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Controllo e qualità dell'acqua - Daniela Santianni -

1. INTRODUZIONE
Che l’acqua sia fondamentale per la vita ci appare qualcosa di assolutamente ovvio. L’attenzione si sofferma però molto spesso sull’importanza di avere accesso ad un’adeguata quantità di acqua: si parla di fabbisogni giornalieri, portate, siccità. E' necessario però fare un ulteriore passo avanti e considerare che ha non minore importanza la qualità dell’acqua. Anche qui rischiamo di semplificare, perché questo concetto così generico deve poi essere specificato in funzione degli usi dell’acqua. La qualità dell’acqua potabile è ovviamente diversa e da quella dei fiumi, in cui pure si trovano svariate forme di vita, che a sua volta è ancora diversa da quella delle acque reflue che scorrono nelle fognature. Se poi allarghiamo l’analisi al mondo produttivo la variabilità in funzione degli usi aumenta ancora, ad esempio le industrie farmaceutiche o l’industria elettronica richiedono acque a purezza elevatissima, anche se con specifiche richieste per componenti diversi, mentre l’agricoltura può addirittura riutilizzare, dopo opportuni trattamenti, le acque reflue civili.
Nelle pagine seguenti verranno discussi aspetti generali delle caratteristiche e dei controlli delle acque potabili e reflue.


2. ACQUA POTABILE
Grande interesse è ovviamente rivolto all’acqua potabile, per la sua fondamentale importanza per l’uomo. Fin dall’antichità l’accesso ad acqua di buona qualità ha garantito lo svilupparsi della civiltà. Il problema della qualità dell’acqua potabile si è però complicato a seguito dell’aumento della popolazione e dell’industrializzazione, fenomeni, questi, che hanno diminuito la disponibilità di acqua di buona qualità a causa degli scarichi civili e industriali. Ormai è raro che vengano distribuite acque senza alcun trattamento e anche le acque di migliore qualità all’origine vengono sottoposte almeno ad un trattamento di disinfezione prima dell’immissione nella rete di DISTRIBUZIONE per garantire il mantenimento delle caratteristiche di qualità fino all’utenza. Al peggiorare della qualità della fonte di approvvigionamento i processi di trattamento sono diventati sempre più complessi e possono includere filtrazione a sabbia o su membrana, chiari-flocculazione, trattamenti con carbone attivo granulare e altro ancora. In generale, i trattamenti di potabilizzazione sono l’insieme dei processi di tipo fisico, chimico, chimico-fisico e biologico che rendono l’acqua idonea al consumo umano tramite: l’inattivazione dei microorganismi patogeni, la rimozione del materiale in sospensione e la riduzione o eliminazione di inquinanti chimici organici, inorganici, di origine naturale o industriale presenti nell’acqua di origine. Ai fini della scelta del trattamento di potabilizzazione una distinzione fondamentale va fatta tra acque sotterranee e superficiali. Le prime sono acque in generale di migliore qualità perché più protette dall’INQUINAMENTO mentre le acque superficiali sono in generale più inquinate e più vulnerabili. Tuttavia le acque superficiali presentano il vantaggio, rispetto alle acque sotterranee, che, in caso di eventi di INQUINAMENTO, è necessario un tempo più breve per il ripristino delle condizioni originali, mentre le falde sotterranee, una volta inquinate sono molto più difficili da bonificare.
I processi di potabilizzazione devono essere accuratamente monitorati attraverso una valutazione di alcuni parametri rapida, fatta con misure on-line e sul campo a cui si aggiunge un controllo più approfondito e con tecniche più sofisticate che viene fatto in laboratorio dopo il prelievo di campioni dell’acqua in uscita all’impianto, alla fonte di approvvigionamento (pozzi, sorgenti, fiumi laghi) e, in funzione della complessità dell’impianto, lungo la filiera del trattamento di potabilizzazione. A questi controlli, propri della fase di produzione, si aggiungono i controlli eseguiti in vari punti della rete di DISTRIBUZIONE.

