PARAMETRI DI CARATTERIZZAZIONE DEI COMPARTI AMBIENTALI

PARAMETRI DI CARATTERIZZAZIONE DEI COMPARTI AMBIENTALI

Corso di Ingegneria Sanitaria Ambientale

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.

Comparti ambientali

Concentrazione in massa: peso/volume………..es. mg/l

Concentrazione adimensionali: peso/peso campione……….ppmvolume/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 Peso molecolare/carica ionicabasato sulle reazioni acido-base Peso molecolare/n H+ o (n OH-)basato sulle reazioni red-ox Peso molecolare/n e- scambiati

Normalità: numero di equivalenti/l

Concentrazioni

• 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

Comparto acqua

Corpi idrici superficiali

Corpi idrici sotterranei

Acque potabili e di

scarico

Eluati e Percolati

Caratteristiche generaliLe acque possono essere caratterizzate per mezzo della determinazione analitica di parametri ricadenti in 3 differenti categorie:

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

Chmici

MicrobiologiciFisici

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)

Parametri chimiciComparto acqua

Parametri chimici - InorganiciFondamentali: sodio (Na+), potassio (K+), calcio (Ca2+), magnesio (Mg2+), cloruri (Cl-), solfati (SO4

2-), 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

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.

Parametri chimici - InorganiciComparto acqua

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.

Parametri chimici - InorganiciComparto acqua

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 temperaturaLa 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 Parametri chimici - Inorganici

Comparto acqua

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.

Parametri chimici - OrganiciComparto acqua

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).

Comparto acqua

Si orientano sull’interfacciaaria-acqua o grasso-acquaprovocando una diminuzionedella 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.

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

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.

Tensioattivi di sintesi


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.

Pesticidi: insetticidi ed erbicidi


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.

Idrocarburi

Comparto acqua

In entrambi i casi si tratta di sostanze apolari poco solubili in acqua, che rientrano fra le sostanze dette Non Aqueous Phase Liquid (NAPL)

DNAPLPiù dense dell’acqua

LNAPLMeno dense dell’acqua

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.

Parametri chimici - Organici

http://it.wikipedia.org/wiki/Composti_organici

Benzo[a]pirene BaP Benzo[b]fluorantene BbF Benzo[k]fluorantene BkF

Naftalene

Antracene FenantreneBenzo(a)antracene

Fluorene Crisene Acenaftene

Pirene

Fluorantene

Benzo(ghi)perilene Indeno(1.2.3-c.d)pirene

Dibenzo (a,h)antracene

Acenaftilene

Idrocarburi policiclici aromatici (IPA)

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.


http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/23/Benzene-2D-flat.png

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.

Policlorobifenili (PCB)


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

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.


Diossine

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.

Furani


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.


Fenoli

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.

Solventi Parametri chimici - OrganiciComparto acqua

• 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) iodio-sostituiti (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)• …

• 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.

Solventi cloruratiParametri chimici - OrganiciComparto acqua

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.

Composti organici di recente interesse


Ecco perché il contenuto di sostanze organiche viene solitamente espresso attraverso i

parametri: BOD - COD - TOC

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.


BOD: acronimo di ‘Biochemical Oxygen Demand’. Esprime la quantità di ossigeno necessaria ad ossidare biologicamente le sostanzeorganiche 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.


Andamento nel tempo delBOD 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


Andamento nel tempo del substrato e della domanda di ossigeno

soddisfatta

)(

)(tk

tott

kttott

eeBODBOD

BODBOD

1

101


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!

CxHyOz + Cr2O7– + H+ CO3-- + H2O + 2 Cr3+

(reazione non bilanciata)

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.

+6 +3


http://it.wikipedia.org/wiki/Ossigeno

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


Aggiunta di un volumenoto di campione ad unaprovetta contenente i reagenti.

La provetta è messa per 2 ore in una piastra che mantiene la T a 150 °C.In seguito alle reazionidi ossidazione la soluzione si colora di giallo.

Al termine si misura per via spettrofotometrical’intensità della colorazionesviluppata e si ricava il valore del COD in mgO2/l.


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 globaledell’inquinamento organico!

Reazione di combustione: Sostanza organica + O2 CO2

Viene determinato misurando la CO2 che si forma dalla combustione delle sostanzeorganiche. 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.


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.

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+].

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 9 10 11 12 13 14

Ambiente acido Ambiente basicoNeutralità

Comparto acqua

Si misura in modo veloce utilizzando una coppia di elettrodi (elettrododi riferimento e elettrodo a idrogeno).


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).

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

-.


• 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.


• 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)6

3+ che a sua volta reagisce come:

Al(H2O)63+ + H2O AlOH(H2O)5

2+ + 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 - Acidità

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:

Tendenza delle acque dure a causare incrostazioni in seguito alla formazione di precipitati (carbonato di calcio CaCO3 e idrossido di magnesio Mg(OH)2).

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Dolci Medie Dure Molto dure

Parametri chimici derivati - Durezza

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 misura mediante apparecchi detti conduttimetri e si esprime solitamente in S/cm .

