acqua

L'IMPORTANZA DELL'ACQUA

L'acqua è fondamentale per la vita. Oltre ad essere il principale componente in peso della materia vivente costituisce il mezzo in cui si svolge la maggior parte dei processi biochimici. L'acqua, infatti, si trova sia all'interno delle cellule, essendo un componente costituente del citoplasma, sia all'esterno di esse, nel liquido intercellulare. Circa il 65% del nostro peso corporeo è costituito di acqua che, essendo eliminata di continuo, deve essere reintegrata. L'acqua non è soltanto una risorsa indispensabile alla nostra sopravvivenza sulla Terra, essa, infatti, è necessaria anche per soddisfare il nostro bisogno igienico-sanitario e quelli dell'industria L'acqua, inoltre, rappresenta un serbatoio di idrogeno e di ossigeno, i due elementi che la costituiscono e che si possono liberare mediante elettrolisi. Si tratta dunque di un bene prezioso, un serbatoio insostituibile di risorse, il cui consumo aumenta continuamente soprattutto nei Paesi industrializzata causa dell'elevato calore specifico e della facilità di evaporazione, l'acqua ha pure funzione termoregolatrice; infine ha veri e propri compiti di alimento in quanto partecipa direttamente, con la sua molecola, a importanti sintesi e partecipa a non meno importanti demolizioni di grosse molecole organiche nei fenomeni della digestione.

COMPOSIZIONE DELL'ACQUA

L'acqua è un composto chimico di formula H₂0. Che l'acqua fosse costituita da idrogeno e ossigeno, venne provato per la prima volta nel 1781, da Cavendish. Il fatto che l'acqua sia formata da molecole costituite ciascuna da due atomi di idrogeno e da uno d'ossigeno, venne poi definitivamente accertato solo nei primi decenni del secolo scorso. La molecola dell'acqua presenta un caratteristico insieme di proprietà chimiche e fisiche che rende tra l'altro possibili i fenomeni biochimici e con essi la vita di tutti gli organismi animali e vegetali. Dal punto di vista chimico l'acqua è un composto molto stabile che solo a temperature molto elevate comincia a decomporsi sensibilmente in idrogeno e ossigeno. La molecola d'acqua ha quattro vertici, due carichi positivamente e due carichi negativamente. Quando una di queste regioni dotate di carica si avvicinano a una regione con carica opposta di un'altra molecola d'acqua, la forza d'attrazione forma un legame che è detto legame a idrogeno

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ACQUA POTABILE

Le acque destinate al consumo umano devono presentare caratteristiche particolari, devono cioè essere limpide, fresche, senza coloranti e odori particolari, esenti da microrganismi patogeni e sostanze tossiche, e i vari sali minerali in esse disciolti non devono superare determinate concentrazioni. Un'acqua, quindi, per poter essere definita potabile deve mostrare doti di purezza sotto il profilo chimico e batteriologico. Per ottenere un'acqua con questi requisiti occorre considerare le fonti di approvvigionamento e i trattamenti che devono essere effettuati. Le fonti idriche di approvvigionamento sono costituite, da acque sorgive, acque profonde e acque superficiali. Le acque sorgive e profonde dovrebbero essere considerate potabili senza bisogno di trattamenti in quanto protette da inquinamenti. In realtà è ormai noto da anni come lo smaltimento non corretto di reflui inquinanti nelle acque di superficie, nel suolo o nel sottosuolo con pozzi perdenti abbia portato all'inquinamento anche delle acque sotterranee. Le acque superficiali che possono essere impiegate a scopo potabile sono l'acqua di mare, che richiede un processo di dissalazione, le acque di lago, di fiume e dei bacini artificiali. Ma anche in questo caso l'inquinamento è intervenuto e quindi questo approvvigionamento, pur offrendo grandi quantità d'acqua, richiede sempre trattamenti di potabilizzazione. Tale processo avviene attraverso vari metodi di purificazione:

Immagazzinamento: L'acqua che possiede già buone qualità può essere direttamente immagazzinata. La conservazione in serbatoi ne migliora la qualità, dato che un tempo sufficientemente lungo assicura la morte dei batteri e dei virus fecali eventualmente presenti.

