Chim Analitica Ambientale 5 L'acqua - Università di...

Chimica Analitica

Chimica Analitica delle Acque

Ø Classificazione delle acque

Ø Caratterizzazione di un campione d’acqua


L’acqua

Cos’è che noi comunemente chiamiamo acqua?


Pioggia

Grandine

Neve

Classificazione delle acque

Naturali

Meteoriche

Superficiali

Telluriche

Dolci

Salate

Falde freaticheFalde artesiane

MariOceani

FiumiLaghi


TelluricheFalde freatiche

Questa falda è caratterizzata dalla presenza di un substrato impermeabile che raccoglie tutte le acque di infiltrazione superficiale.Risente degli eventi meteorici e dell’ambiente.

Le falde artesiane circolano a bassa velocità, in pressione, lungo un percorso sotterraneo confinato tra due strati impermeabili senza apporti superficiali diretti. Non risente degli eventi meteorici e dell’ambiente.

Falde artesiane


Mineralizzazione di un’acqua

Le acque meteoriche attraversando l’atmosfera e lo stratoumico si arricchiscono di anidride carbonica e di sali.

H2O CO2 HCO3+ H+- +

Chimica Analitica delle AcqueL’acido carbonico determina l’aggressività dell’acquanei confronti delle rocce.

Sulle rocce calcaree si ha:

Sulle rocce magmatiche silicee Ortoclasio

Albite

Anortite

KSi3AlO8 H2O CO2 Al(OH)4Si2O5 K2CO3 SiO22 2 4+ + + +

CaSi2Al2O8 H2O CO2 Al2(OH)4Si2O5 Ca(HCO3)2+ + +3 2

NaSi3AlO8 H2O CO2 Al2(OH)4Si2O5 Na2CO3 SiO22 2 4+ + + +

CaCO3 CO2 + H2O Ca(HCO3)2+

H2O CO2 HCO3+ H+- +


20÷30 °C Ipotermali30÷40 °C Termali> 40 °C Ipertermali

<50 mg/L Minimamente mineralizzate50÷500 mg/L Oligominerali500÷1500 mg/L Minerali>1500 mg/L Ricche in sali minerali

Minerali

Termali

Telluriche Profonde

Falde artesiane


Inquinamento

La pioggia e le precipitazioni riportano l’acqua al suoloe alle falde da cui viene estratta.Le discariche le industrie ed il traffico sono imaggiori responsabili dell’inquinamento delle risorseidriche sotterranee.

Falde freatiche


Le acque dal punto di vista legislativo sono classificate infunzione dell’utilizzo e della salvaguardia dell’ambiente.

l destinate al consumo umanol minerali l di sorgentel da bere

l reflui urbanil scarichi industriali

l di marel di laghi e fiumi


La normativa che regola la qualità delle acque destinate alconsumo umano si trova nel DPR 236 del 24/5/88, che attiva ladirettiva CEE 80/778.

Vengono presi in considerazione 62 parametri, per ognuno deiquali viene dato un valore guida ed un valore massimo accettabile.

Il decreto D.LGSL. 31/2001 attuante la direttiva 98/83/CEimpone che i parametri siano rispettati al sito d’utenza.

Acque destinate al consumo umanoL’acqua destinata al consumo umano è quella che viene fornita dagli acquedotti.


REQUISITI DI QUALITÀ (*) ELENCO DEI PARAMETRI

A. Parametri organolettici

Parametri Espressione dei risultati

Valori-guida (VG) Concentrazione massima

ammissibile (CMA)

Osservazioni

1 Colore ........... mg/l (scala Pt/Co)

1 20 -

2 Torbidità ........... mg/l SiO2 unità Jackson

1 0,4

10 4

-

3 Odore ........... Tasso di diluizione

0 2 a 12°C 3 a 25°C

Da confrontare con le determinazioni gustative.

4 Sapore ........... Tasso di diluizione

0 3 a 12°C 3 a 25°C

Da confrontare con le determinazioni olfattive.

B. Parametri chimico-fisici (in relazione con le caratteristiche naturali delle acque)

Parametri Espressione dei risultati

Valori-guida (VG) Concentrazione massima

ammissibile (CMA)

Osservazioni

5 Temperatura ........... °C 12 25 - 6 Concentrazione di ioni idrogeno pH 6,5 £ pH £ 8,5 - L’acqua non dovrebbe

essere aggressiva. I valori di pH non sono applicabili ad acque in recipienti chiusi. Valori massimi ammissibili: 6,0 £ pH £ 9,5.

7 Conducibilità elettrica µS cm-1 a 20 °C 400 - In corrispondenza con la mineralizzazione delle acque. Valori corrispondenti alla resistività espressa in ohm/cm: 2500.