Si parla di conducibilità specifica o conduttanza nel caso della conducibilitàdi un volume unitario di soluzione.

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)

PortatileStrumento permisure on-line

Parametri fisici - Conducibilità

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.

Colloidali SospesiDisciolti

Filtrabili Non filtrabili

Non sedimentabili Sedim .

10-110-210-310-410-510-610-710-8

10010110-110-210-310-410-5m

mm

CONTENUTO DI SOLIDI. I solidi presenti in un’acqua possono essere suddivisi Secondo il seguente schema.

Campione

FiltrazioneSolidi sedimentabili

Solidi totali

Evaporazione (105 °C)

Riscaldamento (550 °C)

Solidi filtrabili

Evaporazione (105 °C)

Riscaldamento (550 °C)

Solidi sospesi (SST)

Solidi volatili

Solidi fissi

Solidi totali

Solidi filtrabili fissi

Solidi sospesi fissi

Solidi filtrabili volatili

Solidi sospesi volatili

< 0.45m > 0.45m

EvaporazioneSedimentazione in cono Imhoff


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 rimuovibilidalle acque reflue per semplice sedimentazione.


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]


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.

http://it.wikipedia.org/wiki/Ottica

http://it.wikipedia.org/wiki/Liquido

http://it.wikipedia.org/wiki/Assorbimento

http://it.wikipedia.org/wiki/Riflessione

http://it.wikipedia.org/wiki/Liquido

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.

Sorgente Campione

Rilevatore

Rilevatore


http://it.wikipedia.org/wiki/Micron

http://it.wikipedia.org/wiki/Scattering

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 - FTUSiO2 1 0,4 7,5JTU 2,5 1 19NTU - FTU 0,13 0,053 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).

La varietà e la frequenza dei microrganismi patogeni nelle acque di rifiuto riflettono il livello di diffusione

delle malattie endemiche locali

I microrganism

i patogeni sono

all’origine di numerose malattie e

casi di mortalità

soprattutto in zone con

scarsa igiene ambientale

Microrganismo Malattia Escherichia Coli Gastroenterite

Legionella Legionella Salmonella Typhi Febbre tifoidale

Salmonella Salmonellosi Batteri

Vibrio cholerae Colera Adenovirus Malattie respiratorie Enterovirus Gastroenterite, meningite Epatite A Epatite Reovirus Gastroenterite

Virus

Rotavirus Gastroenterite Cryptosporidium Criptosporidiosi Protozoi Giardia lamblia Giardiasi

Taenia Teniasi Elminti Ascaris Ascaridiasi


• 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

I microrganismi patogeni presenti nelle acque reflue sono pochi e difficilmente isolabili ed identificabili

Si utilizzano i MICRORGANISMI INDICATORI


Possibili indicatoriColiformi totali, Coliformi fecali, Klebisella,

Escherichia Coli, Streptococchi fecali, Enterococchi, Clostridium, ...

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


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 mLMembrane 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


Acque destinate al consumo umano

D.Lgs. 31/2001

Volume del campione

[ml]

Valori guida (VG)

Concentrazione massima

ammissibile (CMA)

Coliformi totali 100 - 0 Coliformi fecali 100 - 0

Streptococchi fecali 100 - 0 Spore di clostridi solfato

riduttore 100 - 0

36°C 1 10 - Computo delle colonie su agar 22°C 1 100 -

36°C 1 5 20 Computo delle colonie su agar per acque confezionate in recipienti chiusi

22°C 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

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.

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.


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 IRSA-CNR.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.


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

pioggia

LagoMaggio

re

Acqua sott. 1

Acqua sott. 2

Esempio mare

Residuo a 180 °C

mg/l 230 630 37720

pH Unità pH

4.5 7.2 7.1 7.3

Conduttività S/cm 29.7 136 330 850BOD mgO2/l 0.79 0.4 460Durezza °F 6.8 17.6 42.7Calcio mg/l 0.78 21 52 135 458Magnesio mg/l 0.3 3.8 11 21.8 1332Sodio mg/l 0.41 2.1 801 19.3 11286Potassio mg/l 0.11 1.5 1.1 2.4 432Ammonio mg/l 1.1 <0.01 <0.01 <0.01Solfato mg/l 4.5 29 17 127 2858Nitrato mg/l 2.9 3.7 1 18Cloruro mg/l 1.1 1.7 6 31 20260Bicarbonato mg/l 0 45 207 335 140

Esempi di qualità delle acque: acque minerali

San Benedetto

Norda Alisea

Temperatura °C 16.7 9.4 9Residuo a 180 °C

mg/l 250 44.5 60.9

pH Unità pH

7.68 7.5 7.9

Conduttività S/cm 400 56 93.5BOD mgO2/lDurezza °F 2.8 4.15Calcio mg/l 46 7.9 12.3Magnesio mg/l 30 2 2.6Sodio mg/l 6.8 1.5 2.5Potassio mg/l 1.1 0.5 0.6Ammonio mg/lSolfato mg/l 4.9 4.5 10.1Nitrato mg/l 6.8 2.7 2.5Cloruro mg/l 2.8 0.6 0.9Idrogeno carbonato

mg/l 293 30.5 41.6

Esempi di qualità delle acque: acque reflue e depurate

Uscita impianto

refluo civ.-ind.

