5. Parametri di qualit - Ingegneria Sanitaria Ambientale

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PARAMETRI DI CARATTERIZZAZIONE DEI
COMPARTI AMBIENTALI
Corso di Ingegneria Sanitaria Ambientale
Comparti ambientali
Per comparti ambientali si intende solitamente: acqua, aria, suolo.
I comparti ambientali vengono considerati separatamente in quanto
differiscono per tipologia di inquinanti, procedure di
campionamento, metodiche di analisi, limiti normativi …
La categorizzazione delle forme di inquinamento all’interno di una
struttura compartimentata dell’ambiente spesso mal si presta alla
descrizione della complessità delle cause e degli effetti prodotti. E’
sempre opportuno avere una visione ‘globale’ che tenga conto
dell’effetto che le trasformazioni all’interno di un certo comparto
hanno su di un altro comparto ambientale.
Concentrazioni
Concentrazione in massa:
peso/volume………..es. mg/l
Concentrazione adimensionali:
peso/peso campione……….ppm
volume/volume campione…ppmV
N.B. ppm = parti per milione; ppb = parti per miliardo (1 ppm = 1000 ppb)
Molarità:
numero di moli/l
numero di moli = peso (gr)/peso molecolare
Peso Equivalente:
basato sulla carica ionica
basato sulle reazioni acido-base
basato sulle reazioni red-ox
Normalità: numero di equivalenti/l
Peso molecolare/carica ionica
Peso molecolare/n H+ o (n OH-)
Peso molecolare/n e- scambiati
Comparto acqua
• Composto polare (differente elettronegatività tra ossigeno ed idrogeno,
insieme alla geometria della molecola)
• Elevato potere solvente

facilità di contaminazione
• Stato liquido in un ampio intervallo di temperatura (0 – 100 °C a
pressione atmosferica)
• Densità massima a 4 °C:

stratificazione

ghiaccio solo superficiale
• Caratteristiche termiche:

elevato calore specifico (1 kcal kg-1°C-1)

elevato calore latente di evaporazione (600 kcal kg-1)

effetto volano termico
Comparto acqua
Corpi idrici
superficiali
Corpi idrici
sotterranei
Acque
potabili e di
scarico
Eluati e
Percolati
Comparto acqua
Caratteristiche generali
Le acque possono essere caratterizzate per mezzo della determinazione
analitica di parametri ricadenti in 3 differenti categorie:
Chmici
Fisici
Microbiologici
Le metodiche analitiche di riferimento che possono essere adottate per la
caratterizzazione delle acque si ritrovano nei Metodi analitici per le Acque
pubblicati a cura dell’IRSA-CNR e negli Standard Methods for the
examination of Water and Wastewater pubblicati a cura di APHA e AWWA.
Le informazioni contenute nei manuali riguardano il campionamento, la
conservazione, i campi di validità delle metodiche, i limiti di rilevabilità
delle metodiche, l’interferenza di altre specie chimiche,…
Comparto acqua
Parametri chimici
I parametri chimici esprimono la concentrazione delle
sostanze nel mezzo considerato, a partire dagli ioni più
comuni fino alle più complesse sostanze organiche.
I parametri chimici possono essere suddivisi
in due grandi categorie:
INORGANICI (esprimono la concentrazione di specie
inorganiche) ed ORGANICI (esprimono la concentrazione
di composti organici specifici o per classi)
Comparto acqua
Parametri chimici - Inorganici
Fondamentali: sodio (Na+), potassio (K+), calcio (Ca2+), magnesio (Mg2+),
cloruri (Cl-), solfati (SO42-), Carbonati (CO32-), Bicarbonati (HCO3-) silice
(SiO2). Sono detti fondamentali perché derivano dalla solubilizzazione dei
sali delle rocce e del terreno e sono solitamente presenti in
concentrazioni dell’ordine dei mg/l e superiori.
Altri:, Nitrati (NO3-), Nitriti (NO2-), Ammonio (NH4+), Fosforo (in pratica
PO43-), Ferro (Fe2+/3+), Manganese (Mn2+), altri metalli.
Questi altri parametri possono essere anche di origine naturale (es. Fe e
Mn) ma sono solitamente presenti a concentrazioni inferiori rispetto a
quelli fondamentali).
Comparto acqua
Parametri chimici - Inorganici
Elementi in traccia. Con questo termine vengono definiti gli elementi contenuti
nelle acque in quantità generalmente modesta (diciamo nell’ordine dei g/l).
Per quanto riguarda i parametri chimici inorganici, ricadono tipicamente in questa
categoria i metalli quali boro (B), cromo (Cr), cadmio (Cd), rame (Cu), nichel (Ni),
piombo (Pb), zinco (Zn), alluminio (Al), molibdeno (Mo), Vanadio (V), arsenico (As),
mercurio (Hg).
Molti di questi sono definiti metalli pesanti a causa della loro densità (> 5 gr/cm3).
I metalli pesanti sono generalmente tossici. In alcune tipologie di acque reflue
possono essere presenti in concentrazioni molto maggiori rispetto a quelle delle
acque naturali.
Ci sono anche elementi non metallici che tipicamente ricadono negli elemnenti in
traccia. Sono di particolare importanza ai fini della protezione dell’ambiente e degli
effetti sulla salute dell’uomo, l’arsenico, i cianuri e l’amianto.
Comparto acqua
Parametri chimici - Inorganici
L’acqua a contatto con l’atmosfera tende a sciogliere i gas. La
concentrazione dei gas in acqua dipende dalla loro solubilità e dalla
loro pressione parziale.
In caso di miscele di gas, come l’atmosfera, la pressione totale può
essere espressa come somma delle pressioni parziali. La pressione
parziale è pari a quella che avrebbe la singola componente se
fossero eliminate tutte le altre.
Si ricordi che per la Legge dei gas Perfetti fissata la temperatura ed il
volume, la pressione è direttamente proporzionale al numero di
moli; la pressione parziale è pari dunque alla frazione molare (o alla
frazione di volume).
Ad esempio, in aria, in condizioni normali (0°C, 1 atm), considerato
che l’ossigeno rappresenta il 21% in volume dell’atmosfera, la
pressione parziale dell’ossigeno è pari a 0.21 atm.
Comparto acqua
Parametri chimici - Inorganici
Ossigeno disciolto. Tra i gas, l’ossigeno è di particolare importanza soprattutto nel
caso dei corpi idrici superficiali in quanto è di fondamentale importanza per la loro
salute in quanto indispensabile per la vita degli organismi superiori presenti in
acqua.
Si misura solitamente per mezzo di apposite sonde (OSSIMETRI) potenziometriche
(si sfruttano i potenziali di reazioni red-ox) e si esprime in mg O2 /l.
E’ un parametro di fondamentale importanza anche nella conduzione degli impianti
di trattamento delle acque reflue.
La concentrazione a saturazione dei gas (cioè la loro solubilità) dipende dalla
temperatura e diminuisce all’aumentare della temperatura
La concentrazione a saturazione dell’ossigeno nell’acqua varia con la T: i valori sono
compresi tra 14 e 7,6 mg/l per T di 0 e 30 °C. A 20 °C la concentrazione a saturazione
è pari a 9.2 mg/l.
Comparto acqua
Comparto acqua
Parametri chimici - Organici
Le sostanze organiche che possono essere contenute nell’acqua sono in numero
elevatissimo (decine di migliaia).
Alcune possono essere di origine naturale (acidi umici e fulvici derivanti dalla
decomposizione della sostanza organica vegetale).
La gran parte delle sostanze organiche che si ritrovano nelle acque sono di origine
antropica.
I composti organici possono essere classificati in base a:
- presenza di specifici gruppi funzionali o comunque alla loro formula e/o struttura
chimica;
- la finalità di utilizzo.
Nel primo caso si parla di idrocarburi, alcoli, aldeidi, chetoni, fenoli, acidi
carbossilici,…
Nell’altro caso si parla ad esempio di tensioattivi, solventi, pesticidi e insetticidi,
coloranti…
Le due classificazioni presentano ovviamente una certa sovrapposizione.
Comparto acqua
Parametri chimici - Organici
Tensioattivi. Sono costituiti da molecole composte da un gruppo lipofilo (affine
quindi alle sostanze grasse) combinato con un gruppo fortemente idrofilo (affine
quindi a sostanze polari come l’acqua). In genere il gruppo idrofobo è rappresentato
da un radicale idrocarburico (R).