2.1. Il controllo della qualità dell’acqua potabile
L’obiettivo del controllo sulle acque potabili è in primo luogo quello di verificare la rispondenza dell’acqua distribuita nella rete cittadina alla normativa vigente, nel nostro caso il Decreto Legislativo 31/2001 sulle caratteristiche di qualità delle acque destinate al consumo umano che recepisce la normativa europea (98/83/CE).
Il decreto sopraccitato delinea con precisione le modalità di controllo delle acqua potabili. All’articolo 4 definisce i requisiti di qualità e, in generale, stabilisce che: “le acqua destinate al consumo umano devono essere salubri e pulite” e “non devono contenere microrganismi e parassiti, né altre sostanze, in quantità o concentrazioni tali da rappresentare un POTENZIALE pericolo per la salute umana”. La legge specifica inoltre che le acque potabili devono soddisfare i requisiti minimi definiti nelle parti A (parametri microbiologici) e B (parametri chimici) dell’Allegato I. Si tratta di tabelle in cui sono elencati i principali parametri di qualità chimici e microbiologici; per ogni parametro è individuato un valore di parametro che rappresenta il requisito minimo di qualità dell’acqua. A queste tabelle se ne aggiunge una terza (Allegato I parte C) che riporta parametri indicatori che, pur non avendo una valenza sanitaria diretta, sono comunque utili a valutare la buona qualità dell'acqua.
I limiti di legge devono essere rispettati all’uscita dell’impianto di potabilizzazione, in tutti i punti della rete di DISTRIBUZIONE fino al rubinetto, il gestore del servizio idrico è però responsabile solo fino al contatore dell’abitazione (Art.5).
L’acqua potabile ha due livelli di controllo per garantire la rispondenza ai requisiti di qualità. Quello eseguito dal gestore del servizio idrico integrato è definito dalla norma (Art. 6-8) come “controllo interno” ed è eseguito dal laboratorio interno del gestore. L'altro controllo “esterno”, è svolto dalle Aziende Sanitarie Locali, che hanno quindi anche un ruolo di controllo dell’operato del gestore dell’acquedotto a garanzia della salute pubblica.
Per il controllo vengono individuati punti significativi che devono essere rappresentativi della qualità dell’acqua alla fonte di approvvigionamento, lungo la filiera di trattamento e nella rete di DISTRIBUZIONE. I controlli sono finalizzati alla completa descrizione del sistema in esame ed all'individuazione delle situazioni critiche. La legge stabilisce, per il controllo esterno, delle frequenze minime di campionamento e dei  gruppi di parametri che costituiscono un livello di controllo di base, detto di routine, e uno di verifica, più approfondito, da eseguire con FREQUENZA minore.
Le frequenze di controllo e il numero di parametri analizzati aumentano con il livello di rischio correlato a quantità e qualità: i controlli aumentano con la portata, come indicato nel D.Lgs. 31/01, e con l’abbassamento del livello di qualità delle fonti di approvvigionamento cui corrisponde  una maggiore complessità del trattamento.

2.2. Qualità microbiologica
Garantire la sicurezza microbiologica dell’acqua potabile è il primo obiettivo del controllo di qualità. L’acqua è infatti il mezzo di TRASMISSIONE di numerose malattie. I maggiori rischi microbiologici sono associati all’ingestione di acqua contaminata da feci umane e animali; le feci possono essere fonti di microrganismi patogeni tra i quali i più diffusi sono batteri, virus, protozoi ed elminti. Questi microrganismi possono provocare malattie anche molto gravi e il fatto che siano a TRASMISSIONE idrica, anche se non esclusiva, può portare potenzialmente allo scoppio di epidemie anche su larga scala.
Per i patogeni trasmessi solo per via fecale-orale l’acqua è solo una delle vie di TRASMISSIONE ma i miglioramenti nella disponibilità e qualità dell’acqua e la presenza di efficaci mezzi di raccolta e trattamento delle acque reflue sono importantissimi nel limitare questo tipo di malattie. Vi sono anche microrganismi patogeni di origine non fecale e altri che possono crescere nelle tubazioni e portare alla formazione di biofilm. I fattori principali che determinano la patogenicità sono:

- Concentrazione dei microrganismi in acqua (n°/unità di volume)
- Tempo di sopravvivenza (Ts): in genere i patogeni, una volta allontanati dall’organismo ospitante, possono sopravvivere in acqua anche se perdono vitalità e, nella maggior parte non proliferano in acqua. I patogeni più pericolosi sono i microrganismi più persistenti al decadimento o che riescono a crescere anche in acqua.
- Dose minima infettante: patogeni che hanno bassi valori di questo parametro sono più infettanti.
- Livello di sensibilità dell’individuo esposto.

Per assicurare la sicurezza microbiologica dell’acqua potabile ci si basa sull’approccio a “barriere multiple”, dal prelievo dell’acqua di approvvigionamento fino al consumatore con una forte enfasi alla prevenzione e alla riduzione dell’ingresso di patogeni nel sistema. Le barriere sono rappresentate ad esempio da:
- la protezione della risorsa dalla contaminazione (aree di rispetto, immissione in acque superficiali di reflui fognari  depurati ecc..)
- un’accurata selezione dei trattamenti di potabilizzazione in modo che i patogeni siano rimossi in maniera quasi completa dall’acqua prima della disinfezione finale
- controlli su impianto: sia sulla funzionalità delle apparecchiature con allarmi e sicurezze sia come controlli in linea di parametri di qualità (residuo di disinfettante, torbidità).

  • La disinfezione
    Per l’importanza che la disinfezione riveste tra i processi di trattamento ai fini della qualità microbiologica, se ne riportano qui alcuni concetti di base.
    L’obiettivo della disinfezione è l’inattivazione di microrganismi patogeni di ogni tipo ed il mantenere la qualità microbiologica dell’acqua nella rete di DISTRIBUZIONE fino all’utenza.
    Gli agenti disponibili per raggiungere tale scopo nel trattamento per uso potabile possono essere suddivisi in:

    Agenti chimici ossidanti:
    - cloro, sia dispensato sotto forma di cloro gas (Cl2) o di ipoclorito di sodio (NaClO),
    - biossido di cloro (ClO2)
    OZONO (O3)

    Agenti non chimici:
    -  radiazione UV
    -  filtrazione su membrana

    I fattori che influenzano l’efficienza della disinfezione sono:
    1) tipo e concentrazione del disinfettante
    2) tipo e quantità dei microrganismi
    3) tempo di contatto
    4) caratteristiche di qualità dell’acqua (pH, torbidità, sostanze organiche disciolte, temperatura).