Chiarificazione: Le sostanze sospese vengono eliminate introducendo nell'acqua opportune dosi di reagenti coagulanti più comuni dei quali sono il solfato di alluminio idrato e la calce idrata.

Disinfezione chimica: L'eliminazione dei batteri e dei virus dall'acqua chiarificata si ottiene immettendovi sostanze relativamente innocue per l'uomo, ma tossiche per i microrganismi, e lasciandovele per un tempo sufficiente per permettere una completa sterilizzazione. Il reagente più comune è il cloro

Filtrazione su sabbia o su carbone attivo: La filtrazione consiste nella percolazione dell'acqua, per gravita', su uno strato granulare. Se i granuli sono di sabbia silicea, essi trattengono le particelle solide sospese più' fini. Se invece sono di carbone attivo sono capaci di trattenere anche sostanze organiche disciolte.

Addolcimento: Se la durezza* dell'acqua è eccessiva la si può diminuire mediante trattamenti di addolcimento. A questo scopo si utilizzano particolari minerali, denominati 'resine di scambio ionico', per la loro capacità di scambiare gli ioni dell'acqua con altri ioni considerati più adatti all'impiego dell'acqua medesima. Utilizzando resine si ottiene acqua nettamente più 'dolce'.

Dissalazione: La maggior parte delle riserve idriche del pianeta è costituita da acqua salata, per cui era naturale che si studiassero metodi di dissalazione che permettessero di ottenere acqua dolce dalle acque marine e salmastre. La dissalazione può avvenire attraverso l'evaporazione a flash, l'elettrodialisi (per le acque salmastre), distillazione e congelamento.

ACQUE RESIDUE

Le acque residue sono quelle acque di scarico provenienti dagli usi civili e industriali e che vengono riversate nell'ambiente; ma per essere scaricate devono presentare delle caratteristiche specifiche dettate dalla legge Merli del 10/05/1976. Sulla base di questa normativa è possibile stabilire dei criteri di valutazione delle acque residue. I principali parametri che devono essere osservati sono:

pH (deve essere compreso fra 5,5 e 9,5)

temperatura (non deve superare i 30° C)

durezza

torbidità

colore

C.O.D (domanda di ossigeno chimico)

B.O.D (domanda di ossigeno biochimico)

Fosforo

Azoto

Tensioattivi

Metalli tossici (cromo, piombo, nichel . )

Cianuri

Solventi organici (aromatici e azotati)

DEPURAZIONE DELLE ACQUE RESIDUE

Per venire incontro ai parametri sopra citati bisogna che le acque residue vengano prima depurate mediante una serie di trattamenti che si dividono in due categorie: trattamenti biologici e chimico-fisici.

Trattamenti biologici:

Metodo a fanghi attivi. Dopo alcune operazione preliminari (rimozione dei corpi grossolani mediante griglie o grigliature), le acque inquinate, risultano limpide ma, in generale, contengono ancora sostanze organiche disciolte che, se scaricate in un fiume o in un lago, provocherebbero una pericolosa diminuzione del contenuto di ossigeno. Alle acque chiarificate si somministrano quindi grandi quantità di ossigeno mediante turbine rotanti al pelo del liquido, entro vasche di aerazione. In questo modo, imitando cioè un processo naturale, si determina la proliferazione di colonie di microrganismi aerobi, che assumono l'aspetto di un fango di colore bruno e prendono il nome di fanghi attivi. I microrganismi dei fanghi attivi attaccano le sostanze organiche e le metabolizzano, ossidandole e riducendo così sensibilmente il BOD delle acque di scarico. Al termine del processo le acque sono restituite all'ambiente senza alcun danno per esso.

Trattamenti chimico fisici:

Neutralizzazione: trattamento con acidi o basi per regolare il pH su valori accettabili che non devono essere molto lontani dalla neutralità;

Demineralizzazione: per allontanare determinati metalli per mezzo delle resine a scambio ionico;

Adsorbimento su carbone attivo: si sfrutta la grande capacità del carbone di trattenere le sostanze organiche come i solventi.