Si orientano sull’interfaccia
aria-acqua o grasso-acqua
provocando una diminuzione
della tensione superficiale: bagnano prontamente le superfici, rimuovono lo
sporco, penetrano nei materiali porosi, disperdono le particelle solide,
emulsionano oli, grassi e producono schiuma per agitazione. Per questo motivo
sono utilizzati come detergenti.
Per queste proprietà sono largamente utilizzati come detergenti.
Comparto acqua
Parametri chimici - Organici
Meccanismo di azione
L’azione del tensioattivo permettere di ridurre la tensione superficiale e quindi l’angolo di
contatto acqua-superficie
Comparto acqua
Parametri chimici - Organici
Tensioattivi di sintesi
Si tratta di un’ampia classe di sostanze che possono essere suddivisi in cationici,
anionici (denominati anche MBAS) e non ionici (denominati anche BiAS), a seconda
della carica assunta in acqua dalla parte attiva della molecola. I primi prodotti di
sintesi erano caratterizzati da bassa biodegradabilità; l’introduzione di molecole più
semplici a catena lineare (LAS = alchilbenzeni solfonati lineari) ha ridotto questo
problema.
La loro presenza è causa di problemi di ordine tecnico, perché creano difficoltà alla
sedimentazione ed agli scambi gassosi all’interfaccia liquido gas. Inoltre determinano
problemi organolettici in quanto a basse concentrazioni (0.2 ppm) producono sapori
sgradevoli. Alcuni additivi dei detergenti commerciali sono implicati in problemi
ambientali (p.es. polifosfati).
Composti della biodegradazione di alcuni tensioattivi non ionici (alchilfenoli
etossilati) possono essere fortemente tossici (p.es. nonilfenolo).
Usati nell’industria dei pesticidi possono avere un effetto sinergico per la tossicità di
questi ultimi che possono penetrare più facilmente.
Comparto acqua
Parametri chimici - Organici
Pesticidi: insetticidi ed erbicidi
Sostanze utilizzate allo scopo di distruggere, reprimere o comunque controllare la
crescita di insetti, roditori, piante, malerbe o altre forme di vita indesiderate.
I comuni pesticidi possono essere classificati in tre gruppi: Pesticidi inorganici,
pesticidi organici naturali e pesticidi organici sintetici.
Per quanto attiene gli insetticidi attualmente vengono utilizzati principalmente
quelli organici sintetici: insetticidi organoclorurati, insetticidi organofosforati e
insetticidi carbammati.
I pesticidi organoclorurati (p.es. DDT), soprattutto sotto forma di insetticidi,
furono introdotti fra gli anni 1940-1950. Gli effetti ambientali sono risultati
molto gravi (bassa biodegradabilità, bassa solubilità in acqua, elevata solubilità
nelle sostanze organiche, persistenza ambientale e bioaccumulo).
Gli erbicidi più frequentemente utilizzati sono quelli organici.
Comparto acqua
Parametri chimici - Organici
Idrocarburi
Gli idrocarburi sono composti organici, che contengono soltanto atomi di
carbonio e di idrogeno. Gli atomi di carbonio (C) sono legati tra loro a
formare lo scheletro della molecola, mentre gli idrogeni (H) sporgono da
questo scheletro.
Oli minerali
Sono tutti i derivati del petrolio (nafta, lubrificanti,…). Possono ritrovarsi in acque
superficiali (perdite). Non presentano elevata tossicità (a meno che non siano
presenti additivi). Conferiscono sapore e odore sgradevole.
In entrambi i casi si tratta di sostanze apolari poco solubili in acqua, che rientrano
fra le sostanze dette Non Aqueous Phase Liquid (NAPL)
DNAPL
LNAPL
Più dense dell’acqua
Meno dense dell’acqua
Parametri chimici - Organici
Comparto acqua
Idrocarburi policiclici
aromatici (IPA)
Benzo[a]pirene BaP
Antracene
Naftalene
Benzo[k]fluorantene BkF
Benzo[b]fluorantene BbF
Benzo(a)antracene
Dibenzo (a,h)antracene
Fluorene
Benzo(ghi)perilene
Crisene
Fenantrene
Acenaftene
Fluorantene
Pirene
Acenaftilene
Indeno(1.2.3-c.d)pirene
Simili al benzene sono costituiti da numerosi anelli uniti fra loro attraverso una
coppia di atomi di carbonio. I più importanti sono il naftalene, l’antracene ed il
fenantrene. Tali composti sono presenti come contaminanti in diversi tipi di
aree industriali (raffinerie, cockerie). Alcuni sono usati nella preparazione dei
coloranti. Possono essere prodotti da processi incompleti di combustione, in
particolare del legno e del carbone. Nelle acque sono adsorbiti dai sedimenti o
assimilati dai mitili.
Parametri chimici - Organici
Comparto acqua
Policlorobifenili (PCB)
I PCB, sono una classe di composti organici la cui struttura è assimilabile a quella
del bifenile i cui atomi di idrogeno sono sostituiti da uno fino a dieci atomi di
cloro. La formula bruta generica dei PCB è C12H10-xClx.
I policlorobifenili (PCB) sono una serie di composti largamente impiegati a livello
industriale come plasticizzanti, deinchiostranti e come fluidi refrigeranti nelle
apparecchiature elettriche (trasformatori e condensatori). Chimicamente i
bifenili si formano dal benzene ad alta temperatura.
Dal punto di vista ambientale presentano un comportamento simile a quello degli
insetticidi organoclorurati. Tali composti sono oggi molto diffusi in ambiente a
causa del largo uso che ne è stato fatto a partire dagli anni ’50.
Comparto acqua
Parametri chimici - Organici
Diossine
Le diossine sono una classe di composti organici aromatici
clorurati la cui struttura consiste di due anelli benzenici legati da
due atomi di ossigeno e con legati uno o più atomi di cloro.
Formula di struttura delle diossine
Comparto acqua
Parametri chimici - Organici
Diossine
Nella terminologia corrente il termine diossina è spesso usato
come sinonimo di TCDD o 2,3,7,8-tetracloro-dibenzo-p-diossina.
In realtà si conoscono 210 tipi diversi tra diossine (73 tipi) e furani, strettamente
correlati per caratteristiche e tossicità (figure 3, 4). Le fonti di diossine possono
essere diverse: incenerimento di legname trattato con fungicidi a base di
clorofenoli, uso di sbiancanti a base di cloro nell’industria cartaria, impianti di
incenerimento di rifiuti solidi (senza camera di post-combustione).
La diossina, altamente lipofila, tende a bioaccumularsi nella catena alimentare.
Comparto acqua
Parametri chimici - Organici
Furani
Un forte riscaldamento dei PCB in presenza di ossigeno porta alla
formazione di dibenzofurani, composti strutturalmente simili alle
diossine. Come la diossina i furani si formano in numerosi
processi industriali, in particolare nella produzione della carta e
nell’incenerimento dei rifiuti solidi urbani.
Parametri chimici - Organici
Comparto acqua
Fenoli
Sono i composti derivati dal fenolo. Utilizzati come intermedi
chimici in un ampio numero di processi industriali. Possono essere
formati da processi di degradazione microbica di altri composti
organici. La loro presenza in acque è quasi certamente di origine
antropica. Composti fenolici, sono caratterizzati da elevata tossicità
nei confronti delle specie animali.
Comparto acqua
Parametri chimici - Organici
Solventi
Si tratta di una classe che comprende un numero estremamente elevato di
composti naturali e, spesso, di sintesi di varia natura. Si tratta solitamente
di composti poco biodegradabili e molto tossici già a concentrazioni molto
basse (g/l). Molti di questi sono cancerogeni. I più pericolosi sono quelli
caratterizzati da notevole volatilità.
• gli idrocarburi aromatici (benzene, toluene, xilene, stirene, cumene)
• gli idrocarburi alifatici ed aliciclici (petrolio, benzina, nafta solvente)
• gli idrocarburi alogenati: a) bromosostituiti (bromuro di metile), b) iodiosostituiti (iodoformio e ioduro di metile), c) fluorosostituiti (fluoroalcani o
freon e fluoroalcheni), d) clorurati (numerosi alifatici e aromatici)
• gli alcoli (metilico, etilico, isopropilico, isobutilico)
• i chetoni (acetone, metiletilchetone, metilisobutilchetone, cicloesanone,
metilcicloesanone)
• gli esteri (acetati, lattati, formiati, ftalati, dimetilsolfati)
• le aldeidi (acetaldeide, glutaraldeide)
• gli eteri (etere etilico)
• i glicoli e derivati (glicole etilenico, propilenglicole, metilcellosolve, diossano)
• …
Comparto acqua
Parametri chimici - Organici
Solventi clorurati
• I solventi clorurati sono composti derivati dagli idrocarburi alifatici o dagli
idrocarburi ciclici, nei quali uno o più atomi di idrogeno sono sostituiti da
altrettanti atomi di cloro.