8 Cloruri ........... mg/l Cl 25 - Concentrazione che è opportuno non superare: 200 mg/l.

9 Solfati ............ mg/l SO4 25 250 10 Silice ............ mg/l SiO2 - - Per memoria. 11 Calcio ........... mg/lCa 100 - - 12 Magnesio ........... mg/l Mg 30 50 - 13 Sodio ............ mg/l Na 20 175

(Con una percentuale di conformità del 90% calcolata sul totale dei risultati analitici di un periodo di riferimento di 3 anni).

150 (Con una percentuale di conformità del 80% calcolata sul totale dei risultati analitici di un periodo di riferimento di 3 anni).


B) TABELLA DELLA FREQUENZA MINIMA ANNUA DELLE ANALISI(1).

Popolazione servita (2)

Controllo minimoC1

Controllo normaleC2 (3)

Controllo periodicoC3 (3)

Controllo occasionaleC4

Numero minimo dei prelievi e delle analisi/anno

Fino a 500 A discrezione delle autorità sanitarie competenti (4)

Da 500 a 5.000 6 A discrezione delle autorità sanitarie competenti (4)

Da 5.000 a 10.000 12 (3) 6 6 (4)

Da 10.000 a 50.000 60 (3) 12 12 (4)

Da 50.000 a 100.000 120 (3) 12 12 (4)

Da 100.000 a 150.000 180 (3) 18 12 (4)

Da 150.000 a 300.000 360 36 12 (4)

Da 300.000 a 500.000 360 60 12 (4)

Da 500.000 a 1 milione 360 120 20 (4)

Oltre 1 milione 360 180 20 (4)


MODELLI E FREQUENZE DELLE ANALISI DELLE ACQUE DESTINATE AL CONSUMO UMANO (1)

A) Tabella dei parametri da prendere in considerazione per le analisi (2)

Controllo minimo C1 Controllo normale C2 Controllo periodico C3 Controllo occasionale C4 (3)

Parametri organolettici e chimico-fisici

1 Colore ....................... 2 Torbidità 16 Durezza totale 19 Anidride carbonica libera3 Odore ....................... 5 Temperatura 17 Residuo fisso 18 Ossigeno disciolto4 Sapore ....................... 6 pH ....................... 7 Conducibilità elettrica specifica 8 Cloruri ....................... 11 Calcio 9 Solfati 15 Alluminio (4)

12 Magnesio14 Potassio13 Sodio10 Silice



Parametri chimici indesiderabili

41 Cloro residuo libero 22 Azoto ammoniacale 33 Ferro 25 Carbonio organico totale20 Azoto nitrico 37 Fosforo totale 23 Azoto Kjedahl21 Azoto nitroso 43 Argento24 Ossidabilità 42 Bario40 Materie in sospensione 30 Boro

32 Composti organoalogenati29 Fenoli38 Fluoro26 Idrogeno solforato28 Idrocarburi disciolti o emulsionati34 Manganese35 Rame31 Tensioattivi anionici (MBAS) e non ionici36 Zinco27 Sostanze estraibili con cloroformio39 Cobalto



Parametri chimici tossici

46 Cadmio (3) 52 Antimonio48 Cromo (3) 55 Antiparassitari e

prodotti assimilabili51 Piombo (3) 44 Arsenico

45 Berillo47 Cianuri56 Idrocarburi policiclici

aromatici49 Mercurio50 Nichel53 Selenio54 Vanadio

Chimica Analitica delle AcquelAcque mineraliDL105 25.1.92 integrato dal DL339 4.1.99

1. Sono considerate ACQUE MINERALI NATURALI tutte quelle Acque che, avendo origine da una falda o giacimento sotterraneo, provengono da una o più sorgenti naturali o perforate e che hanno caratteristiche igieniche particolari e, eventualmente, proprietà favorevoli alla salute.

2. Le Acque Minerali Naturali si distinguono dalle ordinarie Acque Potabili per la purezza originaria e sua conservazione, per il tenore in Minerali, Oligominerali e per i loro effetti.

3. Le loro caratteristiche devono essere valutate sul piano:a) geologico ed idrogeologico;b) organolettico, fisico, fisico-chimico e chimico;c) microbiologico;d) se necessario, farmacologico, clinico, e fisiologico.

lAcque di sorgenteD.L. 339 4.1.1999

1. Il termine "acqua di sorgente" e' riservato alle acque destinate al consumo umano, allo stato naturale e imbottigliate alla sorgente, che, avendo origine da una falda o giacimento sotterraneo, provengano da una sorgente con una o piu' emergenze naturali o perforate.

