ANALISI APPLICATE ALLE ACQUE

Tullia Aquila ITT «B. Focaccia»

Distribuzione dell’acqua sulla Terra

Tullia Aquila

Impieghi dell’acqua

«Dice (Selim): qui da voi si fabbrica con acqua della terra. Prendete acqua da un pozzo, da una fontana, da un fiume. Da noi si fabbrica

con acqua di cielo.

La raccogliamo e quando ne abbiamo un poco, impastiamo con quella. Le nostre case sono fatte di pioggia, sono più nuvole che case.

E ride Selim, ride sulle case del mondo.» Erri De Luca, Tre cavalli

Tullia Aquila

Impronta idrica

L'impronta idrica è un indicatore del volume totale di risorse idriche

utilizzate da un paese per produrre i beni e i servizi consumati dagli

abitanti della nazione stessa. Comprende l’acqua, prelevata da fiumi, laghi e

falde acquifere (acque superficiali e sotterranee), impiegata nei settori

agricolo, industriale e domestico e l’acqua delle precipitazioni piovose

utilizzata in agricoltura.

Tullia Aquila

Inquinamento dell’acqua

Con l’industrializzazione, l’uomo

è venuto ad alterare gli equilibri

naturali che costituiscono il ciclo

dell’acqua, sia perché preleva

quantità sempre crescenti di

acqua, sia perché la restituisce al

ciclo base inquinata.

Tullia Aquila

Come si affronta il problema

L’elevato inquinamento ha reso i

processi naturali di

autodepurazione

(sedimentazione, ossidazione,

adsorbimento , ecc.) non più

sufficienti a recuperare le

caratteristiche originali delle

acque, è necessaria la messa a

punto di sistemi di depurazione

specifici per ogni tipo di scarico.

Si dovrebbe, inoltre, differenziare

l’acqua potabile da quella per altri

usi, evitare di inquinarla e

ricorrere a fonti alternative di

rifornimento, come la

dissalazione dell’acqua di mare,

per l’uso in impianti industriali e

in agricoltura.

Depurazione scarichi civili

Tullia Aquila

Classificazioni delle acque

Tullia Aquila

Classificazione chimica

Tullia Aquila

In base al residuo fisso a 180 °C:

Acque meteoriche 10 80 mg/L

Acque dolci 100 400 mg/L

Acque salate > 30 g/L

In base a particolari

componenti chimici

presenti

Fonti di approvigionamento delle

Aziende Municipalizzate

Qualità

Le acque superficiali destinate alla

produzione di acqua potabile

vengono classificate dalle Regioni in

categorie (A1, A2, A3), secondo

caratteristiche fisiche, chimiche e

microbiologiche definite per legge.

A seconda della categoria di

appartenenza, le acque superficiali

sono sottoposte a diversi tipi di

trattamento fisico, chimico e

disinfezione prima di essere

utilizzate.

Le acque di falda profonda presentano i migliori

requisiti di potabilità perché, prima di scaturire alla

sorgente, hanno compiuto lunghi percorsi

sotterranei a contatto con strati di terreno che le

hanno purificate e sono meno facilmente

raggiungibili da infiltrazioni inquinanti. Inoltre, a

causa delle elevate P e T, sono più ricche di sali

minerali rispetto a quelle freatiche.

Anche le acque sotterranee sono monitorate e

classificate secondo parametri di legge. Tullia Aquila

Legislazione sulle acque

Tullia Aquila

Obiettivi di qualità

Le Regioni stabiliscono

programmi di monitoraggio

nell’ambito del piano di tutela

per mantenere o adeguare le

caratteristiche delle acque agli

specifici obiettivi di qualità.

La legge 152 prevede l’individuazione di:

La classificazione dello stato di qualità di un corpo

idrico viene fatta sulla base dei parametri

macrodescrittori (N-NH3; N-NO3; OD; BOD5; COD;

Ptot; E. coli) Tullia Aquila

Parametri analitici

PARAMETRI ASPECIFICI ASSOCIABILI A PROCESSI REDOX

I.O.D., O.D. (parametro specifico), B.O.D.5, C.O.D.

Le sostanze riducenti (organiche e inorganiche) possono essere ossidate chimicamente

dall’ossigeno e/o biochimicamente (solo le sostanze organiche biodegradabili) attraverso il

metabolismo dei microrganismi eterotrofi presenti nel corpo idrico. Un’acqua risulta

tanto più attiva e favorevole alla vita quanto più il bilancio tra riducenti e ossigeno è a

favore di quest’ultimo.

La quantità di ossigeno richiesta per l’ossidazione delle sostanze riducenti viene

determinata in laboratorio simulando il comportamento dell’ossigeno attraverso

un’ossidazione con K2Cr2O7/H2SO4 (C. O. D. - Chemical Oxygen Demand) o con

KMnO4/H2SO4 (I.O.D. - Immediate Oxygen Demand).