    Ogni disinfettante può produrre delle sostanze indesiderate, sottoprodotti di disinfezione, che devono essere limitati il più possibile tenendo però sempre ben presente che non deve mai essere compromessa la sicurezza microbiologica dell’acqua, come raccomanda l’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS).

2.2.1. Parametri microbiologici
Le conseguenze potenziali sulla salute della contaminazione microbiologica sono tali che il suo controllo deve essere sempre della massima importanza e non deve mai essere compromesso (OMS).
Il controllo microbiologico ha lo scopo di accertare che l’acqua non possa diventare un mezzo di TRASMISSIONE di microrganismi patogeni di origine fecale. Per verificare il rischio di contaminazione bisognerebbe controllare tutti i germi potenzialmente patogeni ma questi metodi di determinazioni sono ancora  poco sviluppati, lunghi e costosi e spesso non sufficientemente sensibili. I germi patogeni gastrointestinali sono emessi dalle feci e si trovano nelle acque reflue in quantità variabili in funzione delle malattie infettive in una popolazione. Per la difficoltà nella loro ricerca, si stima l’eventuale apporto di materiale fecale nel sistema idrico e si ricorre a indicatori microbici comuni nelle feci di animali a sangue caldo.
Il microrganismo indicatore deve avere caratteristiche ben precise: deve comportarsi nell’ambiente esterno come i patogeni, avere la stessa resistenza ai trattamenti di disinfezione, le procedure per il suo isolamento devono essere semplici, ripetibili e capaci di rilevare tutta o quasi la popolazione dell’indicatore. Tra gli indicatori di contaminazione fecale per le acque potabili sono presi in esame l’Escherichia coli e gli Enterococchi. Per la sicura origine fecale, questi parametri sono stati inseriti nella normativa nella tabella Parte A ed è tassativo che questi microrganismi siano sempre assenti nelle acque potabili. Parametri microbiologici sono riportati anche nella tabella Parte C: Clostridium perfringens, batteri coliformi a 37°C, conteggio delle colonie a 22°C. I primi due sono indicatori in quanto la loro origine non è esclusivamente fecale ma anche ambientale. La carica batterica a 22°C è infine un indicatore di INQUINAMENTO ambientale e di generale qualità microbiologica, per cui la legge richiede che non abbia oscillazioni anomale che potrebbero indicare variazioni della qualità dell’acqua le cui cause vanno approfondite.

D.Lgs.31/01 – ALLEGATO I
Parte A –parametri microbiologici (estratto)

Parametri

Unità di misura

Valore di parametro

Escherichia coli

numero/100ml

0

Enterococchi

numero/100ml

0


PARTE C – parametri indicatori - estratto parametri microbiologici e da controllo in linea o sul campo

Parametri

Unità di misura

Valore di parametro

Clostridium perfringens

(spore comprese)

numero/100ml

0

Conteggio delle colonie a 22°C

 

Senza variazioni anomale

Batteri coliformi a 37°C

numero/100ml

0

Parametri in campo

Torbidità

 

Accettabile per i consumatori e senza variazioni anomale

Disinfettante residuo

 

Valore consigliato 0,2mg/l (se impiegato)

 

2.2.2. Controlli in campo
La qualità microbiologica dell’acqua può variare molto rapidamente, ad esempio in caso di eventi atmosferici, e questo è sicuramente più rilevante per acque superficiali che non per quelle sotterranee. I risultati dei controlli microbiologici hanno  tempi di risposta relativamente lunghi (minimo 18h) e la FREQUENZA sostenibile dei controlli è limitata. Per questo la qualità microbiologica è dimostrata indirettamente tramite la rilevazione in continua  di parametri di facile misurazione: il più rilevante è la misura del disinfettante residuo. La sua presenza è una dimostrazione di un’efficace disinfezione e di mantenimento della sicurezza microbiologica. In caso di cambianti repentini della qualità dell’acqua, il disinfettante viene rapidamente consumato quindi la sua diminuzione può indicare un INQUINAMENTO in corso. Altro parametro tipicamente misurato in linea è la torbidità che misura la quantità di solidi in sospensione nell’acqua: oltre ad essere un parametro estetico rilevante che determina il grado di accettabilità dell’acqua da parte degli utenti, è anch’esso un indicatore indiretto di buona qualità microbiologica e chimica dell’acqua. Spesso, infatti, i microrganismi sono associati alle particelle in sospensione e da queste protette anche dagli agenti disinfettanti. Comunque la legge non stabilisce un limite per la torbidità, ad eccezione che per acque superficiali trattate, e indica che la torbidità deve essere accettabile e senza variazioni anomale, questo perché si tratta di un indicatore aspecifico e quindi acque di diversa origine possono avere, naturalmente e in condizioni ordinarie, torbidità diverse.