• Si tratta di sostanze dotate, nella massima parte, di un ottimo potere
solvente, propellente, refrigerante e di scarsa infiammabilità.
• Per le loro caratteristiche trovano largo impiego nell'industria chimica,
tessile, della gomma, delle materie plastiche, degli estintori di incendio, dei
liquidi refrigeranti, nelle operazioni di sgrassaggio e pulitura di metalli, pelli
e tessuti.
• Possono essere:
alifatici: cloruro di metile e di etile, diclorometano, tetracloruro di
carbonio, cloroformio, monocloroetano, dicloroetano, tricloroetano e
tetracloroetano, monocloroetilene, dicloroetilene, tricloroetilene e
tetracloroetilene;
aromatici: monoclorobenzene e diclorobenzene.
Comparto acqua
Parametri chimici - Organici
Composti organici di recente interesse
Negli ultimi anni si è iniziato a valutare il possibile impatto
inquinante causato da altri composti organici, di largo
consumo, presenti solitamente in concentrazione molto
basse:
- Antibiotici ad uso umano ed animale;
- Farmaci;
- Ormoni.
Tali parametri assumono particolare importanza nelle di
approvvigionamento, nelle acque potabili ma anche in
quelle di scarico per i possibili effetti sulla fauna.
Comparto acqua
Parametri chimici - Organici
In molte situazioni non interessa quantificare la concentrazione
di ciascuna delle sostanze organiche presenti quanto piuttosto
determinare gli effetti a cui queste, globalmente, danno luogo in
sede di trattamento o di sversamento nell’ambiente oppure il
carbonio complessivamente contenuto in queste sostanze
organiche.
Una caratteristica molto importante delle sostanze organiche è la
quantità di ossigeno associata alla degradazione di quel composto
per via microbiologica.
Ecco perché il contenuto di sostanze organiche viene
solitamente espresso attraverso i parametri:
BOD
-
COD
-
TOC
Comparto acqua
Parametri chimici - Organici
BOD: acronimo di ‘Biochemical Oxygen Demand’.
Esprime la quantità di ossigeno necessaria ad ossidare biologicamente le sostanze
organiche contenute nell’acqua. Il BOD NON E’ UN COMPOSTO
INQUINANTE!
Materia organica + batteri + O2  nuovi batteri + CO2 + H2O
Viene determinato secondo una metodica di analisi standardizzata.
Il parametro si misura in mg O2/l.
• in mancanza di opportuni accorgimenti, contribuiscono al BOD le frazioni
carboniosa e azotata
• possibili errori di interpretazione (effetto di inibizione da parte di sostanze tossiche
nei confronti del metabolismo batterico);
• il valore del BOD dipende anche dal tipo di sostanze presenti (difficile il
confronto tra acque diverse);
• determinazione lunga;
• importanza della temperatura.
Comparto acqua
Parametri chimici - Organici
Andamento nel tempo del
BOD ovvero della richiesta
di ossigeno.
Di solito ci si riferisce al BOD5 : quantitativo di ossigeno consumato in 5 giorni
alla temperatura costante di 20 °C.
Per liquami urbani si può assumere: BOD5= 0.684·BODultimo
Comparto acqua
Parametri chimici - Organici
Andamento nel tempo
del substrato e della
domanda di ossigeno
soddisfatta
BODt  BODtot  (1  10 kt )
BODt  BODtot  (1  e ket )
Comparto acqua
Parametri chimici - Organici
Comparto acqua
Parametri chimici - Organici
COD: acronimo di ‘Chemical Oxygen Demand’
Il suo valore, espresso in milligrammi di ossigeno per litro, rappresenta la
quantità di ossigeno necessaria per la completa ossidazione dei composti
organici ed inorganici presenti in un campione di acqua. Rappresenta quindi un
indice che misura il grado di inquinamento dell'acqua da parte di sostanze
ossidabili. Il COD NON E’ UN COMPOSTO INQUINANTE!
+6
CxHyOz +
Cr2O7–
+
H+

+3
CO3--
(reazione non bilanciata)
+ H2O + 2 Cr3+
Il metodo si basa sull‘ossidazione delle sostanze presenti in un campione
d'acqua, mediante una soluzione di bicromato di potassio in presenza di acido
solforico concentrato e di solfato di argento, come catalizzatore. La reazione idi
ossidazione viene condotta a 150°C per 2 ore. L'eccesso di dicromato viene
successivamente titolato. Tenendo conto che 1 mole di bicromato di potassio
consumata corrisponde a 1,5 moli di O2, si risale al consumo di ossigeno del
campione di acqua in esame. La metodica è standardizzata.
Comparto acqua
Parametri chimici - Organici
COD: acronimo di ‘Chemical Oxygen Demand’
Il parametro si misura in mg O2/l.
Vengono ossidate sostanze organiche ed inorganiche;
• per una certa acqua il COD è sempre maggiore del BOD;
• si elimina il problema della tossicità;
• le sostanze organiche non ossidate sono solamente quelle molto refrattarie;
• determinazione breve (2 ore e recentemente esistono anche kit che
permettono di fare la determinazione in 15 min);
• la reazione di ossidazione viene fatta avvenire a 150 °C.
Per liquami urbani: COD/BOD5=1.8 - 2.2
Comparto acqua
Aggiunta di un volume
noto di campione ad una
provetta contenente i
reagenti.
Parametri chimici - Organici
La provetta è messa per
2 ore in una piastra che
mantiene la T a 150 °C.
In seguito alle reazioni
di ossidazione la
soluzione si colora di
giallo.
Al termine si misura
per via spettrofotometrica
l’intensità della colorazione
sviluppata e si ricava il
valore del COD in mgO2/l.
Comparto acqua
Parametri chimici - Organici
TOC: acronimo di ‘Total Organic Carbon’.
Esprime la quantità totale di sostanze organiche contenute nell’acqua.
Il TOC NON E’ UN COMPOSTO INQUINANTE però da una misura globale
dell’inquinamento organico!
Reazione di combustione: Sostanza organica + O2  CO2
Viene determinato misurando la CO2 che si forma dalla combustione delle sostanze
organiche. Le sostanze inorganiche non bruciano.
Il parametro si misura in mg di Carbonio Organico/l.
•
•
•
•
•
vengono determinate tutte e sole le sostanze organiche;
per una certa acqua il TOC è sempre maggiore del BOD;
si elimina il problema della tossicità;
determinazione breve;
determinazione molto costosa; non viene effettuata di routine come le precedenti.
Comparto acqua
Parametri chimici derivati - pH
Sono quei parametri che non misurano direttamente la concentrazione di
una o più specie ma ne derivano in modo diretto.
pH E’ definito come il cologaritmo della concentrazione
idrogenionica in soluzione:
pH = - log [H+].
E’ un parametro fondamentale perché:
• regola tutti gli equilibri chimici in soluzione;
• regola le reazioni biologiche;
• determina le specie chimiche che si trovano in soluzione.
Ha un campo di variazione tra 0 e 14 e si esprime in unità di pH:
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Ambiente acido
9
10
11
12
13
Ambiente basico
Neutralità
14
Parametri chimici derivati - pH
Si misura in modo veloce utilizzando una coppia di elettrodi (elettrodo
di riferimento e elettrodo a idrogeno).
Parametri chimici derivati - pH
Parametri chimici derivati - Alcalinità
Alcalinità. E’ definita come la capacità di neutralizzare le specie acide ed è dovuta
alla presenza di ioni carbonato CO3--, ioni bicarbonato HCO3- e ioni ossidrili OH-.
Altre specie che contribuiscono in misura minore sono l’ammoniaca (NH3) e le basi
coniugate degli acidi organici, dell’acido fosforico, silicico e borico.
La presenza di ioni OH- (dovuti alla dissociazione degli idrossidi) comporta la
capacità di neutralizzare acidi. I carbonati ed i bicarbonati, disciolti in acqua,
ricostituiscono l’acido carbonico debole (poco dissociato) e la base forte (molto
dissociata e quindi capace di liberare significative quantità di ioni OH-).
Un’acqua con elevata alcalinità riuscirà a tamponare le variazioni di pH
conseguenti all’aggiunta di acidi.