INQUINAMENTO

Nel suo ciclo idrologico, l'acqua è interessata da moltissime fonti d'inquinamento, alcune dovute all'immissione diretta di sostanze contaminanti, altre all'ingresso indiretto nei corpi idrici di inquinanti provenienti dall'atmosfera (piogge acide) e dal suolo. Le principali fonti d'inquinamento delle acque sono ricollegabili agli effluenti urbani, industriali e agricoli e alle fuoriuscite di petrolio durante il trasporto e l'estrazione.

Le conseguenze d'inquinamento sono tanto più gravi quanto più è limitata è la massa d'acqua in cui vengono immesse le sostanze inquinanti: i laghi e i fiumi che si trovano in aree densamente abitate e industrializzate risultano ovviamente molto più alterate degli oceani.

FONTI DI INQUINAMENTO

Effluenti urbani

Gli effluenti urbani contengono soprattutto sostanze organiche biodegradabili provenienti dal metabolismo umano, accanto a prodotti chimici di varia natura (tra cui i solventi organici) derivati da attività artigianali e commerciali e dall'impiego domestico di prodotti quali detersivi, hanno un elevato contenuto di microrganismi patogeni. L'aumento della popolazione e la diffusione dell'impiego di prodotti chimici in tutte le attività umane hanno provocato un notevole aumento della quantità dei liquami ed un radicale modifica della loro composizione: non si tratta più di sostanze organiche facilmente biodegradabili ma di una miscela di sostanze organiche e inorganiche, alcune delle quali molto dannose ed estremamente difficili da eliminare.

Effluenti industriali

Gli effluenti industriali possono contenere una vasta serie di composti chimici inorganici e organici provenienti da varie attività industriali (principalmente chimica, farmaceutica, petrolchimica, cartaria, tessile e alimentare). I composti inorganici comprendono acidi e basi forti, solfuri, cianuri, fluoruri, solfiti, sali metallici e non, metalli tossici, cadmio, cromo, rame, mercurio, nichel, piombo, selenio; i composti organici includono oli minerali, solventi e per quando riguarda l'industria alimentare materiali organici biodegradabili. Inoltre sono presenti materiali solidi di varia dimensione e di natura organica o minerale (colloidi, residui della lavorazione del legno e della carta, scarti e residui dell'industria alimentari, sabbia, pietrisco, ecc.).

INQUINAMENTO MARINO

L'inquinamento del mare è dovuto alle immissioni accidentali o intenzionali di petrolio e oli combustibili, all'apporto di sostanze inquinanti trasportate dai corsi d'acqua e agli scarichi degli insediamenti costieri. Questi ultimi, in particolare, contengono ogni sorta di contaminanti (metalli pesanti, sostanze chimiche tossiche, materiale radioattivo, agenti patogeni) e spesso sono all'origine di epidemie di tifo, colera, salmonellosi e altre malattie infettive. Gli inquinanti vengono trasportati dalle correnti marine lungo le coste e in alto mare, a media e lunga distanza. Ovviamente, la contaminazione dei mari varca le frontiere delle acque territoriali dei singoli stati ed è oggetto di trattati internazionali che mirano a limitarne l'entità.

Inquinamento da idrocarburi:

Il petrolio e gli oli combustibili riversati in mare formano sulla superficie dell'acqua pellicole oleose che, impedendo l'assorbimento dell'ossigeno atmosferico, provocano morie di organismi marini. Nel petrolio, inoltre, sono presenti anche idrocarburi aromatici che possono costituire un grave pericolo per la salute dell'uomo, al quale giungono attraverso la catena alimentare marina. La fonte dell'inquinamento, in questo caso, è data dai riversamenti di grandi quantità di greggio dalle petroliere coinvolte in incidenti, dal deliberato rilascio di piccole quantità di derivati del petrolio da navi di vario tipo e dalle perdite di petrolio che si verificano nel corso delle operazioni di trivellazione presso le piattaforme petrolifere marine. Si calcola che per ogni milione di tonnellate di petrolio trasportate via mare, una tonnellata vada dispersa a causa di riversamenti di varia natura.

