticamente impossibile determinare qualitativamente e quantitativamente tutte le sostanze organiche naturali e di sintesi presenti nell' acqua, pertanto il contenuto totale delle sostanze organiche si determina con metodi chimici oppure chimico fisici. I metodi chimici (Kubel) consistono nell' ossidazione a caldo delle sostanze organiche con pemanganato di potassio in ambiente acido e basico e consentono di ottenere la distinzione, come abbiamo gia` visto, tra sostanze organiche di origine vegetale o animale. Il risultato si esprime in mg/l di ossigeno consumato. Questo valore moltiplicato per 20 fornisce un valore approssimativo in mg/l di sostanze organiche totali presenti nelle acque in esame. Un altro metodo chimico e` il cosiddetto COD. I metodi chimico fisici sono il CAM che consista nel far passare una determinata quantita` di acqua attraverso una speciale colonna di carbone attivo, in tal modo le sostanze organiche contaminanti vengono trattenute e successivamente estratte con cloroformio ed alcool. Questo estratto viene pesato dopo distillazione del cloroformio. Lo stesso sull' estratto alcolico.
-CONDUCIBILITA`-
La conducibilita` di un acqua e` strettamente correlata con il suo contenuto di sali. E` un valore caratteristico per le acque profonde ed in particolare per le acque minerali. Nelle acque superficiali questo parametro varia continuamente. Come e` noto, la conducibilita` dell' acqua piovana e` quasi nulla, questo valore cresce man mano che l' acqua si arricchisce di sali ed elettroliti forti come solfati e cloruri di metalli alcalini e alcalino terrosi. Un improvviso aumento della conducibilita` puo` significare inquinamento da parte dei liquami domestici o industriali. Poiche` questa misura si esegue molto rapidamente, la determinazione della conducibilita` e` molto utile per tenere sotto controllo un acqua. Moltiplicando il valore della conducibilita` per 0.6 (fattore di Kohlrausch) si ottiene il cosiddetto residuo fisso conduttimetrico che e` un valore approssimativo del residuo fisso. Una conducibilita` elevata, che significa alta salinita` dell' acqua, non e` gradita sotto il profilo igienico, concorre alla corrosione delle tubazioni e delle apparecchiature. Puo` essere ridotta mediante demineralizzazione. Nel prelievo del campione bisogna preoccuparsi soltanto che esso sia rappresentativo dell' acqua in esame e si consiglia di non usare mai quantita` di acqua troppo piccole. Le misure di conducibilita` sono riportate a misure di resistenza e le apparecchiature utilizzate sono costruite sul principio del ponte di Kohlrausch. La conducibilita` viene espressa in μS/cm.
SOSTANZE E VALORI CHIMICO FISICI CON IL QUALE SI FORMULA IL GIUDIZIO DI USABILITA`
-Valore di pH ;
-Sostanze sospese ;
-Residuo totale (residuo fisso o residuo secco) ;
-Alcalinita`;
-Contenuto in Ca, Mg, Na ;
-VALORE DI pH-
L' acidita` totale di una soluzione e` la quantita` totale di acidi forti o deboli in essa contenuta e si esprime in moli/l. L' acidita` attuale e` la quantita` di ioni idrogeno liberi presenti in soluzione e si esprime in moli/l di H⁺ o pH. Le acque presenti in natura hanno valori di pH che oscillano da 5-8. L' acidita` e` dovuta all' anidride carbonica libera oppure di acidi umici, e valori alti di pH si hanno nelle acque con alto contenuto di bicarbonati. Il valore del pH e` caratteristico nelle acque sotterranee come anche delle acque superficiali. Quindi brusche variazioni di pH indicano inquinamento da scarichi industriali di acidi e di basi. La conoscenza del valore del pH e` utile per determinare l' anidride carbonica libera per la scelta della sostanza flocculante piu` idonea e cosi` pure della sostanza disinfettante , come anche per stabilire se un acqua ha caratteristiche incrostanti o corrosive. In alcuni casi puo` essere necessaria una modifica del pH dell' acqua ad esempio per migliorare la flocculazione, la disinfezione e la deferrizzazione. Si interviene dosando opportunamente acidi e basi. Il campione prelevato per l' analisi dovrebbe essere analizzato immediatamente per evitare variazioni di pH nel tempo dovute ad eliminazione spontanea di anidride carbonica.