La misurazione della quantità di ossigeno consumata dagli eterotrofi per l’ossidazione

biologica delle sostanze organiche facilmente biodegradabili (B. O. D. 5- Biochemical

Oxygen Demand) si ottiene per differenza tra l’O.D. (Ossigeno Disciolto) determinato in

un’aliquota di campione a 15 min dal suo prelievo e quello determinato in un’altra

aliquota dopo 5 giorni di incubazione a 20 °C e al buio. Tutti i parametri sono espressi in

mg/L di O2.

Valori di B. O. D. 5 compresi tra 0.75 e 1.5 ppm sono accettabili per acque potabili, mentre

valori superiori a 5 ppm indicano che l’acqua è inquinata.

Tullia Aquila

PARAMETRI ASPECIFICI ASSOCIABILI AD EQUILIBRI ACIDO-BASE

acidità, alcalinità (totale e con doppio indicatore) e pH

Tutti i processi metabolici dei microrganismi presenti nelle acque sono influenzati da

equilibri acido-base e richiedono normalmente un ambiente neutro o appena alcalino (7 –

8.3). Acque con un alto contenuto di CO2 arrivano anche a pH vicino a 4, ma valori

inferiori, o superiori a 8.3, potrebbero essere indizio di inquinamento.

Il pH è una espressione sintetica dell’attività idrogenionica, che non tiene conto delle

sostanze che lo determinano e quindi del potere tampone dell’acqua. Più informativi sono

l’alcalinità, soprattutto quella determinata con l’uso del doppio indicatore, che può

consentire la determinazione di parametri specifici (OH-, CO32-, HCO3

-), e l’acidità.

L’acidità viene determinata mediante titolazione con NaOH 0.01 N usando fenolftaleina

come indicatore. Il parametro è espresso in meq/L.

Parametri analitici

L’alcalinità si determina mediante titolazione con

HCl 0.05 N usando come indicatore il solo

metilarancio (alcalinità totale – espressa in

meq/L) o prima la fenolftaleina e poi il

metilarancio (determinazione specifica di OH-,

CO32-, HCO3

-, esprimibili in ppm, sulla base dei

volumi di viraggio registrati con i due indicatori).

Tullia

Aquila

PARAMETRI ASPECIFICI RELATIVI ALLE SOSTANZE IN SOLUZIONE

residuo

E’ il parametro su cui si basa la classificazione chimica delle acque.

Parametri analitici

Residuo a 100 °C (sostanze organiche e sali idrati)

in stufa a 180°C , 2 h

Residuo a 180 °C (sostanze organiche e sali anidri)

calcinazione a 550°C

Residuo fisso (sali minerali)

Tutti espressi in mg/L

Il residuo è il complesso di sostanze solubili e insolubili che restano dopo aver

allontanato l’acqua. Per filtrazione si ha il residuo alla filtrazione (corpi non solubili).

Allontanando l’acqua per riscaldamento si ha:

Tullia Aquila

PARAMETRI ASPECIFICI RELATIVI ALLE SOSTANZE IN SOLUZIONE

durezza e conducibilità

La durezza è data dal contenuto di ioni Ca2+ e Mg2+ ed è un parametro importante nella

classificazione di utenza delle acque. Valori elevati costituiscono un fattore di

deprezzamento dell’acqua, sia per uso domestico (altera sapore e tempi di cottura dei cibi,

richiede maggiore quantità di sapone nei lavaggi, incrostazioni elettrodomestici) che

industriale (incrostazioni). Essa però non deve assumere valori troppo bassi, altrimenti

l’acqua diventa aggressiva ovvero corrosiva.

HCO3- in exc. rende l’acqua incrostante, CO2 in exc. rende l’acqua aggressiva.

Anche l’addolcimento con resine a scambio ionico (Na+) aumenta l’aggressività dell’acqua

perché NaHCO3, meno stabile dei bicarbonati di Ca e Mg, si decompone formando CO2:

La conducibilità costituisce una misura indiretta del contenuto salino dell’acqua ed è

generalmente compresa tra 100 e 1000 μS/cm.

Parametri analitici

Tullia Aquila

PARAMETRI SPECIFICI RELATIVI A COMPONENTI ORDINARI

metalli alcalini e alcalino-terrosi, solfati, cloruri, silice

Sono sempre presenti nelle acque, anche a concentrazioni elevate, e testimoniano uno

scambio attivo con i terreni (autodepurazione). I metalli alcalini e alcalino-terrosi

rappresentano componenti importanti del metabolismo.

Tali parametri sono tollerati a concentrazione inferiore a 1 g/L.

La determinazione analitica dei metalli alcalini e alcalino-terrosi viene realizzata attraverso

la Spettroscopia di Assorbimento Atomico. La determinazione analitica dei cloruri si

effettua col classico metodo argentometrico di Mohr.

