Allestimento di un sistema ad acqua fluente

Le esperienze di bioaccumulo in laboratorio sono state realizzate mediante un sistema ad acqua fluente. Esso consente il controllo ed il mantenimento dei parametri chimico-fisici fondamentali dell’acqua (pH, conduttività, temperatura ed ossigeno disciolto) ed il microdosaggio dei fattori sperimentali (elementi in traccia, sali di metalli alcalini ed alcalino-terrosi, acidi e basi). Il sistema, da noi ribattezzato “The River Box” (Figura 13), è stato allestito ispirandosi ad un analogo impianto di Martins e Boaventura (2002) e la sua costruzione ha richiesto circa 5 mesi di lavoro, da maggio a settembre 2005, per metter appunto affidabili dettagli funzionali.

Il sistema (Figura 14), nel suo assetto definitivo^b, è costituito di:

• un acquario di cristallo suddiviso in 5 vasche indipendenti larghe 25 cm, lunghe 50 cm ed alte 40 cm

• un allacciamento al rubinetto dell’acqua (potabile, non clorata) munita di pressostato regolabile, per garantire una portata costante, ed una rampa di vetro, per lo smistamento dell’acqua nelle vasche attraverso tubi in silicone con sezione di 3 mm (portata indicativa: 400-600 ml/min)

• una pompa peristaltica a 20 canali per l’immissione in continuo di soluzioni sperimentali nelle vasche attraverso tubi in silicone con sezione di 2 mm (portata nominale: 1.2 ml/min per canale); la stessa pompa è utilizzata anche per il prelievo in continuo di campioni d’acqua dalle vasche^c, impegnando 5 canali.

• 5 pompe centrifughe immerse nelle vasche per l’omogeneizzazione dell’acqua e delle soluzioni in ingresso (portata nominale: 1300 l/h)

• 3 cordini in tensione sulla sommità delle vasche per l’ancoraggio dei moss bags • 15 taniche in plastica per alimenti (volume nominale: 20 l) per il contenimento delle

soluzioni sperimentali o dei campioni d’acqua prelevati

b L’assetto definitivo dell’acquario è stato raggiunto dopo faticosi tentativi di stabilizzazione dei parametri chimico-fisici dell’acqua, prima in un sistema chiuso con ricircolo dell’acqua, poi nell’attuale sistema aperto con ricambio.

c Prima di disporre della pompa peristaltica, gentilmente donata dal Dott. Marcello Volpe, si è tentato il dosaggio delle soluzioni mediante bottiglie di Mariotte o flebo. Tali metodi non sono risultati in gradi di garantire un mantenimento costante delle portate quando queste sono dell’ordine del ml/min.

Figura 13 The River Box, il sistema ad acqua fluente realizzato nel laboratorio ARPAV di Bassano del Grappa per la sperimentazione con i moss bags.

Figura 14 Schema di funzionamento del sistema ad acqua fluente installato nel laboratorio ARPAV di Bassano del Grappa. Viene indicato con delle frecce il flusso di contaminanti dalle 10 taniche di contenimento all’acquario, il flusso di acqua pulita dal rubinetto, il flusso dell’acqua campionata da ciascuna vasca e quello dell’acqua di scarico in uscita dagli sfiori.

A circa 30 cm dalla base di ogni vasca (Figura 15), sul lato frontale dell’acquario, vi è un foro del diametro di 20 mm con funzione di sfioro. L’acqua in uscita è convogliata allo scarico di un lavello per mezzo di comuni tubi in gomma da giardinaggio. Il funzionamento a regime del sistema consente il ricambio totale dei circa 35 l d’acqua in circa 45 min.

A circa 5 cm dalla base di ogni vasca, sempre sul lato frontale, vi è un foro del diametro di 30 mm con apertura regolabile da un rubinetto. Esso consente lo svuotamento immediato e pressoché totale delle vasche in fase di manutenzione. L’acqua è convogliata allo scarico del lavello con le modalità precedentemente descritte.

Figura 15 Schema di funzionamento di ciascuna vasca del sistema ad acqua fluente. I contaminanti provenienti dalle taniche e l’acqua pulita dal rubinetto sono convogliati ad una pompa centrifuga immersa mediante un imbuto di vetro. La soluzione miscelata e continuamente rinnovata investe i moss bags sospesi nel liquido per mezzo di cordini (non mostrati in figura). L’acqua in eccesso fuoriesce dallo sfioro, mentre un campione della stessa è prelevato in continuo mediante la pompa peristaltica che lo invia ad una tanica di contenimento.

L’acquario è collocato su un bancone da laboratorio a circa 2 metri da una finestra rivolta a sud. L’irraggiamento del sistema avviene esclusivamente per diffusione della luce solare attraverso il vetro della finestra ed una tenda bianca, oppure mediante l’illuminazione della stanza con normali tubi al neon (in orario d’ufficio) e segue il fotoperiodo naturale del ciclo notte-giorno per la stagione e le condizioni meteorologiche contingenti.

Un numero variabile di moss bags (da 1 a 8, legati ai cordini di ancoraggio) è immerso nell’acqua di ciascuna vasca e mantenuto in posizione quasi verticale dal peso di alcune biglie di vetro poste all’interno. Ciò impedisce la risalita a galla dei muschi per la spinta delle bolle d’aria che si generano sulla superficie delle foglioline. Il flusso della pompa centrifuga è direzionato verso i moss bags e produce una leggera inclinazione degli stessi rispetto alla verticale.

I sali degli elementi in traccia vengono separatamente sciolti in acqua bidistillata e HNO3 65% o NaOH 30% e successivamente travasati nelle taniche di contenimento. La soluzione finale, che contiene da 1 a 10 elementi insieme, è portata a volume (10 o 15 litri) con acqua di rubinetto non clorata ed acidificata mediante HNO3 65%. Viene così mantenuto nelle taniche un pH < 2 per tutta la durata della sperimentazione per impedire la precipitazione degli elementi meno solubili. Le taniche così predisposte hanno permesso di conservare fino a 3.7 mmol/l di soluzioni miste di 10 elementi (Al, As, Cd, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Ni, Pb e Zn) per almeno 7 giorni. La conservazione delle soluzioni di Pb richiede taniche separate, poiché si è osservato che la copresenza di questo con altri sali metallici porta a fenomeni di precipitazione.

Reagentario

I reagenti utilizzati per la sperimentazione sono elencati in Tabella 3, che ne riporta la formula chimica grezza, la massa molecolare o la percentuale di massa.

Reagenti solidi g/mol Acido L(+)ascorbico 176 Al2(SO4)3*16H2O 630 As2O3 198 CaCO3 100 3CdSO4*8H2O 770 CrCl3*6H2O 266 CuCl2*2H2O 170 FeCl3*6H2O 270 HgSO4 296 KI 166 (MgCO3)4*Mg(OH)2*5H2O 486 MnSO4*H2O 169 NaCl 58 NaOH 38 NiSO4*7H2O 281 Pb(NO3)2 331 ZnSO4*7H2O 288

Reagenti in soluz. acquosa m/m

HCl 37% HF 50%

HNO3 68%

H2O2 30%

Tabella 3 Reagentario utilizzato nella sperimentazione con i moss bags.