Alcalinità: [HCO3- ] + 2 [CO3- -] + [OH- ] ([ ]: concentrazioni molari)
Risultato espresso in eq/l. Per il risultato in mg/l si moltiplica per 50 (peso
equivalente di CaCO3).
Parametri chimici derivati - Alcalinità
L’alcalinità si esprime convenzionalmente in mg CaCO3/l e si misura
per titolazione, dosando un acido forte che reagisce via via con gli
ioni che determinano l’alcalinità:
a pH > 8,3 possono esistere in un’acqua sia ioni idrossido che ioni
carbonato, ma non ioni bicarbonato.
a pH < 8,3 possono esistere solo ioni bicarbonato (di fatto nelle
acque naturali vi sono quasi solo bicarbonati).
a pH < 4,5 tutti i bicarbonati sono stati salificati e l’alcalinità
dell’acqua è scomparsa.
Si esclude, nella pratica, la contemporanea presenza di ioni OH- e
HCO3-.
Parametri chimici derivati - Alcalinità
• E’ importante distinguere tra alta basicità, manifestata da un alto
pH, e alta alcalinità che corrisponde alla proprietà di assorbire
grandi quantità di H+ limitando le variazioni di pH.
• Mentre il pH è un fattore intensivo, l’alcalinità è un fattore
capacitivo.
• Se confrontiamo due soluzioni una contenente NaOH 0,001 M
ed una contenente HCO3- 0,100 M osserviamo che:
• La prima ha un pH = 11 ed è neutralizzata da 0,001 m/L di un
qualunque acido forte.
• La seconda ha un pH = 8,34 ma per neutralizzarla occorrono 0,1
m/L di un acido forte: la sua alcalinità è 100 volte più grande
di quella di NaOH anche se il suo pH è molto più basso.
Parametri chimici derivati - Acidità
• Una elevata alcalinità dell’acqua aumenta la solubilità della
CO2 in acqua.
• A pH = 7, cioè alcalinità = 0, si può calcolare:
Solubilità = 1,371x10-5 moli/L
• In una soluzione 0,001 M in NaOH, si calcola:
Solubilità = 1,01x10-3 moli/L
Parametri chimici derivati - Acidità
L’acidità dell’acqua, oltre che alla presenza di CO2 è dovuta alla
presenza di acidi deboli come H2PO4-, H2S o ioni metallici come il
Fe3+ e Al3+. Questi ultimi formano in acqua una specie chimica con
le molecole del solvente dalla formula Al(H2O)63+ che a sua volta
reagisce come:
Al(H2O)63+ + H2O  AlOH(H2O)52+ + H3O+
L’acqua usata in alcuni processi industriali come la soluzione esausta
per il decappaggio dell’acciaio contiene ioni metallici acidi ed anche
acidi forti.
L’acqua di miniera è spesso acida per lo stesso motivo legato alla
presenza sia di ioni metallici che acidi forti.
Parametri chimici derivati - Durezza
DUREZZA: somma delle concentrazioni dei cationi metallici (no alcalini e idrogeno).
In pratica è data dalla concentrazione degli ioni Calcio e Magnesio.
Si determina per titolazione dei due cationi o anche diretta.
Durezza (°F) = Ca++ (mg/l)/4 + Mg++ (mg/l)/2,43
La durezza si esprime in GRADI FRANCESI (°F) o in mg/l CaCO3
(1 °F = 10 mg/l CaCO3 ).
In base alla durezza le acque si definiscono:
0
5
Dolci
10
15
20
Medie
25
30
35
Dure
40
45
50
Molto dure
Tendenza delle acque dure a causare incrostazioni in seguito alla formazione di
precipitati (carbonato di calcio CaCO3 e idrossido di magnesio Mg(OH)2).
Parametri fisici - Temperatura
• Influenza le reazioni chimiche (sia in termini di cinetica che di
equilibrio);
• Influenza le reazioni biologiche;
• Influenza la solubilità dei gas (OSSIGENO);
• Influenza le condizioni di vita delle specie biotiche.
Si misura con i termometri.
Si esprime in °C.
Parametri fisici - Conducibilità
La conducibilità rappresenta la capacità di una soluzione di condurre corrente
elettrica.
Il passaggio di corrente attraverso una soluzione richiede la presenza di ioni per
cui la conducibilità rappresenta una misura indiretta del contenuto salino.
Si parla di conducibilità specifica o conduttanza nel caso della conducibilità
di un volume unitario di soluzione.
Si misura mediante apparecchi detti conduttimetri e si esprime solitamente in S/cm .
E’ un parametro dipendente dalla Temperatura: all’aumentare della temperatura
aumenta la conducibilità. Di norma si misura alla T di 25°C altrimenti è bene
riportare il valore a cui è fatta la misura.
RESIDUO FISSO. La conducibilità è legata al contenuto di solidi disciolti totali
(TDS) che si esprime di fatto con il RESIDUO FISSO: tutto ciò che rimane dopo aver
fatto evaporare un volume noto di acqua e riscaldato il tutto a 105 o 180°C.
Per le acque naturali approssimativamente si ha: TDS (mg/l) = 0,64 · ECw (S/cm)
Parametri fisici - Conducibilità
Strumento per
misure on-line
Portatile
Parametri fisici- I solidi
SOLIDI. La prima classificazione può essere fatta sulla base di un criterio
dimensionale.
Questa proprietà si traduce anche in diverse modalità di separazione solido-liquido.
Ad esempio ai fini pratici solamente le particelle che hanno dimensioni
sufficientemente elevate possono essere rimosse in pratica per mezzo di un processo
di sedimentazione. Particelle di dimensioni ‘troppo piccole’ hanno velocità di
deposizione che la loro sedimentazione potrebbe richiederebbe tempi dell’oridine dei
giorni o mesi.
Filtrabili
Disciolti
Non filtrabili
Colloidali
Sospesi
Non sedimentabili
m
mm
10 -5
10 -8
Sedim .
10 -4
10 -3
10 -2
10 -1
1
10
100
10 -7
10-6
10 -5
10 -4
10 -3
10 -2
10 -1
Parametri fisici- I solidi
CONTENUTO DI SOLIDI. I solidi presenti in un’acqua possono essere suddivisi
Secondo il seguente schema.
Sedimentazione in cono Imhoff
Solidi
sedimentabili
Solidi
filtrabili fissi
 < 0.45m
Campione
Filtrazione
Evaporazione
 > 0.45m
Solidi totali
Evaporazione (105 °C)
Evaporazione (105 °C)
Solidi filtrabili
Solidi sospesi (SST)
Riscaldamento (550 °C)
Riscaldamento (550 °C)
Solidi filtrabili
volatili
Solidi volatili
Solidi totali
Solidi fissi
Solidi
sospesi volatili
Solidi
sospesi fissi
Parametri fisici- I solidi
CONTENUTO DI SOLIDI SEDIMENTABILI. Convenzionalmente sono i solidi
che riescono a sedimentare in un tempo di 2 ore. Per la detreminazione si utilizza un
cono Imhoff ed il risultato si esprime in (mL solidi/L).
Può essere determinato in laboratorio ma anche direttamente in campo.
Il contenuto di solidi sedimentabili fornisce un’indicazione dei solidi rimuovibili
dalle acque reflue per semplice sedimentazione.
Parametri fisici- I solidi
CONTENUTO DI SOLIDI SOSPESI. Sono costituiti dai solidi
presenti in acqua che vengono trattenuti da un filtro che per convenzione è stato
stabilito della porosità di 0.45 m (figura classificazione solidi).
Si determina in laboratorio mediante la differenza di peso di un filtro utilizzato per
filtrare un volume noto di acqua.
In sequenza devono essere eseguite le seguenti operazioni:
• condizionamento in essiccatore e pesatura di un filtro pulito;
• filtrazione di un volume noto di campione;
• essiccamento del filtro in stufa a 105 °C fino a completa evaporazione dell’acqua
• condizionamento in essiccatore e pesatura del filtro
• Calcolo
SS = (peso finale - peso iniziale)/Volume [mg/L]
Parametri fisici- I solidi
CONTENUTO DI SOLIDI SOSPESI VOLATILI. Sono costituiti dai solidi
organici (a temperature sufficientemente alte danno luogo a combustione).
Si determinano solitamente su campioni provenienti dalla vasca d’ossidazione per
verificare il contenuto di microrganismi i quali sono appunto sostanza organica.
Comunque non tutti gli SSV sono costituiti da microrganismi.