2.3. Qualità chimica
I componenti chimici dell’acqua potabile hanno un impatto diverso sulla salute rispetto a quelli microbiologici perché provocano effetti avversi sull’uomo dopo periodi prolungati di esposizioni. Poche sostanze possono provocare effetti acuti e questo avviene a concentrazioni alte, come quelle che derivano da una contaminazione accidentale di grandi proporzioni. Comunque, in questi casi l’acqua risulta inaccettabile per odore, sapore e aspetto. L’acqua contiene numerose sostanze chimiche ma solo poche possono rappresentare un rischio per la salute e ancora meno pongono un rischio immediato. Per i parametri chimici, il valore limite di legge è la concentrazione in acqua di una determinata specie chimica tale da non provocare rischi significativi per la salute a seguito di un consumo continuo di quella acqua per tutta la vita.
Il D.Lgs.31/01 riporta, nella parte B dell'Allegato I, i componenti chimici il cui limite ha un’effettiva rilevanza per gli effetti sulla salute e pertanto sono da considerare tassativi.

I vari componenti della tabella Parte B possono essere classificati sulla base della loro origine e della loro natura.

Sostanze che derivano dal trattamento/trasporto dell’acqua:
- Acrilammide: è un impurezza del dosaggio del coaugulante poliacrilammide. La sua determinazione viene fatta per calcolo sulla base della percentuale presente nel prodotto impiegato.
- Cloruro di vinile: usato nella produzione del PVC, la fonte principale è la migrazione da tubazioni in PVC non plasticizzato.
- Epicloridrina: origina da resine epossidiche utilizzate per il rivestimento di serbatoi/vasche di trattamento e da resine per il trattamento dell’acqua.

Sottoprodotti della disinfezione:
- Trialometani (CHCl3, CHCl2Br, CHClBr2, CHBr3): si formano per reazione della sostanza organica naturale presente nell’acqua con il cloro o ipoclorito di sodio utilizzati per la disinfezione. La concentrazione dipende dalla concentrazione del cloro e della sostanza organica, dal pH, dalla temperatura, dalla concentrazione di bromuro e di ammonio. La formazione delle specie bromurate è favorita in presenza di bromuro.
- Clorito: è un sottoprodotto della disinfezione con biossido di cloro.
- Bromato: è un sottoprodotto della disinfezione con OZONO che si forma in presenza di bromuro ma può anche presente come impurezza nelle soluzioni concentrate di ipoclorito di sodio.

Contaminanti organici di origine antropica:
- 1,2-dicloroetano: usato come solvente e intermedio nella produzione del PVC. Persistente nelle acque sotterranee.
- Tetracloroetilene, tricoloroetilene: molto usati come solventi. Persistenti nelle acque sotterranee.
- Benzene: inquinante proveniente da derivati del petrolio, produzione industriale e traffico veicolare in particolare. E’ cancerogeno per gli esseri umani ed è classificato dallo IARC nel gruppo 1.
- Idrocarburi policiclici AROMATICI (IPA): è una classe di composti che hanno la caratteristica di avere due o più anelli AROMATICI condensati; la legge pone il limite per la somma di quattro composti: benzo(b)fluorantene, benzo(k)fluorantene, benzo(g,h,i)perilene, indeno(1,2,3-c,d)pirene. Derivano dal petrolio ma principalmente dalla combustione parziale del materiale organico. Sono potenti cancerogeni ma è estremamente rara la loro presenza in acqua che può derivare dall’uso di tubazioni rivestite di catrame per prevenire la corrosione.
- Benzo(a)pirene: fa parte della classe degli IPA.
- Antiparassitari: provenienti da trattamenti agricoli, sono una classe di composti estremamente ampia e in continua evoluzione con caratteristiche chimiche e fisiche anche molto diverse fra loro. Il parametro include anche la determinazione dei metaboliti che presenta difficoltà analitiche spesso notevoli. Sono presenti stagionalmente (primavera-estate) soprattutto in acqua superficiale ma anche in acque sotterranee poco protette.

Contaminanti inorganici:
- Metalli: alcuni sono di origine prevalentemente naturale come boro, vanadio ma anche arsenico e selenio. Possono derivare anche dalla corrosione delle tubazioni (rame, piombo, nichel).
- Nitrato, nitrito: fanno parte del ciclo naturale dell’azoto, il nitrato proviene da dilavamento di terreni trattati con fertilizzanti e dall’ossidazione dell’ammonio in acque superficiali che ricevono scarichi civili e dell’allevamento. Il nitrito è un prodotto intermedio di ossidazione/riduzione biologica.
- Cianuro: ha origine industriale.
- Fluoruro: ha origine prevalentemente naturale.