-SOSTANZE SOSPESE-
Si possono distinguere in sostanze sedimentabili e non. Il valore delle prime e` necessario per la progettazione degli impianti di sedimentazione, mentre quella delle seconde per il dimensionamento delle fasi di coagulazione, flocculazione, sedimentazione e filtrazione. La presenza delle sostanze sospese puo` essere dovuta a cause naturali come nel caso di un contenuto di argilla e sostanze organiche vegetali, oppure e` dovuta a cause esterne come ad esempio gli scarichi di industrie che lavorano le pietre naturali, a cave di ghiaia e scarichi industriali e civili. La situazione di allarme per le sostanze sospese, come per altri parametri, si ha quando si verificano brusche variazioni delle stesse. Il prelievo del campione deve essere effettuato con particolare attenzione affinche` esso sia rappresentativo dell' acqua da analizzare. Se trattasi di acque sotterranee e` necessario far scorrere abbondantemente l' acqua dal punto di prelievo, nel caso di acque superficiali si deve fare il campionamento in zone nelle quali l' acqua e` in movimento, altrimenti potrebbe essere gia` avvenuta una sedimentazione naturale. La determinazione si effettua utilizzando il cono di Imhoff graduato ed il risultato sara` espresso in ml/l. Le sostanze sospese totali possono essere determinate in peso ossia mg/l mediante filtrazione su carta, cui segue essicazione in stufa a 105℃ fino a peso costante.
-RESIDUO TOTALE-
Il residuo a 105℃ di una buona acqua potabile deve essere compreso tra 100 e 500 mg/l. Il residuo varia pochissimo durante l' anno nelle acque sotterranee. Si distinguono di norma tre tipi di residuo: 1) residuo all' evaporazione, ossia a 105℃ e rappresenta il contenuto salino totale dell' acqua in esame; 2) residuo a 180℃, che rappresenta il contenuto salino totale meno l' acqua di cristallizzazione. A 180℃ inizia la decomposizione di alcune sostanze organiche; 3) residuo a 600℃, questa rappresenta il contenuto totale di ioni e ossidi metallici e anche ceneri delle sostanze organiche. La differenza tra residuo a 600℃ e quello a 180℃ indica approssivamente il contenuto delle sostaze organiche totali. Un residuo piu` o meno elevato dipende dalla mineralizzazione piu` o meno spinta dell' acqua per la presenza di sostanze in sospensione. Una variazione di residuo fisso per le acque minerali e sotterranee puo` significare inquinamento oppure abbassamento anormale della falda. Per le acque superficiali puo` significare inquinamento ma anche un apporto di sostanze dovuto alla pioggia.
-ALCALINITA`-
Il valore della alcalinita`, che indica la quantita` di bicarbonati, carbonati e idrati presenti nell' acqua e` utile per il calcolo delle quantita` e qualita` delle sostanze da impiegare nei processi di coagulazione e addolcimento chimico delle acque come pure scegliere I processi anticorrosivi piu` idonei. L' acqua deve la sua alcalinita` alla presenza dei sali provenienti dal tereno oppure aggiunti nei processi di depurazione. Un alcalinita` eccessiva di un acqua, specie delle acque superficiali, puo` essere dovuta a scarichi industriali. A seconda dell' indicatore utilizzato nella titolazione, abbiamo l' alcalinita` alla fenolftaleina (valore P) con la quale si determinano soltanto le sostanze a forte reazione alcalina, cioe` idrati, la meta` dei carbonati e un terzo dei fosfati. Abbiamo anche l' alcalinita` al metilarancio (valore M) che serve a determinare l' alcalinita` totale comprendendo anche le sostanze a debole reazione alcalina come I silicati, carbonati, idrossidi, bicarbonati e due terzi dei fosfati. Dai valori P ed M si risale col calcolo alla concentrazione delle varie sostanze basiche. Dal punto di vista igienico sanitario il valore dell' alcalinita` e` trascurato. Per eliminare in parte l' alcalinita` di un acqua si utilizzano processi di mineralizzazione, decarbonatazione e addolcimento, oppure si aggiungono acidi minerali, cloruro ferrico o solfato di alluminio. L' alcalinita` si determina mediante titolazione con acido cloridrico o solforico 0.1 N. I risultati si esprimono in ppm di carbonato di calcio oppure meq/l.