INQUINAMENTO TERMICO

Una forma d'inquinamento delle acque destinato a diffondersi sempre più è quella termica, in gran parte dovuta al crescente impiego d'acqua nei processi di raffreddamento industriale, specie nelle centrali termoelettriche e nucleari, ma non meno gravi sono gli effetti degli scarichi termici delle acciaierie, degli zuccherifici, delle fabbriche d'alluminio e in genere, di tutti i numerosi processi industriali che richiedono, alla fine delle lavorazione, lo smaltimento del calore residuo. L'aumento della temperatura dell'acqua ha, come primo effetto, la diminuzione della solubilità dell'ossigeno; inoltre accelera tutti i processi di sviluppo della vita acquatica. Lungo il corso dei fiumi si possono formare sbarramenti termici, che impediscono la risalita dei pesci. Recenti esperienze hanno però verificato che gli effetti più gravi dell'inquinamento termico, sono dovuti agli improvvisi abbassamenti di temperatura che provocano, negli animali ormai adattati in ambiente più caldo, i cosiddetti "stress freddi", che possono perfino essere letali; questi fenomeni sono comuni a valle delle centrali elettriche, quando si sospende l'attività produttiva.

EFFETTI DELL'INQUINAMENTO

Ossigeno disciolto

Fondamentale per la vita delle biocenosi acquatiche, è la presenza di sufficiente ossigeno disciolto; qualora vengano immesse nelle acque sostanze organiche in forti dosi, esse vengono demolite da batteri aerobi e trasformate in sostanze più semplici tramite l'utilizzazione di una certa parte dell'ossigeno disciolto. Se poi, vengono liberati elementi inquinanti in concentrazioni massicce, verrà consumato dalla attività batterica aerobica sia tutto l'ossigeno disciolto nell'acqua, sia quello via via assorbito dall'ambiente esterno. In seguito si instaurerà una popolazione batterica anaerobica, indifferente all'assenza d'ossigeno e capace di demolire i composti organici trasformandoli in sostanze nocive, letali per la vita della biocenosi acquatica vegetale e animale.

SOLUZIONI

La biodegradabilità e il potere autodepurante

Le acque naturali possiedono un potere autodeuprante, che si manifesta nella capacità di decomporre biologicamente (biodegradare) i composti organici di provenienza animale e vegetale e anche alcune sostanze sintetiche. Questa capacità è dovuta all'azione di batteri aerobi o talvolta anaerobi presenti nelle acque, che sono in grado di ossidare i materiali biodegradabili, demolendoli in molecole semplici che prendono parte ai cicli naturali. Non sono biodegradabili buona parte delle sostanze organiche sintetiche, i metalli pesanti e i metalli radioattivi. Le sostanze scomposte dai batteri anaerobi sono in genere nocive e letali per la vita della biocenosi animale e vegetale.

Interventi a difesa dell'ambiente

Se per la società industriale è impossibile eliminare completamente l'inquinamento, è però possibile, doveroso e necessario cercare di ridurlo, di controllarlo e soprattutto di prevenirlo.

Si potrà evitare gran parte dei danni provocati dall'inquinamento solo conoscendo a fondo le modalità di diffusione, valutando con cura le possibili conseguenze sugli ecosistemi derivanti dall'impiego di nuovi prodotti o dallo smaltimento di rifiuti vari connessi con nuovi processi di lavorazione. Alla base di ogni strategia per limitare gli effetti e la portata dell'inquinamento ambientale sta l'adozione di tecnologie produttive pulite, che consentano di impiegare nel modo più razionale ed economico possibile le risorse e, allo stesso tempo, di minimizzare la quantità di rifiuti e di residui connessi alla fabbricazione e all'uso dei prodotti. Nel frattempo l'unico efficace rimedio contro l'inquinamento risulta l'adozione di contromisure atte a ridurlo. Ciò comporta il potenziamento e il perfezionamento delle tecniche di depurazione in modo da consentire la riutilizzazione dei prodotti stessi di rifiuto. L'inquinamento del mare dovuto allo scarico di idrocarburi può essere contenuto dotando gli scali per petroliere di apposite attrezzature che consentano il recupero delle acque di lavaggio. Per non pregiudicare la sopravvivenza degli organismi acquatici è necessario dotare gli impianti di dispositivi come bacini e torri di raffreddamento o vasche di nebulizzazione in grado di portare la temperatura delle masse d'acqua utilizzate nelle centrali a valori accettabili per l'habitat acquatico, prima della reimmissione nei corsi d'acqua, scaricando però inevitabilmente parte del calore nell'atmosfera.