La determinazione può essere fatta anche sulle acque in arrivo all’impianto per avere
indicazioni sulle sostanze organiche presenti.
La determinazione viene fatta in laboratorio sui filtri precedentemente utilizzati per la
determinazione dei SST. Il filtro viene messo in muffola a 550 °C per diverse ore. Alla
fine si misurano le ceneri (solidi fissi) e per differenza dai SST si determina la frazione
volatile.
Il risultato si esprime di solito in mg/l.
SSV = (Solidi sospesi totali – solidi sospesi fissi) /Volume filtrato
Parametri fisici - Torbidità
TORBIDITA’. E’ l'espressione di una proprietà ottica di un liquido che causa
l'assorbimento e la riflessione dei raggi luminosi piuttosto che la loro propagazione in
linea retta all'interno del liquido stesso. E’ dovuta alla presenza di sostanze in
sospensione spesso di dimensioni molto ridotte (classificazione solidi).
Si definisce col termine di torbidità la riduzione della trasparenza di un campione,
dovuta alla presenza di sostanze in sospensione.
La torbidità rappresenta una misura aspecifica della concentrazione in peso dei solidi
sospesi nel campione; non è tuttavia possibile stabilire una correlazione diretta tra
queste due variabili, in quanto le proprietà ottiche di una sospensione risultano
influenzate, oltre che dalla quantità, anche dalla forma, dalle dimensioni e dall’indice di
rifrazione delle particelle sospese, nonchè dalla lunghezza d’onda del raggio incidente.
A causa di tutte le variabili che influenzano la torbidità,
è impossibile correlare in modo univoco la concentrazione
di sostanze sospese (solidi sospesi) con la torbidità
misurata.
Parametri fisici - Torbidità
La torbidità può essere determinata:
- valutando l’entità dell’assorbimento prodotto dalla fase dispersa sul fascio incidente,
nella stessa direzione del raggio incidente; si parla di metodo turbidimetrico ed è
preferibile quando la dimensione delle particelle che provocano torbidità è dell'ordine
o superiore al micron, e l'assorbimento prevale sulla diffusione; si effettua con uno
spettrofotometro alla lunghezza d’onda di 440 nm.
- valutando l’entità della luce diffusa, misurata a 90° rispetto a quella incidente; si
parla di metodo Nefelometrico ed è preferibile quando la torbidità è dovuta a
particelle di più piccole dimensioni (decine o centinaia di nm), con prevalenza della
diffusione.
Rilevatore
Sorgente
Campione
Rilevatore
Parametri fisici - Torbidità
Quelle che seguono sono le più diffuse unità di misura per la torbidità:
- profondità visiva (metri): esprime la profondità alla quale si riesce ancora a scorgere
un disco di prova della trasparenza (dischi secchi). Utilizzata per bacini di raccolta, laghi
o nel mare. La misura è inversamente proporzionale alla torbidità ed è influenzata;
- altezza necessaria ad eliminare la visibilità di una candela: un’altezza della colonna pari
a 21,5 cm è stata assunta pari a 100 unità di torbidità Jackson (JTU);
- FTU (unità di attenuazione di formazina): questa unità di misura si è ormai
imposta universalmente. Si basa sull'impiego di una sospensione standard alla
formazina, con caratteristiche ideali di riproducibilità;
- NTU (unità nefelometriche di formazina): considerando che si ottengono diversi
risultati se si utilizza un sistema di misura a diffusione (90º) è stata introdotta questa
unità di misura.
- Unità di silice: si basa sull'impiego di una sospensione standard di silice (SiO2); il
fattore di conversione tra l’unità di silice (mg/L SiO2) e l’unità di formazina (NTU,
FTU) è pari a 0,4 (1 unità di silice = 0,4 unità di formazina).
SiO2
JTU
NTU - FTU
SiO2
1
2,5
0,13
JTU
0,4
1
0,053
NTU - FTU
7,5
19
1
Parametri microbiologici
La loro presenza di microrganismi può essere sia di origine naturale che antropica ed è
praticamente inevitabile, ma non sempre pericolosa in quanto solo alcuni sono quelli patogeni. Le
principali forme di microrganismi presenti nelle acque possono essere classificate in:
Batteri: organismi unicellulari, con grandezza compresa tra 0,5 e 5 m, possono essere dotati o
meno di mobilità ed il loro tempo medio di sopravvivenza è di 20-30 giorni. Tra i PATOGENI
abbiamo (Salmonella typhi, Vibrio Cholera, Shigella sonnei, Mycobacterium tubercolosis).
Virus: sono organismi piccolissimi (10 – 500 nm) e sono parassiti, cioè hanno bisogno di una
cellula ospite della quale sfruttano i processi metabolici. La maggior parte sono patogeni per
l’uomo. Tra i patogeni si hanno quelli che originano l’Epatite A, la poliomelite, la meningite e molti
disturbi intestinali.
Protozoi: sono organismi unicellulari di dimensioni comprese tra 10 e 100 m. Alcuni di questi
sono parassiti e patogeni per l’uomo. Possono sopravvivere nell’ambiente per non più di 20-30
giorni.
Elminti: sono organismi pluricellulari di dimensioni molto maggiori rispetto agli altri
microrganismi. Comprendono alcune specie di vermi intestinali patogeni per l’uomo (es. Ascaris
lumbricoides). Anche questi organismi, come i virus, presentano una dose minima infettante molto
bassa (1 una o alcune unità).
Parametri microbiologici
La varietà e la frequenza dei microrganismi patogeni nelle acque di
rifiuto riflettono il livello di diffusione delle malattie endemiche locali
I microrganismi
patogeni sono
all’origine di
numerose
malattie e casi di
mortalità
soprattutto in
zone con scarsa
igiene ambientale
Microrganismo
Escherichia Coli
Legionella
Batteri
Salmonella Typhi
Salmonella
Vibrio cholerae
Adenovirus
Enterovirus
Virus
Epatite A
Reovirus
Rotavirus
Cryptosporidium
Protozoi
Giardia lamblia
Taenia
Elminti
Ascaris
Malattia
Gastroenterite
Legionella
Febbre tifoidale
Salmonellosi
Colera
Malattie respiratorie
Gastroenterite, meningite
Epatite
Gastroenterite
Gastroenterite
Criptosporidiosi
Giardiasi
Teniasi
Ascaridiasi
Parametri microbiologici
I microrganismi patogeni presenti nelle acque reflue sono pochi e
difficilmente isolabili ed identificabili
Si utilizzano i MICRORGANISMI INDICATORI
• alla presenza/assenza dell’indicatore corrisponde la presenza/assenza
del patogeno
• il rapporto indicatore/patogeno è il più costante possibile e la
concentrazione dell’indicatore è preferibilmente superiore a quella del
patogeno
• l'indicatore e il patogeno presentano simili capacità di sopravvivenza
nell’ambiente esterno ed analoga resistenza ai disinfettanti
• l'indicatore dovrebbe essere un microrganismo non patogeno,
facilmente rilevabile e quantificabile con tecniche semplici e riproducibili,
applicabili a tutti i tipi di campione
Parametri microbiologici
Per avere indicazioni sulla concentrazione di microrganismi presenti
nelle acque e in particolare nei liquami, si fa generalmente riferimento
a particolari batteri del ceppo “Coli”
I Coliformi sono presenti nel tratto intestinale dell’uomo; ciascuna
persona espelle circa 100-400 miliardi di Coliformi al giorno, oltre
ad altri tipi di batteri. La presenza dei Coliformi è considerata
indice di presenza di microrganismi patogeni
Possibili indicatori
Coliformi totali, Coliformi fecali, Klebisella, Escherichia Coli,
Streptococchi fecali, Enterococchi, Clostridium, ...
Parametri microbiologici
MPN (Most Probable Number): inoculo di diluizioni progressive di
campione in tubi contenenti terreni di coltura liquidi. Viene effettuata
una prova presuntiva (capacità dei Coliformi di fermentare producendo
gas) e una prova di conferma (crescita delle colture risultate positive alla
prova presuntiva su terreni che impediscono la crescita di altri
microrganismi). Entrambe hanno bisogno di un certo periodo di
incubazione.