I parametri indicatori della tabella Parte C, hanno una valenza sanitaria indiretta o comunque meno rilevante rispetto ai parametri delle tabelle Parte A - B ma indicano la possibile presenza di altri contaminanti indesiderati, sia chimici che microbiologici. I parametri chimici che appartengono a questa classe sono:
- parametri che definiscono le qualità organolettiche e di accettabilità dell’acqua: colore, odore, sapore, torbidità. Per questi parametri non viene dato un preciso valore di riferimento ma l’acqua deve “essere accettabile per i consumatori e senza variazioni anomale”.
- Parametri che definiscono il contenuto minerale: conducibilità, residuo fisso a 180°C, cloruri, solfati, sodio, durezza. Per questi parametri il limite, per alcuni solo consigliato, è dovuto principalmente alla loro influenza sulle qualità organolettiche.
- Metalli: ferro, manganese, alluminio. Sono indicatori dell’efficienza del trattamento quando vengono utilizzati prodotti per la potabilizzazione delle acqua che contengono questi elementi (es. flocculanti a base di alluminio  o di ferro) e dello stato delle tubazioni.
- Parametri indicatori aspecifici di qualità ed EFFICIENZA di trattamento: pH, TOC (CARBONIO organico totale), ossidabilità, torbidità, conducibilità.
- Ammonio: nell’ambiente deriva principalmente da processi metabolici e da attività agricole e industriali; può anche avere origine geologica e si trova in concentrazioni fino a 3mg/l in acque sotterranee anaerobiche. L’ammonio non è tossico ma è un indicatore di possibile INQUINAMENTO batterico da scarichi fognari o animali. Inoltre, in caso di uso di cloro per la disinfezione, può compromettere l'efficienza del processo.

D.Lgs.31/01 – ALLEGATO I
PARTE B – parametri chimici (estratto)

Parametri

Unità di misura

Valore di parametro

Note

acrilammide

μg/l

0,10

per calcolo

antimonio

μg/l

5,0

 

arsenico

μg/l

10

 

benzene

μg/l

1,0

 

benzo(a)pirene

μg/l

0,010

 

boro

mg/l

1,0

 

bromato

μg/l

10

 

cadmio

μg/l

5,0

 

cromo

μg/l

50

 

rame

mg/l

1,0

 

cianuri

μg/l

50

 

1,2-dicloroetano

μg/l

3,0

 

epicloridrina

μg/l

0,10

per calcolo

fluoruro

mg/l

1,50

 

piombo

μg/l

10

25 μg/l fino al 2013

mercurio

μg/l

1,0

 

nichel

μg/l

20

 

nitrato (NO3-)

mg/l

50

 

nitriti (NO2-)

mg/l

0,50

0,1 da impianti di trattamento

antiparassitari

μg/l

0,10

per singolo composto, per aldrina, dieldrina, eptacloro e eptacloroepossido valore pari a 0,030μg/l

antiparassitari- totale

μg/l

0,50

 

idrocarburi policiclici AROMATICI

μg/l

0,10

composti specifici: benzo(b fluorantene, benzo(k)fluorantene,benzo(ghi)perilene, indeno(1,2,3)pirene

selenio

μg/l

10

 

tetracloroetilene - tricloroetilene

μg/l

10

somma dei composti specifici

trialometani -totale

μg/l

30

somma dei composti specifici

cloruro di vinile

μg/l

0,5

per calcolo

clorito

μg/l

700

 

vanadio

μg/l

50

 

D.Lgs.31/01 – ALLEGATO I
PARTE C – parametri indicatori (estratto parametri chimici)

Parametri

Unità di misura

Valore di parametro

Note

alluminio

μg/l

200

 

ammonio

mg/l

0,50

 

cloruri

mg/l

250

l'acqua non deve essere aggressiva

colore

 

accettabile senza variazioni anomale

 

conducibilità

μScm-1 a 20°C

2500

 

pH

unità pH

≥6,5 e ≤9,5

l'acqua non deve essere aggressiva

ferro

μg/l

200

 

manganese

μg/l

50

 

odore

 

accettabile senza variazioni anomale

 

ossidabilità

mg/lO2

5,0

può essere sostituito dal TOC

solfato

mg/l

250

l'acqua non deve essere aggressiva

sodio

mg/l

200

 

sapore

 

accettabile senza variazioni anomale

 

CARBONIO organico totale (TOC)

 

senza variazioni anomale

 

torbidità

 

accettabile senza variazioni anomale

 

durezza totale

 

 

valori consigliati 15-50 °F, il limite inferiore vale per acque addolcite

residuo secco 180°C

 

 

valore massimo consigliato 1500 mg/l

disinfettante residuo

 

 

valore consigliato 0,2 mg/l

 

3. ACQUE REFLUE
Le acque reflue sono costituite dagli scarichi delle abitazioni e delle attività produttive che vengono raccolti attraverso la rete fognaria e trasportati agli impianti di depurazione; dopo opportuni trattamenti i reflui depurati vengono scaricati nei corpi idrici superficiali chiudendo il ciclo idrico di utilizzo dell’acqua.
Le acqua reflue hanno un impatto negativo sull’ambiente ma anche un impatto indiretto sulla salute pubblica perché gli inquinanti immessi nell’ambiente possono raggiungere, attraverso l’acqua e i suoi usi anche la catena trofica e l’uomo.