PARAMETRI SPECIFICI RELATIVI A COMPONENTI INDESIDERABILI, che a concentrazioni basse sono

essenziali all’equilibrio del corpo idrico. Sono tollerati a concentrazione inferiore a 1 mg/L.

azoto, fosforo, solfuri, ferro, manganese, rame e zinco (oligoelementi)

L’azoto, presente in forma organica, ammoniacale, nitrosa o nitrica, è quasi esclusivamente

di origine organica rappresentando un indizio di processi putrefattivi in atto e, quindi, di

inquinamento: protidi → amminoacidi → NH3 → NO2- → NO3

-

Il nitrato nelle acque è prevalentemente di matrice inorganica. I nitriti sono tossici perché

possono reagire con l’emoglobina del sangue dando metaemoglobina con difficoltà al

trasporto di ossigeno e, in presenza di ammine, possono formare nitrosammine che hanno

azione cancerogena, mutagena e teratogena. Per la determinazione analitica dell’azoto

ammoniacale, nitroso e nitrico si usa la spettrofotometria molecolare.

Parametri analitici

Tullia Aquila

PARAMETRI SPECIFICI RELATIVI A COMPONENTI TOSSICI

mercurio, arsenico, piombo, cromo, cianuri, inquinanti organici

La loro quantità, per l’azione diretta che hanno sull’organismo umano, deve essere

contenuta entro limiti molto ristretti, da 0.1 a 50 μg/L. Tali componenti non partecipano

ai processi biologici fondamentali dei corpi idrici, ma al contrario possono

comprometterli.

Il piombo si determina all’AA, così come il cromo totale, ma se si vuole dosare

separatamente il Cr (III), meno pericoloso, e il Cr(VI), altamente tossico, si utilizza il

metodo colorimetrico alla difenilcarbazide.

Gli inquinanti organici sono per lo più pesticidi, tensioattivi, idrocarburi e fenoli e si

determinano per via spettrofotometrica (IR per gli idrocarburi, UV-VIS per i tensioattivi)

o gascromatografica.

TEMPERATURA E’ un parametro fisico molto importante poiché condiziona la cinetica di

tutte le reazioni del corpo idrico. Per le acque sorgive un suo valore costante indica

un’origine profonda. Per le acque superficiali valori superiori a 25 °C sono indizio di

inquinamento termico (es. scarichi caldi delle acque di raffreddamento), che incide

negativamente sul bilancio dell’ossigeno, sia direttamente, per la diminuita solubilità, sia

indirettamente, per il maggiore consumo determinato dall’accelerazione del metabolismo

della flora acquatica.

Parametri analitici

Tullia Aquila

Parametri analitici PARAMETRI ORGANOLETTICI

colore, torbidità, sapore, odore

Hanno importanza principalmente per le acque potabili. Sono parametri che determinano

la “gradevolezza” dell’acqua (l’acqua deve essere salubre, ma anche gradevole) e devono

risultare «accettabili per il consumatore e senza variazioni anomale».

PARAMETRI MICROBIOLOGICI

Coliformi ( Escherichia coli), streptococchi, clostridi

Il controllo microbiologico ha lo scopo di accertare che l’acqua non sia o possa diventare

un veicolo di trasmissione di microrganismi patogeni. Per questo motivo ci si serve di

indici microbiologici, quali la determinazione della carica batterica totale (a 22 e a 36 °C )

e gli indici di contaminazione fecale. La determinazione più diffusa è quella dei coliformi

fecali, l’esponente più tipico dei quali è l’Escherichia Coli (parametro macrodescrittore),

che consente di avere indicazioni sulla presenza di germi patogeni, che con i colibatteri

hanno in comune l’origine (fecale) e il vettore (i liquami domestici).

La differenziazione dei singoli microrganismi viene effettuata secondo lo schema seguente: Filtrazione su adatta membrana → inoculazione in appropriato terreno di coltura e

incubazione → esame microscopico delle colonie ottenute

La forma e il colore consentono l’identificazione dei singoli microrganismi, mentre la

conta delle colonie dà il valore del parametro microbiologico, espresso come numero più

probabile di microrganismi esaminati (MPN) per unità di volume di acqua (100 mL).

Tullia

Aquila

Requisiti di potabilità di un’acqua

In un’acqua potabile…

devono essere assenti:

sostanze organiche, NH3 (≤ 0.05 ppm), solfuri, Norg, fosfati, nitriti,

germi patogeni (salmonella, vibrioni ecc.) e coliformi fecali

devono essere rispettati i seguenti limiti:

NO3- < 100 ppm

Cl- e SO42- < 200 ppm

metalli pesanti tra 0.1 e 50 μg/L a seconda del tipo

il residuo fisso a 180 °C non deve superare i 1500 ppm

Tullia Aquila