Non si ottiene il valore esatto ma una stima statistica della
concentrazione espressa come MPN/100 mL
Membrane filtranti: filtrazione di un volume noto di campione attraverso
pori che trattengono i batteri. I batteri trattenuti vengono messi a
contatto con il terreno selettivo adatto alla loro crescita. Al termine
dell’incubazione vengono contate direttamente le unità formanti colonie
(CFU) che si sono formate e la concentrazione viene espressa come
CFU/100 mL o UFC/100 mL
Parametri microbiologici
Parametri microbiologici
Acque destinate al consumo
umano
D.Lgs. 31/2001
Coliformi totali
Coliformi fecali
Streptococchi fecali
Spore di clostridi solfato
riduttore
Computo delle colonie 36°C
su agar
22°C
Computo delle colonie 36°C
su agar per acque
confezionate in
22°C
recipienti chiusi
Volume del
campione
[ml]
Valori
guida
(VG)
100
100
100
-
Concentrazione
massima
ammissibile
(CMA)
0
0
0
100
-
0
1
1
1
10
100
5
20
1
20
100
Balneabilità (DPR 8/6/82 n. 470)
Coliformi totali: 2000 MPN/100ml - Coliformi fecali: 100 MPN/100ml Streptococchi fecali: 100 MPN/100ml - Salmonelle: assenti in 1000ml Enterovirus: assenti
Scarico in corpi idrici superficiali (D.Lgs. 152/99)
Escherichia Coli: 5000 CFU/100ml
Riuso irriguo delle acque depurate (DM 185/2003)
Escherichia Coli: 10 CFU/100ml - Salmonelle: assenti
Comparto acqua
Metodi di analisi e tecniche di campionamento
Le operazioni di campionamento relative all'analisi delle acque devono
essere effettuate sia in base a criteri generali di rappresentatività e di
casualità (validi per qualsiasi altro prodotto), sia in base a criteri più
specifici e caratteristici. E’ la prima operazione del monitoraggio e non
deve inficiare il risultato finale.
Rappresentatività significa che le caratteristiche del campione devono
rispecchiare al massimo le caratteristiche medie dell'acqua in esame, sia dal
punto di vista qualitativo che quantitativo.
Il requisito di casualità è altrettanto essenziale in quanto consente di
impostare le operazioni di campionamento da un punto di vista statistico,
particolarmente utile per indagini d'un certo rilievo.
Recipienti: devono essere puliti e con tappo a tenuta. Per determinazioni
correnti si possono utilizzare anche bottiglie di polietilene. Per
determinazioni molto delicate occorrono bottiglie di vetro neutro, lavate
con miscela cromica, poi pulite più volte con acqua distillata, ed infine
essiccate in stufa.
Comparto acqua
Metodi di analisi e tecniche di campionamento
Prelievo. È opportuno ‘avvinare’ il recipiente con l'acqua in esame, prima del
prelievo del campione, e riempire quanto più possibile la bottiglia prima di
chiuderla, per evitare che vi rimangano bolle d'aria.
Per il prelievo di acque di fiume è opportuno prelevare il campione al centro
della corrente, a 20-25 cm dal pelo dell'acqua. Nel caso dei laghi, o
comunemente di acque non correnti, si devono eseguire prelievi a varie
profondità con adatti campionatori.
Al momento del prelievo riportare su ogni campione i dati che lo riguardano
(ad esempio provenienza, la data, l'ora, il punto del prelievo, la temperatura
del campione e quella ambiente, ecc.)
Conservazione. Tra il prelievo del campione e l'esecuzione dell'analisi deve
passare il minor tempo possibile. I campioni in attesa di analisi devono
essere tenuti in frigorifero a temperatura leggermente superiore a 0 °C.
Vi sono determinazioni che devono essere necessariamente eseguite in situ:
tra queste sono da citare la temperatura, il pH, il potenziale redox, il cloro
libero, la conducibilità elettrolitica, l'ossigeno disciolto.
Comparto acqua
Metodi di analisi e tecniche di campionamento
In funzione dell’arco di tempo che rappresentano i campioni si
distinguono in:
• istantanei quando rappresentano un singolo istante. Si utilizzano
soprattutto per eventi particolari (es. scarico anomalo).
• compositi quando sono costituiti dall’unione di più aliquote
prelevate ad intervalli regolari indipendentemente dalle variazioni di
portata e/o dei carichi. Adatti a seguire andamenti temporali ma non
adatti per effettuare bilanci di massa;
• medi ponderali costituiti dall’unione di più aliquote prelevate ad
intervalli o in volumi variabili in funzione della portata e/o dei carichi.
Idonei per valutare i carichi totali, per effettuare bilanci di massa. E’
necessaria la disponibilità di strumentazione di processo e
campionatori automatici.
Comparto acqua
Metodi di analisi e tecniche di campionamento
Esistono delle metodiche ‘di riferimento’ o ’metodiche ufficiali’
per l’esecuzione delle determinazioni analitiche. In particolare nel
campo dell’analisi delle acque, tali metodiche sono quelle IRSACNR.
Queste richiedono spesso apparecchiature costose e procedure
lunghe, poco adatte al monitoraggio degli impianti, soprattutto queli
di piccole dimensioni (necessità di un laboratorio attrezzato).
Con l’intento di ridurre i costi e semplificare le metodiche in modo
da rendere possibile monitoraggi speditivi, sono stati sviluppati dei
‘metodi equivalenti’ che prevedono soprattutto l’utilizzo di kit.
Prima di utilizzare largamente i kit è ovviamente opportuno
verificarne la accuratezza (vicinanza del risultato al valore vero) e la
ripetibilità (capacità di dare risultati molto simili sullo stesso
campione) attraverso il confronto dei dati ottenuti con le metodiche
ufficiali.
Comparto acqua
Metodi di analisi e tecniche di campionamento
Vantaggi dell’uso dei kit:
• facilità di esecuzione e possibilità di utilizzo anche da parte di personale non
specializzato;
• tempi brevi d’esecuzione;
• utilizzo controllato di reagenti tossici o pericolosi, spesso smaltiti dai
fornitori;
• in termini di reagenti i costi sono spesso superiori alle metodiche ufficiali
ma considerando l’analisi nel suo complesso (personale, strumentazione e
relativa manutenzione delle apparecchiature da laboratorio,…) i costi sono
confrontabili.
Svantaggi:
• il volume del campione analizzato è molto ridotto quindi molta attenzione
all’omogeneità del campione per rendere l’analisi significativa;
• l’analisi in kit non è valida ai fini della determinazione del rispetto dei limiti
normativi;
• più incertezza sull’interferenze soprattutto quando sopravvengono
significativi cambiamenti nella qualità dei reflui.
Esempi di qualità delle acque: acque naturali
Esempio Lago
pioggia Maggiore
Residuo a 180 °C mg/l
pH
Unità pH
Conduttività
S/cm
BOD
mgO2/l
Durezza
°F
Calcio
mg/l
Magnesio
mg/l
Sodio
mg/l
Potassio
mg/l
Ammonio
mg/l
Solfato
mg/l
Nitrato
mg/l
Cloruro
mg/l
Bicarbonato
mg/l
4.5
29.7
0.78
0.3
0.41
0.11
1.1
4.5
2.9
1.1
0
7.2
136
6.8
21
3.8
2.1
1.5
<0.01
29
3.7
1.7
45
Acqua
sott. 1
Acqua
sott. 2
Esempio
mare
230
7.1
330
0.79
17.6
52
11
801
1.1
<0.01
17
1
6
207
630
7.3
850
0.4
42.7
135
21.8
19.3
2.4
<0.01
127
18
31
335
37720
460
458
1332
11286
432
2858
20260
140
Esempi di qualità delle acque: acque minerali
Temperatura
Residuo a 180 °C
pH
Conduttività
BOD
Durezza
Calcio
Magnesio
Sodio
Potassio
Ammonio
Solfato
Nitrato
Cloruro
Idrogeno carbonato
San Benedetto Norda Alisea
16.7
9.4
9
°C
mg/l
250
44.5
60.9
Unità pH
7.68
7.5
7.9
400
56
93.5
S/cm
mgO2/l
2.8
4.15
°F
mg/l
46
7.9
12.3
mg/l
30
2
2.6
mg/l
6.8
1.5
2.5
mg/l
1.1
0.5
0.6
mg/l
mg/l
4.9
4.5
10.1
mg/l
6.8
2.7
2.5
mg/l
2.8
0.6
0.9
mg/l
293
30.5
41.6
Esempi di qualità delle acque: acque reflue e depurate
Uscita
Uscita
impianto
impianto
refluo civ.-ind. refluo civile
Temperatura
Residuo a 180 °C
pH
Conduttività
COD
Durezza
Calcio
Magnesio
Sodio
Potassio
Ammonio
Solfato
Nitrato
Cloruro
Bicarbonato
°C
mg/l
250
44.5
Unità pH
7.67
7.3
S/cm
mgO2/l
°F
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
1775
27
27
70.8
23
318
22
2.55
121.8
5.5
237
357
720
30
19.8
59.9
12
82
15.5
0.05
58.2
7.74
75.2
240
Ingresso
impianto
civile
Percolato di
discarica
Da acido a
neutro
500
10
25
30
0
50
7000
500 - 2000
Suolo
Caratterizzazione
Per suolo si intende lo strato superficiale della crosta terrestre, derivante
dall'alterazione di un substrato roccioso, chiamato roccia madre, per azione chimica,
fisica e biologica esercitata da tutti gli agenti superficiali e dagli organismi presenti in o
su di esso.