3.1. Caratteristiche delle acque reflue
Le acque reflue sono caratterizzate principalmente da un elevato contenuto di materiale organico e di solidi in sospensione.
Le sostanze organiche presenti negli scarichi, specialmente se si tratta di reflui civili o da industrie alimentari, sono in gran parte biodegradabili, cioè in grado di essere utilizzate e trasformate in sostanze più semplici dai microrganismi presenti sia negli scarichi che nelle acqua naturali. Non biodegradabili sono definite quelle sostanze organiche che, in condizioni aerobiche cioè in presenza di ossigeno, non vengono trasformate in tempi di 30-60 giorni. Queste sostanze, quando raggiungono i corpi idrici superficiali, provocano una diminuzione dell’ossigeno disciolto presente nell’acqua, per effetto delle reazioni di biodegradazione che consumano ossigeno. Pertanto, se sono scaricate in quantità eccessiva, si può arrivare alla completa assenza dell’ossigeno producendo gravi scompensi per la vita animale e vegetale presente nei corpi idrici. Negativi sono anche gli effetti del materiale in sospensione, sia dal punto di vista estetico che per l’effetto negativo che ha sulla trasparenza dell’acqua e perché è anch’esso ricco di sostanze organiche. Per questo motivo la rimozione delle sostanze organiche e del materiale in sospensione è il principale obiettivo degli impianti di trattamento dei reflui civili e anche il controllo di qualità è focalizzato principalmente su queste sostanze.
Questi componenti delle acque reflue sono misurati attraverso la determinazione dei seguenti parametri:

Solidi sospesi totali (SST): sono le particelle, sospese e colloidali, che sono catturate da un filtro di  porosità definita (0,45m).

Domanda biologica di ossigeno (BOD5 – Biochemical Oxygen Demand): è la quantità di ossigeno richiesta dai microrganismi aerobi per assimilare e degradare le sostanze organiche presenti in un dato volume del liquame da esaminare, sostanze che rappresentano il “cibo” dei microrganismi. Questo valore è tanto maggiore quanto maggiore è la concentrazione di sostanze organiche biodegradabili. Poiché la velocità di biodegradazione dipende dalla temperatura viene definita una temperatura di riferimento per la misura (20°C); la prova si protrae per un tempo pari a 5 giorni, periodo in cui viene degradata la frazione CARBONIOsa; in tempi più lunghi si può avere l’ossidazione biologica della frazione azotata.

Domanda chimica di ossigeno (COD – Chemical oxygen demand): anche questo parametro, come il BOD5, è una misura indiretta della sostanza organica presente nel liquame. In questo caso la sostanza organica viene ossidata facendola reagire chimicamente con un forte ossidante (bicromato di potassio) in ambiente fortemente acido. Si misurano così le sostanze ossidabili presenti nel campione nelle specifiche condizioni della prova. Il risultato si esprime sempre in mg/l di ossigeno ma, a differenza del BOD5, in questa prova sono ossidate anche sostanze non biodegradabili e sostanze inorganiche ossidabili (solfuri, solfiti, nitriti) per cui nei liquami domestici il COD è pari a 1,7-2 volte il BOD5. Nel caso di scarichi industriali che contengono sostanze organiche non biodegradabili il valore del rapporto COD/ BOD5 aumenta ed è un indice anche di minore trattabilità dei reflui per via biologica. Una volta caratterizzato un certo tipo di refluo e noto il suo rapporto COD/ BOD5, la misura del COD rappresenta una misura semplice e soprattutto molto più rapida (impiega qualche ora) del BOD5.

Nutrienti
Gli scarichi civili sono anche ricchi di nutrienti e  tra questi azoto e fosforo sono in maggiori concentrazioni. Questi elementi sono importanti per la vita ma se presenti nelle acque naturali in quantità eccessiva provocano un fenomeno chiamato “eutrofizzazione” ovvero un’eccessiva proliferazione vegetale con deterioramento della qualità dell’acqua. Negli scarichi non depurati la forma preponderante dell’azoto è l’ammoniaca, sostanza che ha l’effetto ulteriore di generare richiesta di ossigeno per l’ossidazione biologica a nitrito e nitrato.