-DUREZZA-
La durezza come il residuo fisso e l' alcalinita` non e` importante per svelare l' inquinamento di un acqua. Dal punto di vista igienico sanitario e` impossibile dare un giudizio definitivo circa I danni che possono derivare alla salute umana. In dipendenza della tipologia degli strati del terreno che un acqua attraversa, essa assume un contenuto in sali di Ca e Mg che puo` essere piu` o meno elevato. In uno strato granitico, la durezza puo` essere compresa fra 2-l3º francesi. Uno strato argilloso puo` dare una durezza compresa fra 7-l1º francesi. Uno strato dolomitico ha una durezza compresa fra 30-40º francesi. Uno strato gassoso ha una durezza fra 80 e 160º francesi. Con il termine di durezza si esprime il contenuto in sali alcalino terrosi (Ca, Mg). Essa viene distinta in durezza carbonatica dovuta alla presenza di carbonati e bicarbonati, durezza non carbonatica dovuta alla presenza di altri sali di Ca e Mg e durezza totale che e` la somma delle due durezze. Abbiamo inoltre la durezza temporanea, basata sulla presenza dei bicarbonati e la durezza permanente che e` quella dovuta a tutti I sali di Ca e Mg rimasti in soluzione dopo una evoluzione prolungata. Una durezza permanente molto elevata potrebbe essere un indice chimico di inquinamento, in quanto I solfati, cloruri e nitrati possono essere di provenienza organica. Bisogna guardare con sospetto anche le brusche variazioni di durezza di acque a basse profondita` in quanto questo potrebbe significare inquinamento delle falde. Per l' eliminazione dei composti che provocano la durezza disponiamo attualmente di diversi procedimenti, da quello classico che utilizzava calce e soda fino alle resine cationiche forti ed altre ancora. Per la titolazione si utilizza il metodo diretto, ossia la soluzione tamponata a pH 10 in presenza di eriocromo T, viene titolata utilizzando E.D.T.A. La sensibilita` di questo metodo e` di 0.2 ppm come carbonato di calcio. I risultati sono espressi in ppm di carbonato di calcio oppure in gradi francesi (10 ppm di CaCO₃ = 1º francese).
-CALCIO-
Il contenuto di Ca e` utile per l' indice di Langelier che esprime caratteristiche corrosive e incrostanti di un acqua. Il Ca come carbonato anche se presente nell' acqua in quantita` molto elevata non impartisce sapori. L' organismo umano necessita giornalmente di 0.8 gr di bicarbonato di calcio. L' analisi viene eseguita mediante metodo complessometrico con E.D.T.A. con indicatore muresside. Il risultato si esprime in mg/l di carbonato di calcio.
-MAGNESIO-
I sali di Mg, in particolare I solfati, impartiscono all' acqua un sapore amaro. Il limite e` di 30 mg/l in acqua potabile quando la concentrazione dei solfati e` 250 mg/l. Al contrario, se I solfati sono presenti in concentrazione minore, si puo` arrivare fino a 125 mg/l di Mg. Quando si superano I valori anzidetti, le acque assumono propieta` purgative e la loro ingestione prolungata puo` provocare disturbi gastrointerici. Il fabbisogno giornaliero di Mg del corpo umano e` di 0.3 gr.
-SODIO-
Fabbisogno giornaliero 7-l0 mg.
-POTASSIO-
Il corpo umano necessita di 0.2 gr al giorno. Nelle cellule lo ione potassio interviene nei fenomeni bioelettrici dei sistemi eccitabili come nervi e muscoli. Una carenza o un eccesso di potassio provocano turbe muscolari, digestive etc .