L’alterazione fisica si manifesta a seguito di fessurazioni e deformazioni degli strati
superficiali conseguenti all’azione di agenti atmosferici ed ai movimenti che
caratterizzano la crosta terrestre .
L’azione chimica è riconducibile a reazioni chimiche cui possono partecipare alcuni
minerali e sostanza organica con ossigeno, acqua, acidi organici, anidride carbonica.
L’azione biologica è legata all’azione di microrganismi che possono utilizzare alcuni
dei composti presenti rilasciando dei metaboliti.
Il suolo è un sistema multifase costituito da una fase solida (suddivisibile in una
frazione organica ed una inorganica), una fase liquida (acqua), una fase gassosa (aria).
In alcuni casi l’acqua riempie completamente i pori del suolo quindi si ha un sistema
bifase (fase solida e fase liquida).
Anche il suolo può essere caratterizzato attraverso una serie di parametri chimici, fisici
e biologici la cui conoscenza viene utilizzata per valutarne lo stato di inquinamento, i
possibili meccanismi di autodepurazione, i possibili interventi di risanamento.
Suolo
Caratterizzazione
Tipica proporzione dei
principali componenti del
suolo (in volume).
Andamento della proporzione dei
principali componenti del
suolo (in volume) in funzione della
profondità.
Parametri fisici
Suolo
Le caratteristiche fisiche dipendono dalla percentuale relativa di ciascun componente e
dalla natura delle particelle organiche ed inorganiche.
Granulometria.
Rappresenta
la
distribuzione percentuale in peso delle
diverse
particelle
su
base
dimensionale. La rappresentazione
grafica di tale distribuzione è detta
curva granulometrica.
La granulometria si ottiene attraverso
l’utilizzo di setacci (o vagli) per la
parte costituita da particelle di
dimensioni superiori a 0,075 mm e
per mezzo di analisi sedimentologica
per la parte di dimensioni inferiori.
Sequenza di setacci per l’analisi granulometrica
CNR - UNI
n.
Apertura
(mm)
100
100
71
71
60
60
40
40
25
25
15
15
10
10
5
5
2
2
1
1
0,425
0,425
0,180
0,180
0,075
0,075
ASTM
n.
Apertura
(mm)
3”
76,2
2”
50,8
1.5”
38,1
1”
25,4
3/4”
19,1
1/2”
12,7
3/8”
9,52
4
4,76
8
2,36
10
2,00
16
1,18
20
0,84
30
0,60
40
0,42
50
0,30
60
0,25
80
0,18
100
0,15
140
0,105
200
0,074
British Standard
n.
Apertura
(mm)
75
75
63
63
50
50
37.5
37,5
28
28
20
20
14
14
10
10
6.3
6,3
5
5
3.35
3,35
2
2
1.18
1,18
0.60
0,60
0.425
0,425
0.30
0,30
0.212
0,212
0.15
0,15
0.063
0,063
Suolo
Parametri fisici
Il risultato della stacciatura è riportato in un grafico contenente in ascisse le
dimensioni dei setacci ed in ordinata la corrispondente percentuale di passante.
In figura una possibile curva granulometrica se ipoteticamente avessi 10 setacci con
apertura decrescente dal setaccio 10 al setaccio 1.
Parametri fisici
Suolo
La pendenza della curva granulometrica fornisce indicazioni sul grado di uniformità
del suolo: una curva ripida significa che il suolo è uniforme. Per valutare il grado di
uniformità si può utilizzare il coefficiente di uniformità:
C = d60/d10
Dove d60 e d10 sono rispettivamente i dimetri corrispondenti al 60% e 10% di passante
cumulato. Solitamente si assume un suolo uniforme se presenta valori di C < 2.
In funzione delle dimensioni si definisce:
Diametro (m)
Frazione
Sabbia
50 – 2000 m
Sabbia molto grossa
2000 – 1000
Sabbia grossa
1000 – 500
Sabbia media
500 – 250
Sabbia fine
250 – 100
Sabbia molto fine
100 – 50
Limo
2 – 50
Argilla
<2
Parametri fisici
Suolo
Porosità
La porosità n di un terreno è definita come il rapporto tra il volume degli spazi vuoti
(VV) ed il volume totale del terreno V:
n
VV
100
V
Densità reale ed apparente
La densità apparente o densità secca è definita come il rapporto tra il peso del solido
Ps per unità di volume totale V:
d 
PS
V
La densità reale rappresenta il peso specifico del solido per cui il rapporto tra il peso
del solido ed il volume occupato dal solido.
Ps
s 
Vs
s d
Parametri fisici
Suolo
Umidità
Umidità di massa: rapporto tra peso dell’acqua presente ed il peso del solido presente
PW
w
Ps
Umidità di volume: rapporto tra volume di acqua e volume totale

VW
V
Grado di saturazione: rapporto tra il volume di acqua ed il volume dei vuoti
S
VW
VV
Suolo
Parametri chimici
Possono essere di interesse le concentrazioni dei diversi elementi e
composti inorganici ed organici. Nel caso del suolo, per esprimere la
concentrazione, si è soliti riferirsi ai ppm.
Capacità di scambio cationico (CEC). E’ definita come la quantità massima
di cationi che il suolo può adsorbire ed è misurata in meq/100 g di suolo. I
cationi possono essere legati per mezzo di legami di natura elettrostatica. Tra i
cationi che possono essere prontamente scambiati abbiamo il calcio, il sodio, il
potassio, il ferro l’alluminio e molti metalli pesanti.
La CEC dipende dalla quantità di minerali argillosi presenti nel suolo, dal
contenuto di sostanza organica e dal pH.
Contenuto di sostanza organica. La presenza di sostanza organica nel suolo
deriva dalla degradazione della sostanza organica putrescibile prodotta dal
metabolismo animale e vegetale. La presenza di sostanza organica in un suolo è
in grado di modificarne: la capacità di aggregazione delle particelle, la CEC, la
ritenzione idrica, la mobilità degli inquinanti.
Suolo
Parametri chimici
pH. E’ un parametro di fondamentale importanza perché influenza molte
caratteristiche del suolo.
In particolare influenza la disponibilità dei nutrienti, la CEC, la stabilità della
struttura.
Comparto aria
Inquinanti
Nel caso delle concentrazioni in aria, quando espresse in massa/volume
è necessario specificare le condizioni a cui si si riferisce. Solitamente si
fa riferimento alle condizioni normali: temperatura 0°C, pressione 1 atm.
In alcuni casi è necessario specificare anche altri parametri (ad es.
umidità, tenore di ossigeno).
Gli inquinanti possono essere distinti in:
Inquinanti primari: sono immessi direttamente in atmosfera da fonti sia
naturali che di origine antropica;
Inquinanti secondari: sono prodotti da reazioni chimiche tra più inquinanti
primari, ovvero tra questi ed i normali costituenti dell’atmosfera. La
formazione di inquinanti secondari può avvenire, nelle normali condizioni di
temperatura presenti in atmosfera, eventualmente a seguito di attivazione
fotochimica.
Gli inquinanti possono essere distinti anche in:
- inquinanti organici;
- inquinanti inorganici.
Comparto aria
Inquinanti
Gli inquinanti possono essere distinti anche in:
Macroinquinanti: sono inquinanti presenti in concentrazioni dell’ordine delle
ppm. Le specie principali di macroinquinanti, in genere denominate big five,
sono rappresentate da: Monossido di carbonio (CO); Ossidi di azoto
(NOx); Ossidi di zolfo (SOx); Particolato solido totale (TSP); Ozono e
composti organici volatili.
Microinquinanti: sono inquinanti presenti in concentrazioni molto basse,
dell’ordine delle ppb, ma già pericolosi per gli ecosistemi spesso anche a causa
di fenomeni di bioaccumulo.