3.2. Depurazione delle acque reflue
Per il forte impatto sull’INQUINAMENTO ambientale, le acque reflue vengono depurate in impianti di trattamento. Le tecniche di trattamento delle acqua reflue di origine civile sono volte principalmente alla rimozione dei solidi sospesi, della sostanza organica e dei nutrienti.
Gli impianti più impiegati realizzano la depurazione per via biologica e vengono definiti impianti a “fanghi attivi”. L’acqua reflua in arrivo subisce dei trattamenti preliminari (dissabbiatura, disoleatura, sedimentazione primaria) in cui si allontanano i materiali a maggiore (sabbie, solidi sedimentabili) e minore densità (olii). L’acqua poi entra nel “cuore” del sistema di depurazione biologico che è l’ossidazione biologica: si realizza in vasche di aerazione in cui i reflui vengono arricchiti di ossigeno con vari mezzi (turbine superficiali, immissione aria/ossigeno tramite diffusori ecc..). In queste vasche si instaurano complessi processi fisici, chimici ma soprattutto un’intensa attività biologica con  risultante crescita di microrganismi che formano colonie che appaiono come piccoli fiocchi di “fango” i quali sono il vero mezzo della depurazione biologica. In pratica la sostanza organica disciolta in ingresso all’impianto viene trasformata in fango biologico facilmente rimovibile per sedimentazione. Dalle vasche d'aerazione infatti il liquame passa ai sedimentatori, vasche di calma in cui si lasciano sedimentare i fanghi mentre l’acqua depurata sfiora verso l’uscita. Parte del fango raccolto nei sedimentatori viene immesso nuovamente nella vasca di aerazione nella quale deve essere mantenuta una concentrazione ottimale di fango per massimizzare la velocità di degradazione biologica. Per questo motivo nelle vasche di aerazione deve essere prevista anche un’efficace agitazione per mantenere il fango in sospensione. La maggior parte del fango sedimentato invece viene allontanato e subisce ulteriori trattamenti detti di “stabilizzazione”, infine viene disidratato per essere poi smaltito opportunamente.

Schema semplificato di un impianto a fanghi attivi


 

3.3. Controllo di qualità
La legge di riferimento per le caratteristiche di qualità delle acque reflue è il D.Lgs.152/06, Norme in materia ambientale, che all’Allegato 5 alla Parte Terza riporta i limiti per l'emissione di impianti di acqua reflue urbane e per lo scarico in fognatura o in acqua superficiale di acque reflue industriali.
Nella Tabella 1 sono riportati i limiti di emissione per gli impianti che trattano le acqua reflue urbane, composte per la maggior parte da reflui domestici derivanti da metabolismo umano e attività domestiche con il contributo delle attività produttive e eventualmente delle acque meteoriche. I parametri presi in considerazione sono COD, BOD5 e SST e i limiti vengono dati in concentrazione o in percentuale di abbattimento del parametro tra ingresso e uscita dell’impianto di trattamento. La tabella evidenzia gli alti rendimenti depurativi, che oscillano tra il 70 e il 90%, che è possibile ottenere attraverso i trattamenti di depurazione.

D.Lgs.152/06 - Parte Terza - Allegato 5
Tabella 1. Limiti di emissione per gli impianti di acque reflue urbane (estratto)

 

Potenzialità impianto in A.E. 
(abitanti equivalenti)

2.000 - 10.000

> 10.000

Parametri (media giornaliera)

Concentrazione

% di riduzione

Concentrazione

% di riduzione

BOD5 (senza nitrificazione) mg/L

≤ 25

70-90

≤ 25

80

COD mg/L.

≤ 125

75

≤ 125

75

Solidi Sospesi mg/L

≤ 35

90

≤ 35

90

NB: A.E. abitante equivalente = carico organico biodegradabile avente un BOD5 pari a 60mg/l


In aree in cui la pressione antropica è forte e i corsi d’acqua sono a rischio eutrofizzazione vengono posti anche limiti sulle concentrazioni di azoto e fosforo totale.

D.Lgs.152/06 - Parte Terza - Allegato 5
Tabella 2. Limiti di emissione per gli impianti di acque reflue urbane recapitanti in aree sensibili (estratto)

Parametri (media annua) 

Potenzialità impianto in A.E. 

 

10.000 - 100.000

> 100.000

 

Concentrazione

% di riduzione

Concentrazione

% di riduzione

Fosforo totale (P mg/L)

≤ 2

80

≤ 1

80

Azoto totale (N mg/L)

≤ 15

70-80

≤ 10

70-80


La legge stabilisce il numero minimo di controlli annui da eseguire sugli impianti di depurazione per la verifica dei limiti delle Tabelle 1 e 2, FREQUENZA che aumenta con le dimensioni dell’impianto di depurazione. Anche per le acque reflue, come per le potabili, sono previsti due livelli di controllo. Uno da parte del gestore del servizio idrico che deve garantire la FREQUENZA di campionamento minima di legge sugli scarichi degli impianti di trattamento e sulle acque in entrata, l'altro da parte delle Agenzie Regionali per l’Ambiente (ARPA).

Frequenze minime di campionamento (n°/anno)

Potenzialità impianto

 numero campioni

da 2.000 a 9.999 A.E: 

12 campioni il primo anno e 4 negli anni successivi, purché lo scarico sia conforme; se uno dei 4 campioni non è conforme, nell'anno successivo devono essere prelevati 12 campioni

da 10.000 a 49.999 A.E.:

12 campioni 

oltre 50.000 A.E.:

24 campioni

Le acque reflue possono contenere altre sostanze pericolose per l’ambiente derivanti dalle attività domestiche ma soprattutto da attività industriali. I limiti per queste sostanze sono riportati sempre nel D.Lgs. 152/06 (Parte Terza, Allegato 5, Tabella 3). I limiti per lo scarico in fognatura sono, con poche eccezioni, più alti di quelli in acque superficiali per il previsto effetto depurativo degli impianti di trattamento.
Alcuni parametri sono tipici di reflui urbani/domestici: l’azoto ammoniacale che deriva dal metabolismo umano, l’azoto nitrico che si forma invece negli impianti di depurazione biologica a seguito dell’ossidazione dell’ammonio mentre il nitrito è un prodotto intermedio di ossidazione. Anche i tensioattivi sono tipici delle attività domestiche derivando principalmente dall’uso di detergenti ma sono anche ampiamente utilizzati nell’industria (es. tessile). Gli olii e i grassi animali e vegetali hanno origine domestica ma sono scaricati anche dalle industrie alimentari. Sia i tensioattivi che gli olii e grassi vengono limitati sia per i deprimenti effetti estetici che per l'interfenza nello scambio all’interfase aria/acqua. Anche gli idrocarburi hanno la stessa capacità e inoltre sono tossici per la fauna.
Tra i restanti parametri di chiara origine industriale hanno maggiore rilevanza la maggior parte dei  metalli,  i cianuri, i solfiti, i solfuri e i solventi organici.

D.Lgs.152/06 - Parte Terza - Allegato 5
Tabella 3. Valori limiti di emissione in acque superficiali e in fognatura (estratto)

Numero parametro

PARAMETRI

Unità di misura

Scarico in acque superficiali

 Scarico in rete fognaria

1

pH

5,5-9,5

5,5-9,5

 

2

Temperatura

°C

 

 

3

colore

 

non percettibile con diluizione 1:20

non percettibile con diluizione 1:40

4

odore

 

non deve essere causa di molestie

non deve essere causa di molestie

5

Materiali grossolani

 

assenti

assenti

6

Solidi sospesi totali

mg/L

≤80

≤200

7

BOD5 (come O2)

mg/L

≤40

≤250

8

COD (come O2)

mg/L

≤160

≤500

9

Alluminio

mg/L

≤1

≤2,0

10

Arsenico

mg/L

≤0,5

≤0,5

11

Bario

mg/L

≤20

-

12

Boro

mg/L

≤2

≤4

13

Cadmio

mg/L

≤0,02

≤0,02

14

Cromo totale

mg/L

≤2

≤4

15

Cromo VI

mg/L

≤0,2

≤020

16

Ferro

mg/L

≤2

≤4

17

Manganese

mg/L

≤2

≤4

18

Mercurio

mg/L

≤0,005

≤0,005

19

Nichel

mg/L

≤2

≤4

20

Piombo

mg/L

≤0,2

≤0,3

21

Rame

mg/L

≤0,1

≤0,4

22

Selenio

mg/L

≤0,03

≤0,03

23

Stagno

mg/L

≤10

 

24

Zinco

mg/L

≤0,5

≤1,0

25

Cianuri totali (CN)

mg/L

≤0,5

≤1,0

26

Cloro attivo libero

mg/L

≤0,2

≤0,3

27

Solfuri (come H2S)

mg/L

≤1

≤2

28

Solfiti (come SO3)

mg/L

≤1

≤2

29

Solfati (come SO4)

mg/L

≤1000

≤1000

30

Cloruri

mg/L

≤1200

≤1200

31

Fluoruri

mg/L

≤6

≤12

32

Fosforo totale (come P)

mg/L

≤10

≤10

33

Azoto ammoniacale (come NH4)

mg/L

≤15

≤30

34

Azoto nitroso (come N)

mg/L

≤0,6

≤0,6

35

Azoto nitrico (come N)

mg/L

≤20

≤30

36

Grassi e olii animali/vegetali

mg/L

≤20

≤40

37

Idrocarburi totali

mg/L

≤5

≤10

38

Fenoli

mg/L

≤0,5

≤1

39

Aldeidi

mg/L

≤1

≤2

40

Solventi organici AROMATICI

mg/L

≤0,2

≤0,4

41

Solventi organici azotati

mg/L

≤0,1

≤0,2

42

Tensioattivi totali

mg/L

≤2

≤4

43

Pesticidi fosforati

mg/L

≤0,10

≤0,10

44

Pesticidi totali(esclusi i fosforati)

mg/L

≤0,05

≤0,05

 

tra cui:

 

 

 

45

- aldrin

mg/L

≤0,01

≤0,01

46

- dicldrin

mg/L

≤0,01

≤0,01

47

- endrin

mg/L

≤0,002

≤0,002

48

- isodrin

mg/L

≤0,002

≤0,002

49

Solventi clorurati

mg/L

≤1

≤2

50

Escherichia coli

UFC/ 100mL

nota

 

51

Saggio di tossicità acuta

 

il campione non é accettabile quando dopo 24 ore il numero degli organismi immobili è uguale o maggiore del 50% del totale

il campione non é accettabile quando dopo 24 ore il numero degli organismi immobili è uguale o maggiore del 50% del totale

 


Riferimenti
OMS - Guidelines for drinking-water quality, third edition, incorporating first and second addenda, Ginevra 2008
D.Lgs. 31/01 s.m.i. Attuazione della direttiva 98/83/CE relative alla qualità delle acque destinate al consume umano
D.Lgs. 152/06 Norme in materia ambientale