-ANIDRIDE CARBONICA-
L' anidride carbonica presente nelle acque naturali proviene dall' atmosfera e dal sottosuolo e nelle acque superficiali anche dalla microflora e microfauna. In genere la quantita` di anidride carbonica e` superiore nelle acque sotterranee rispetto a quelle superficiali, per la presenza di anidride carbonica negli strati profondi della crosta terrestre. Il contenuto di anidride carbonica nelle acque sotterranee puo` essere anche elevatissimo, mentre nelle acque superficiali non si superano I 2.5 ppm. Si distingue I anidride carbonica libera e combinata. Una parte di anidride carbonica libera puo` solubilizzare carbonato di calcio e viene anche chiamata anidride carbonica aggressiva. Negli impianti idrici causa gravi corosioni ostacolando la formazione dello strato protettivo di carbonato di calcio. Si hanno cosi` acque giallo-rosse con possibilita` di sviluppo di ferro-batteri e batteri solforiduttori che producono acido solfidrico. Un aumento del contenuto di anidride carbonica nelle acque superficiali puo` significare decomposizione in atto di sostanze organiche mentre una diminuzione significa un processo di fotosintesi in atto. L' anidride carbonica puo` essere eliminata per filtrazione su dolomite semi calcinata oppure dosando la soda caustica in soluzione di acqua da trattare. Il prelievo del campione deve consentire di non degasare l' acqua in esame per cui si deve evitare qualsiasi sbattimento ed innalzamento di temperatura. Per quanto riguarda l' analisi dell' anidride carbonica libera si puo` determinare titolando con soda caustica 0.1 N con fenolftaleina come indicatore, mentre l' anidride carbonica combinata si determina mediante titolazione con metilarancio con HCl 0.1N. Conoscendo I due precedenti valori, l' anidride carbonica aggressiva puo` essere determinata ad esempio utilizzando la curva di Auerback.
-PRESENZA DELL' OSSIGENO-
L' ossigeno si trova in soluzione nelle acque sotterranee e superficiali. La sua presenza e` dovuta ai fenomeni di scambio tra acqua piovana ed aria atmosferica. Il contenuto di ossigeno nell' acqua non dovrebbe mai essere inferiore a 5 mg/l per non compromettere la vita della fauna e della flora delle acque superficiali e per non causare corrosioni nelle condutture. La concentrazione di ossigeno in un acqua superficiale serve per giudicare il grado di purezza e igienicita` dell' acqua in esame. La misura dell' ossigeno disciolto viene effettuata con il metodo di Winkler oppure per via polarografica.
SOSTANZE CHIMICHE LA CUI PRESENZA NELL' ACQUA POTABILE IN QUANTITA` SUPERIORI ALLA CONCENTRAZIONE LIMITE PUO` PROVOCARE INCONVENIENTI.
-FERRO-
Il ferro si trova nelle acque sotterranee come bicarbonato:
Fe(HCO₃)₂ + (aria) → Fe(OH)₂ + 2 CO₂
con precipitato rosso bruno Fe(OH)₂ + H₂O → Fe(OH)₃
Gia` oltre 0.1 mg/l crea degli inconvenienti come intorbidimento dell' acqua, depositi nelle condotte, sapore metallico. La presenza di Fe in soluzione favorisce lo sviluppo dei ferrobatteri che utilizzano I sali di Fe per il proprio metabolismo e pongono dei problemi tecnici dovuti a corrosione delle tubazioni, concrezioni voluminose e dure e difficolta` nella disinfezione in quanto il Fe consuma le sostanze disinfettanti ed inoltre nei depositi si possono annidare I batteri. L' organismo umano necessitadi 12 mg di ferro al giorno. In campo zootecnico un acqua ricca di ferro (1 ppm o piu`) e` sgradita al bestiame e impartisce colore rosso alla carne di vitello con conseguente deprezzamento. Il Fe puo` essere eliminato mediante insufflazione di aria quando si tratta di Fe non legato a sostanze organiche e successiva filtrazione oppure mediante aggiunta di ossidanti. La determinazione si esegue per via spettrofotometrica con il metodo colorimetrico all' ortofenantrolina.
-MANGANESE-
Il Mg si trova piu` raramente del ferro e la sua presenza non e` gradita per le stesse ragioni igieniche accennate per il Fe. Limite: 0.05 mg/l. Necessita` dell' organismo: meno di 2-3 mg al giorno.