Di questa categoria fanno parte specie di natura sia organica che inorganica; tra
i microinquinanti organici si annoverano i BTX (benzene, toluene, xilene), gli
idrocarburi policiclici aromatici (IPA) ed i microinquinanti organoclorurati
(policlorobifenili
(PCB),
policlorodibenzodiossine
(PCDD)
e
policlorodibenzofurani (PCDF)).
Fra i microinquinanti inorganici vanno citati i metalli pesanti (As, Cd, Cr, Cu,
Hg, Ni, Mo, Sb, Tl).
Comparto aria
Monossido di Carbonio
Inquinanti
Il monossido di carbono è tipicamente dovuto a combustioni
incomplete o comunque ad ossidazioni parziali del carbonio. La
concentrazione media del CO nell’ atmosfera è di circa 0,1 ppm.
Le principali fonti sono:
• La reazione del metano con HO. ;
• La degradazione autunnale della clorofilla (20%);
• Le attività umane (6%).
Il problema principale è quello delle aree urbane dove a causa delle
emissioni dovute alla combustione interna dei motori e degli
impianti di riscaldamento.
Nelle ore di punta la concentrazione può arrivare a 50-100 ppm.
La concentrazione è proporzionale al livello di traffico ed alla mobilità
dell’aria.
Inquinanti
Comparto aria
Monossido di Carbonio
Il CO viene rimosso da microorganismi presenti nel terreno.
In aria innesca una serie di reazioni:
HO. + CO  CO2 + .H
H. + O2  HOO.
HOO. + NO  NO2 + .OH
HOO. + HOO.  H2O2 + O2
H2O2 + Fotone  2 HO.
Comparto aria
Anidride solforosa
Inquinanti
I meccanismi che portano alla presenza di composti solforati
nell’atmosfera non sono molto chiari. Le principali fonti sono
comunque i vulcani ed i processi biologici che producono . Il quale
reagisce:
H2S + .OH  HS. + H2O
O2 + .HS  HO. + SO
O2 + SO  O + SO2
Le attività umane contribuiscono pesantemente alla presenza di SO2
nell’aria in quanto tutti i combustibili fossili contengono una
percentuale di S che bruciando forma SO2. Anche la lavorazione del
carbon fossile e della pirite (FeS2) nell’industria metallurgica (carbon
coke e ossidi di ferro) contribuiscono alla introduzione di anidride
solforosa in aria.
Comparto aria
Ossidi di azoto
Inquinanti
Gli ossidi di azoto sono indicati con la sigla NOx. L'azoto è in grado di
formare diversi ossidi in funzione del numero di ossidazione:
* l'ossido di azoto (NO)
* il diossido di azoto o ipoazotide (NO2, anche come dimero N2O4)
* l'ossido di diazoto o protossido di azoto (N2O)
* il triossido di diazoto o anidride nitrosa (N2O3)
* il pentossido di diazoto o anidride nitrica (N2O5)
Quelli che destano maggiore preoccupazione a causa degli effetti dannosi che
possono provocare sugli ecosistemi sono rappresentati principalmente
dalle specie monossido NO e diossido NO2.
Entrambi si generano per reazione dell’azoto con l’ossigeno, secondo le
reazioni:
N2 + O2  2NO
2 NO + O2  2NO2
sia per effetto della combustione di combustibili contenenti composti azotati,
sia per reazione tra l’azoto e l’ossigeno contenuti nell’aria nel corso di
combustioni che si svolgono a temperature superiori ai 1100°C, cui
consegue essenzialmente la formazione di NO.
Comparto aria
Ossidi di azoto
Inquinanti
L’NO, tuttavia, tende a reagire molto rapidamente e anche a bassi livelli di
concentrazione, con gli ossidanti atmosferici (per esempio l’ozono), per
dare NO2 quale inquinante secondario: è per tale ragione che la
concentrazione di NO2 ed NO viene espressa come NO2 equivalente ed
indicata come NOx.
Il monossido di azoto è un gas privo di colore e di odore, mentre il diossido,
che è circa quattro volte più pericoloso, ha colore bruno-rossastro ed un
odore pungente e soffocante.
L’NO2 è irritante per le mucose, disturba la ventilazione andando ad inibire la
funzione polmonare.
L’N2O è un gas che ha un potere serra che è circa 300 volte quella della CO2
su un orizzonte temporale di 100 anni.
Molto importante è anche il contributo delle reazioni biologiche che
coinvolgono l’azoto.
Comparto aria
Il particolato
Inquinanti
Il particolato è l'inquinante che oggi è considerato di maggiore impatto nelle aree
urbane, ed è composto da tutte quelle particelle solide e liquide disperse
nell'atmosfera, con un diametro che va da pochi nanometri fino ai 500 micron
e oltre (cioè da miliardesimi di metro a mezzo millimetro).
A seconda delle loro dimensioni, le particelle vengono classificate con le sigle PM
ed un numero che ne identifica la dimensione massima in micron: PM20,
PM10, PM2.5. Di recente l’interesse si è manifestato anche per:
• PM1, con diametro inferiore a 1 µm
• PM0,1, con diametro inferiore a 0,1 µm
• nanopolveri, con diametro dell'ordine dei nanometri (PM 0,001).
Dal punto di vista degli effetti sulla salute umana, le PM10 e le PM2.5 sono le più
pericolose perchè possono infiltrarsi fino negli alveoli polmonari. La
deposizione alveolare è particolarmente importante perché in questa parte dei
polmoni non ci sono ciglia, che consentono la rimozione del particolato: le
particelle depositate vi rimangono e possono fissarsi permanentemente nel
tessuto alveolare, risultando possibile causa di malattie polmonari.
Comparto aria
Il particolato
Inquinanti
Gli elementi che concorrono alla formazione di questi aggregati sospesi
nell'aria sono numerosi e comprendono fattori sia naturali che antropici.
Fra i fattori antropici si hanno:
• emissioni della combustione dei motori a combustione interna, emissioni
del riscaldamento domestico (in particolare gasolio, carbone e legna),
residui dell'usura del manto stradale, dei freni e delle gomme delle
vetture,…
Nelle direttive europee 1999/30/EC e 96/62/EC, la Commissione Europea
ha fissato i limiti per la concentrazione delle PM10 nell'aria:
• Valore massimo per la media annuale: 20 µg/m³
• Valore massimo giornaliero (24-ore): 50 µg/m³
• Numero massimo di superamenti consentiti in un anno: 7
Comparto aria
Ozono
Inquinanti
L'ozono è presente negli strati alti dell'atmosfera concentrandosi a 25 km di
altezza dove è presente l'ozonosfera dove assorbe e trattiene parte
dell'energia proveniente direttamente dal Sole.
L'ozono è presente in piccola parte anche negli strati più bassi dell'atmosfera e
risulta essere un inquinante molto velenoso se respirato a grandi dosi.
L'ozono si forma da molecole di ossigeno (O2) in prossimità di scariche
elettriche, scintille, fulmini, secondo la reazione:
3O2 → 2O3
È un energico ossidante e per gli esseri viventi è un gas altamente velenoso. Ma
negli alti strati dell’atmosfera è essenziale alla vita sulla Terra per via della sua
capacità di assorbire la luce ultravioletta.
Ozono
Comparto aria
Obiettivo a
lungo termine
Protezione della
salute umana
Soglia di
informazione
Soglia di
allarme (*)
Inquinanti
Media su 8 ore massima
giornaliera nell’arco di un 120 µg/m3
anno civile
Media di 1 ora
180 µg/m3
Media di 1 ora
240 µg/m3
Media su 8 ore massima
Valore obiettivo
120 µg/m3(**)
giornaliera
(*) Ai fini dell’adozione dei piani di azione con l’attuazione di interventi a
breve termine il superamento di tale soglia deve essere misurato o previsto
per tre ore consecutive.
(**) Il valore obiettivo per la protezione della salute umana non deve essere
superato più di 25 volte per anno civile come media su tre anni. Il
raggiungimento di tale valore obiettivo è valutato per la prima volta con
riferimento al triennio 2010-2012.
Comparto aria
I composti organici volatili
Inquinanti
I composti organici volatili (COV) o VOC (dall'ingleseVolatile Organic
Compounds) includono gruppi diversi con comportamenti fisici e
chimici diversi. Vengono definiti composti organici volatili qualsiasi
composto organico che abbia a 293,15 K (20 °C) una pressione di
vapore di 0,01 kPa o superiore (definizione dell'art 268 del
D.Lgs.152/2006 e smi).

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