2. Le caratteristiche delle acque di sorgente sono valutate sulla base dei seguenti criteri: a) geologico e idrogeologico; b) organolettico, fisico, fisicochimico e chimico; c) microbiologico

http://www.mineracqua.it/page/present.html


Non tutte le Acque Minerali sono uguali: gusto e sapore sono in funzionedei minerali in esse disciolti, ma la scelta di un tipo di un‘acqua mineraledeve principalmente tener conto se quella che andiamo a bere è di usoAlimentare o Curativo.

Acque di Uso Alimentare ( RF <1.500 mg/Litro) sono quelle che ilconsumatore beve per il normale reintegro giornaliero dei liquidieliminati con il metabolismo.Rientrano in questa categoria le Acque Potabili, Oligominerali e Mineralio Mineralizzate. E' opportuno quindi, nell'acquisto di un ‘ acqua,esaminare attentamente l‘etichetta al fine di stabilire se il prodottoche andiamo ad assumere è compatibile con le nostre esigenze, e, incaso contrario, scartare quelle con un contenuto eccessivo o minimo dicomponenti.

http://www.techwareitalia.it/Acque_min/default.htm

Consigli utili per la scelta di un'acqua minerale

Chimica Analitica delle AcqueLe Acque Oligominerali o Leggermente Mineralizzate (RF < 500 mg/L) sono indicate nei pasti e in accompagnamento ai cibi leggeri e quindi più adatte al consumo quotidiano.

Le Acque Minerali o Mineralizzate (501< RF <1.500) portano un apporto di saliminerali che è utile in esate, per gli sportivi, in casi di disidratazione da febbre e/o vomiti, ma possono portare un eccesso di sali nella dieta, specie per quanto riguarda ilSodio per gli ipertesi per cui sarebbe opportuno alternarle con Acque Oligominerali.

Le Acque Ricche di Sali Minerali (RF> 1.500 ) sono sconsigliate per l’uso quotidiano, in quanto possiedono elevati contenuti di Sodio, Solfati, Potassio, Magnesio, ecc.

Acque Curative sono quelle che tendono a migliorare talune patologie e quindi vengonoutilizzate per periodi strettamente richiesti dalla terapia da seguire. L'assunzione di questo tipo di Acque deve avvenire sempre sotto il diretto controllo del Medico.


Grado dimineralizzazione

Residuo a 180 °C g/l Denominazione

Oligominerali < 0,5

Minerali 0,5 ÷1,5

Fortemente mineralizzate

> 1,5 A) Salse1. Salse2. Salso-solfato-alcaline3. Salso-solfato-alcalino-terrose4. Salso-bromo-iodiche5. Salso-iodiche-solfato-alcaline6. Salso-iodiche-allcalino-terroseB) Solfuree1. Solfuree2. Solfuree-bicarbonate3. Solfuree-salse4. Solfuree-salso-bromo-iodiche5. Solfurre-salso-solfato-alcaline6. Solfuree-solfato-alcalineC) Arsenicali ferruginose1. Arsenicali2. Arsenicali-ferruginoseD) Bicarbonato-alcaline1. Bicarbonato-alcaline2. Bicarbonato-alcalino-bromo-iodico3. Bicarbonato-alcalino-terrose4. Bicarbonato-solfato-alcaline5.Bicarbonato-solfato-alcalino-terroseE) Solfate1. Solfato-alcaline2. Solfato-alcalino-terrose


Acque minerali oligominerali

ØPossono essere caratterizzate oltre che da una ridottaconcentrazione di sali, dalla presenza in tracce di metallipesanti e da una quantità più o meno grande di gas disciolti;

ØSono contraddistinte da una nota azione diuretica;

ØFavoriscono la diuresi e trovano elettiva indicazione nellaprevenzione della calcolosi renale.

ØSono le migliori da bere e lavano in profondità i reni.


Acque minerali mediomineraliLa maggior parte di queste acque è ricca di bicarbonati. L'azionedi esse è analoga a quella delle oligominerali, sebbene l'effettodiuretico diminuisca progressivamente con l'aumentare del residuo fisso.

Acque mineraliIn questo gruppo rientrano le più note acque medicamentose. Pertanto, data la variabilità di concentrazione dei sali, l'assunzione per uno scopo terapeutico preciso, andrebbe fattosotto diretto controllo del medico, al fine di evitare un usoimproprio e la conseguente comparsa di effetti indesiderati.


Classificazione in base alla composizione salina

Acque Salse o Cloruro-SodicheContengono in prevalenza cloruro di sodio, in alcune si trovano solfato di Na e bicarbonato di Na, Ca e Mg. Si somministrano prevalentemente per bibita.