-RAME-
Se presente nelle acque potabili in quantita` superiori a 0.05 mg/l provoca corrosione nelle condutture e un sapore sgradevole all' acqua. A concentrazioni elevate, ben oltre la soglia di percezione del sapore, il Cu e` un veleno per il sistema nervoso centrale. L' organismo umano necessita di 2 mg di Cu al giorno.
-SOLFATI-
Una quantita` di solfati superiore a 200 mg/l puo` causare irritazioni gastrointestinali per ingestione prolungata e dal punto di vista tecnico si ha un attacco del cemento. I solfati possono provenire anche da sostanze organiche, infatti molte proteine contengono zolfo e durante la loro decomposizione si possono formare zolfo, acido solfidrico o solfati.
-SOSTANZE TENSIOATTIVE-
Quelle anioniche sono le piu` utilizzate e sono quelle che vengono ricercate nelle acque da adibire ad uso potabile e che hanno gia` subito il processo di potabilizzazione. I tensioattivi cationici posseggono anche un certo potere germicida. La presenza di sostanze tensioattive nelle acque causa notevoli disturbi agli impianti di depurazione biologica e negli impianti di coagulazione e sedimentazione, in questo provocano dispersione ossia deflocculazione dei colloidi in sospensione, emulsione dei grassi e delle sostanze oleose che non possono cosi` essere separate, ed anche formazione di schiuma che impedisce la dissoluzione dell' ossigeno nell' acqua e la sedimentazione. Le sostanze tensioattive attualmente impiegate e cioe` I linear alchil solfonati (LAS) non rappresentano un pericolo potenziale per l' uomo. Dagli studi effettuati risulta che I LAS non sono cancerogeni e non provocano alle concentrazioni attuali la solubilizzazione di prodotti cancerogeni. La presenza di detersivi anionici nell' acqua potabile da luogo all' insorgenza di sapori sgradevoli a concentrazioni superiori a 0.2 mg/l. Le sostanze tensioattive possono essere eliminate mediante filtrazione su carbone attivo ma dopo breve tempo esso perde il proprio potere adsorbente in quanto viene inglobato dalle sostanze tensioattive. Si puo` prolungare l' attivita` del carbone attuando una preliminae ozonizzazione nelle acque. La determinazione dei tensioattivi anionici si effettua per via spettrofotometrica misurando l' intensita` del colore dei sali che risultano dalla reazione del blu di metilene con I tensioattivi.
-COMPOSTI FENOLICI-
I derivati del fenolo sono molto diffusi e si trovano molto facilmente nelle acque superficiali.La concentrazione massima ammissibile nell' acqua potabile e` di 0.001 mg/l espressa come fenolo. Nelle acque sotterranee la presenza puo` essere di origine naturale mentre in quelle superficiali e` dovuta a scarichi industriali o di fognatura urbana. Queste acque sottoposte a clorazione danno luogo a sapori sgradevoli e disgustosi.
-OLII MINERALI-
Le acque superficiali da destinare ad uso potabile non devono contenere piu` di 0.3 g/l di olii. E` sufficiente 1 gr di questi prodotti per inquinare 1 m³ d' acqua. La presenza di olii minerali provoca un effetto tossico al valore di 1 gr in 1 m³ d' acqua.
-SOSTANZE TOSSICHE E CANCEROGENE-
Microcontaminanti. Per sostanze tossiche o veleni si intende quelle sostanze che una volta entrate nell' organismo provocano immediatamente oppure a medio-lungo termine dei disturbi o anche la morte. La tossicita` piu` insidiosa e` quella a lungo termine. Di quest' ultimo tipo sono responsabili I cossiddetti veleni cumulativi I quali sono ritenuti nell' organismo per affinita` chimico fisica ad esempio, maggiore solubilita` di queste sostanze nei lipidi che nell' acqua. Appartengono a questo gruppo dei tossici cumulativi l' As, fluoro, Pb, Hg, Cd, Tl. In sintesi la microcontaminazione dell' acqua e` provocata da composti inorganici quali As, Ba, Cd, Cr, Se, Hg, Zn, fluoruri e nitrati ed anche dai composti organici quali cianuri, idrocarburi aromatici policiclici, pesticidi e composti organoclorurati. Una contaminazione dovuta a caratteristiche chimico fisiche e` la radioattivita`.
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