Uscita impianto

refluo civile

Ingresso impianto

civile

Percolato di

discarica

Temperatura °CResiduo a 180 °C

mg/l 250 44.5

pH Unità pH

7.67 7.3 Da acido a neutro

Conduttività S/cm 1775 720COD mgO2/l 27 30 500 7000Durezza °F 27 19.8Calcio mg/l 70.8 59.9Magnesio mg/l 23 12Sodio mg/l 318 82Potassio mg/l 22 15.5 10Ammonio mg/l 2.55 0.05 25 500 - 2000Solfato mg/l 121.8 58.2 30Nitrato mg/l 5.5 7.74 0Cloruro mg/l 237 75.2 50Bicarbonato mg/l 357 240

Suolo

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.

Caratterizzazione

http://it.wikipedia.org/wiki/Crosta_terrestre

http://it.wikipedia.org/wiki/Alterazioni_del_suolo

http://it.wikipedia.org/wiki/Roccia_madre

http://it.wikipedia.org/wiki/Chimica

http://it.wikipedia.org/wiki/Fisica

http://it.wikipedia.org/wiki/Biologia

Tipica proporzione dei principali componenti del

suolo (in volume).

Andamento della proporzione dei principali componenti del

suolo (in volume) in funzione della profondità.

Suolo Caratterizzazione

Le caratteristiche fisiche dipendono dalla percentuale relativa di ciascun componente e dalla natura delle particelle organiche ed

inorganiche.CNR - UNI ASTM British Standardn. Apertura

(mm)n. Apertura

(mm)n. Apertura

(mm)100 100 3” 76,2 75 7571 71 2” 50,8 63 6360 60 1.5” 38,1 50 5040 40 1” 25,4 37.5 37,525 25 3/ 4” 19,1 28 2815 15 1/ 2” 12,7 20 2010 10 3/ 8” 9,52 14 145 5 4 4,76 10 102 2 8 2,36 6.3 6,31 1 10 2,00 5 5

0,425 0,425 16 1,18 3.35 3,350,180 0,180 20 0,84 2 20,075 0,075 30 0,60 1.18 1,18

40 0,42 0.60 0,6050 0,30 0.425 0,42560 0,25 0.30 0,3080 0,18 0.212 0,212100 0,15 0.15 0,15140 0,105 0.063 0,063200 0,074

Sequenza di setacci per l’analisi granulometricaGranulometria.

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.

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.


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:

Suolo

Frazione Diametro (m)Sabbia50 – 2000 m

Sabbia molto grossa

2000 – 1000

Sabbia grossa 1000 – 500Sabbia media 500 – 250Sabbia fine 250 – 100Sabbia molto fine

100 – 50

Limo 2 – 50Argilla < 2

Parametri fisici

PorositàLa porosità n di un terreno è definita come il rapporto tra il

volume degli spazi vuoti (VV) ed il volume totale del terreno V:

100VVn V

Densità reale ed apparenteLa densità apparente o densità secca è definita come il rapporto

tra il peso del solido Ps per unità di volume totale 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.

VPS

d

s

ss V

P ds


UmiditàUmidità di massa: rapporto tra peso dell’acqua presente ed il

peso del solido presente

Umidità di volume: rapporto tra volume di acqua e volume totale

Grado di saturazione: rapporto tra il volume di acqua ed il volume dei vuoti

s

W

PPw

VVW

V

W

VVS


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.

Suolo Parametri chimici

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).


Monossido di CarbonioIl 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.


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.

Monossido di Carbonio


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.

Anidride solforosaComparto aria Inquinanti

Ossidi di azotoGli 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.


Ossidi di azotoL’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.


Il particolatoIl 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.


http://it.wikipedia.org/wiki/Nanometri

http://it.wikipedia.org/wiki/Micron

http://it.wikipedia.org/wiki/Nanopolvere

http://it.wikipedia.org/wiki/Nanometro

Il particolatoGli 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


http://it.wikipedia.org/wiki/Commissione_Europea

http://it.wikipedia.org/wiki/PM10

http://it.wikipedia.org/wiki/PM10

Ozono

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.


OzonoComparto aria Inquinanti

Protezione della salute umana

Obiettivo a lungo termine

Media su 8 ore massima giornaliera nell’arco di un anno civile

120 µg/m3

Soglia di informazione

Media di 1 ora 180 µg/m3

Soglia di allarme (*) Media di 1 ora 240 µg/m3

Valore obiettivo

Media su 8 ore massima giornaliera

120 µg/m3(**)

(*) 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.

I composti organici volatili

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).


PARAMETRI DI CARATTERIZZAZIONE DEI COMPARTI AMBIENTALI

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