Acque Arsenicali – ferruginoseSono acque che contengono ferro in grande abbondanza e arsenico in tracce. Si somministrano per bibita, balneoterapia, inalazioni, irrigazioni, fanghi. Sono naturali ricostituenti e ottimi cosmetici per la pelle.Stazioni termali principali: Levico, Pejo.Indicazioni: anemie sideropeniche, diatesi linfatiche, convalescenze, malattie della pelle, nevriti.


Acque SulfureeContengono zolfo in varie combinazioni. Contengono idrogeno solforato sono caratterizzate da uno sgradevolissimo odore che ricorda le uova marce. Si somministrano per bibita, per balneoterapia, fanghi, per inalazioni, irrigazioni. Le acque sulfuree disintossicano la pelle agendo come cosmetico naturale.Indicazioni: malattie croniche della pelle e respiratorie, malattie osteoarticolari, malattie del ricambio (gotta), malattie cutanee e ginecologiche, angiopatie.

Acque SolfateSono acque ricche di zolfo solfato. Si somministrano essenzialmente per bibita, ma anche per fanghi e irrigazioni. Depurano il fegato ed hanno effetti benefici sulla pelle e sui capelli.


Acque BicarbonateSono acque che originano da rocce calcaree e contengono in modo prevalente bicarbonati. La maggioranza sono bicarbonato - calciche, ed il calcio presente conferisce a queste acque un sapore gradevole. Sono usate di solito per terapia idropinica; le più concentrate anche per bagni, docce, irrigazioni. Sono particolarmente indicate per gli sportivi per riacquisire i minerali persi nell'attività fisica.

Acque CarbonicheContengono bicarbonato in varie forme. Sono soprattutto bicarbonato - calciche. Il calcio conferisce a queste acque un sapore gradevole. Si somministrano essenzialmente per bibita, ma anche per balneoterapia, docce, irrigazioni. Nei bagni termali riequilibrano l'apparato circolatorio.


Acque RadioattiveContengono tracce di sostanze radioattive (radon) e permettono il riequilibrio del sistema nervoso. Si usavano per bibita, per inalazioni, irrigazioni, per balneoterapia e fangoterapia.

Acque Salso-Bromo-IodicheSono acque fortemente mineralizzate di origine marina. Contengono cloruro di sodio e altri minerali in diversa concentrazione. Si somministrano per balneoterapia, fanghi, inalazioni e irrigazioni. Ottime per curare il sistema respiratorio.


DL n. 31 del 2-2-2001 e DL n. 27 del 2-2-2002

"Attuazione della direttiva 98/83/CE relativa alla qualità delle acque destinate al consumo umano“

G.U. n. 52 del 3-3-2001 - Supplemento Ordinario n. 41

Art. 2.(Definizioni)

1. Ai fini del presente decreto, si intende per: a) "acque destinate al consumo umano":1) le acque trattate o non trattate, destinate ad uso potabile, per la preparazione di cibi e bevande, o per altri usi domestici, a prescindere dalla loro origine, siano esse fornite tramite una rete di distribuzione, mediante cisterne, in bottiglie o in contenitori;


Pubblicità ingannevole

Acqua da bere

microfiltrata

=

acqua destinata

al consumo umano


L'acqua Danone Vitasnella è l'acqua oligominerale naturale che nasce dal cuore delle Alpi naturalmente con solo lo 0,002% di sodio, per aiutarti a prevenire la ritenzione dei liquidi con tutti i disturbi che ne derivano: pesantezza, gonfiori, cellulite. Bevuta regolarmente allenta il tuo corpo a conquistare snellezza e leggerezza e a mantenersi sempre in forma.

0,002% = ? ppm

0,002 g in 100 mL

2 mg in 100 mL

20 mg in 1L = 20 ppm


0,0051g = 0,0051/23 = 2,2 ·10-4 moli

2,2 ·10-4 x 6,023·1023 = 1,32·1020 particelle

L'etichetta di una bottiglia di acqua Lete afferma che la quantità di sodio è pari a 5,1 mg/L cioè:

Esser soli come una particella di sodio in una bottiglia di acqua Lete.


Analisi su un’acqua


l Parametri chimico-fisici• conducibilità,• temperatura,• pH,• Ossigeno disciolto• ……

l Analisi qualitative• Ammoniaca• Nitriti• Solfuri• ……


l Cationi• Na+,• K+, • Ca2+, • Mg2+,• ….. lAnioni

•Cl-,• NO3-, •SO4=, •HCO3-,• ……….

lResiduo fisso a 180 °C


l Controllo dei risultati


siduoFissoReL/mg...L/mgL/mgL/mgL/mg

4SO

Cl

Na

Ca


cationi anionimg/L Ca2+ meq/L Ca mg/L SO4

= meq/L SO4

mg/L Na+ meq/L Na mg/L Cl- meq/L Cl. . . .. . . .

mg/L Fe3+ meq/L Fe mg/L HCO3- meq/L HCO3

-

meq cationici = meq anionici


Parametri descrittori


l Fornisce un’indicazione della capacità dell’acqua di degradare gliinquinanti inorganici ed organici.

l È un parametro comprensivo di tutti i potenziali di reazione redox del sistema similmente al concetto di pH.

l L’acqua a contatto con l’aria ha un potenziale Redox compreso tra 350mv e 500mv. Processi redox microbiotici possono abbassare il valore a -300mv.

Ø La concentrazione di batteri coliformi cala da 300 a 3 ppm (99%) passando da un potenziale redox da 200 a 400 mv.

Ø Alti valori favoriscono la crescita di alghe verdi e supprimono le alghe marron e quelle rosse.

Potenziale Redox


Di particolare importanza , nelle acque irrigue, è la salinitàespressa in sodium adsorption ratio meglio conosciuto come SAR,che consente di misurare il rischio di alcalinizzazione del suolo.

Sodio - SAR

Le concentrazioni sono espresse in milliequivalenti/L pHc rappresenta il pH dell’acqua irrigua in equilibrio con CO2 del suolo e con il carbonato di calcio)

( )[ ]pHc4.81

2MgCa

NaSAR22

-++

=++

+


Qualità mWx10-3 SaliTOT SAR pH

Eccellente 0.25 175 3 6.5

Buona 0.25 – 0.75 175 – 525 20 - 40 6.5 – 6.8

Accettabile 0.75 – 2.0 525 – 1400 40 – 60 6.8 – 7.0

Dubbia 2.0 – 3.0 1400 – 2100 60 – 80 7.0 -8.0

Inutilizzabile > 3.0 > 2100 > 80 > 8.0

A livello fisiologico le piante subiscono tre tipi di danni da salinità :osmotico, nutrizionale e tossico. A questi si aggiungono quelliderivanti da asfissia radicale causata dalla riduzione dellapermeabilità dei terreni, quando nell ’ acqua d ’ irrigazione ilcontenuto di sodio rispetto a quello del calcio e del magnesio (SAR,sodium absorption ratio) è elevato.


La silice contenuta in un'acqua naturale proviene dall'idrolisi dei silicati e deisilicoalluminati e si presenta prevalentemente in forma solubile come acidoortosilicico H4SiO4 e in minor misura come SiO2 colloidale.

Il tenore di silice è maggiore nelle acque di bassa durezza e di alcalinitàelevata.

La sua presenza per usi potabili non costituisce un inconveniente: nellalegislazione italiana, che si uniforma nelle linee generali alle direttive dell'OMS(Organizzazione Mondiale per la Sanità) ed alle direttive CEE, non sono previstispecifici valori guida e valori massimi ammissibili.

Mentre nel caso delle acque destinate ad uso industriale il tenore di silice deveessere tenuto sotto controllo: nelle caldaie, se la concentrazione è troppoelevata, si può avere formazione di depositi solidi compatti che portano asurriscaldamento delle tubazioni e diminuzione del rendimento termico.

Silice


EUTROFIZZAZIONEIl termine eutrofizzazione indica il processo di arricchimento di unambiente acquatico di sostanze nutrienti, ovvero di sostanze contenentiazoto o fosforo.

Un apporto eccessivo di nutrienti può causare uno sviluppo algale tale daimpedire alla luce solare di raggiungere gli strati più profondi.

I processi di decomposizione della biomassa algale provocano unadiminuzione dell’ossigeno presente in acqua.

Anche i processi di respirazione vegetale, esaltati dal fenomenodell’eutrofia, determinano un calo della quantità di ossigeno.


Per quanto riguarda le acque dolci, è la quantità di fosfati che costituisce ilfattore da controllare per ridurre il fenomeno dell'eutrofizzazione.

Le principali fonti di fosfati sono infatti, in ordine di importanza:

Ø scarichi urbani contenenti detersivi, rifiuti organici, ecc;

Ø scarichi agricoli e zootecnici, ovvero tutti quei rifiuti organici che non vengono utilizzati come fertilizzante naturale e che vengono smaltiti direttamente nelle acque superficiali;

Ø scarichi industriali, soprattutto nel caso di produzioni di fosfati, industrie alimentari, distillerie, ecc.

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