Trattamento delle acque per uso umano

Trattamento delle acque per

uso umano

Acqua: ciclo integrato

• opere di captazione (prelievo)

• sistemi di adduzione (trasporto)

• stoccaggio

• trattamento di potabilizzazione

• immissione in rete

• reti di distribuzione

• sistemi di raccolta delle acque reflue

• impianti di depurazione delle acque reflue

• restituzione all’ambiente.

Acque di falda

• superficiali: si trovano fra il piano di campagna e uno strato sottostante di argilla impermeabile

• profonde: si trovano fra due strati di argilla

Captazione:

Fuoriuscita spontanea (sorgenti; falde

profonde artesiane) o prelievo con pompe

e pozzi

Corsi d’acqua Bacini lacustri

opere di presa

• griglie: intercettano il materiale grossolano

• paratoie: regolano il flusso della corrente)

• dissabbiatori a vasche parallele:

rallentano la velocità e permettono la

sedimentazione

Depurazione delle acque

• Nel 1852 in Inghilterra la prima legge che

prescrive l’obbligo del trattamento delle acque a scopo potabile, mentre si arriva al 1885 per

trovare il primo impianto realmente efficiente di filtrazione rapida

Difetti ed impurezze di carattere organolettico, come il colore, la torbidità, l’odore, il sapore;

difetti di natura chimica, come la durezza, l’aggressività, la resistività, la quantità globali solfati, cloruri, la presenza di ferro, di acido carbonico libero, di sodio, di manganese;

difetti di carattere batteriologico come la presenza di germi anche non patogeni, ma che rivelano possibilità di

inquinamento.

La contaminazione delle acque

La contaminazione delle acque possono essere di origine:

• chimica

• microbiologica

Acqua: potabilizzazione

• acque telluriche di origine profonda (di falda o sorgente):

filtrazione-disinfezione o sola disinfezione

se necessario rimozione di ferro, manganese, ammoniaca, nitrati, correzione durezza

• acque dolci superficiali

trattamenti chimico-fisici diversi (chiariflocculazione,

disinfezione, filtrazione, rimozione di ferro, manganese,

ammoniaca)

Acque telluriche

Correzione chimica

Rimozione Fe , Mn, NH ₃ e correzione durezza

La contaminazione da ferro e manganese

• Nella pianura campana le falde più profonde danno acque che possono contenere ferro e manganese in concentrazioni superiori a quelli previsti dal D.Lgs.31, dovuti alla natura idrogeologica del terreno.

• I limiti di legge italiani sono di 0,2 e 0,05 milligrammi/litro, rispettivamente per ferro e manganese. Tali limiti sono suscettibili di deroga, trattandosi di sostanze classificate come indesiderabili.

• La deferrizzazione-demanganizzazione dell'acqua può

essere effettuata con varie tecniche, solitamente basate

su un processo ossidativo con successiva rimozione,

mediante filtrazione, dei composti insolubili formatisi.

Rimozione Ferro e Manganese

Fe e Mn precipitano e sono allontanati con sedimentazione o filtrazione I filtri utilizzati sono solitamente di sabbia manganizzata, cioè

impregnata con biossido di manganese, che esplica attività catalitica.

Ossidazione tramite aerazione (insufflazione aria) oppure ipoclorito di sodio 

Altri agenti ossidanti comunemente impiegati sono, il cloro, il biossido di

cloro, il permanganato di potassio e l'ozono.

Rimozione ammoniaca/nitrati

Rimozione chimica: ipoclorito di Na  clorammine  filtrazione su carboni attivi

Rimozione microbiologica:

• Azoto ammoniacale nitriti NO ₂ ^- (Nitrosomonas)

• Nitriti  nitrati NO ₃ ^- (Nitrobacter)

• Nitriti/nitrati  N ₂ (Pseudomonas: rimozione nitrati)

Acqua di mare:

desalinizzazione

15-50 Litri di acqua potabile da 100 Litri di acqua di mare

attraverso

• distillazione: riscaldamento dell’acqua fino allo sviluppo di vapore, condensazione e raccolta

oppure

• osmosi inversa: garantisce un’acqua di eccellente

qualità

Osmosi inversa

Inversione processo naturale (osmosi) su membrane semipermeabili (applicazione forza esterna)

Permeato (acqua)

Concentrato (sostanze da eliminare)

Potabilizzazione delle acque dolci superficiali: schema

• Grigliatura

• Ossidazione

• Chiariflocculazione e sedimentazione (decantazione)

• Filtrazione su letto di sabbia

• Disinfezione

• Filtrazione su carboni attivi o osmosi

inversa.

Acque superficiali:

chiariflocculazione/sedimentazione

Stazionamento in vasca deposito particelle

sedimentabili (limo e sabbia) e delle sostanze colloidali

processo accelerato da:

coagulanti e flocculanti

Agenti coagulanti e flocculanti

• Per la flocculazione è necessario innanzitutto destabilizzare le cariche dei colloidi mediante coagulanti.

• Questi sono composti di varia origine che esplicano la loro azione in valori di intervallo di pH ben definiti. Una temperatura sufficientemente alta, un aumento della forza ionica e una forte agitazione sono fattori che

favoriscono la coagulazione.

I coagulanti

• I coagulanti sono in genere degli elettroliti

inorganici o polielettroliti organici.

Inorganici

• Allume e alluminati Al ₂ (SO ₄ ) ₃ e NaAlO ₂

• Solfati di alluminio e di ferro Fe ₂ (SO ₄ ) ₃

• Cloruro ferrico

• Silicato di sodio

Organici

• Alginati

• Derivati dell’amido e della cellulosa

• Polielettroliti di ammonio

quaternario come

N-alchilpolivinil

piridonio

Trattamenti chimici:

filtrazione su carboni attivi

In grado di eliminare residui di inquinanti (pesticidi, solventi, detergenti)

Gli atomi di carbonio presenti sulla superficie dei micropori del carbone attivato

adsorbono molecole delle sostanze in fase liquida o gassose con cui vengono a

contatto.

Riduzione della durezza

• Calcio:

Ca ²⁺ +2HCO ₃ ^- CaCO ₃ +CO ₂ +H2O

Addolcimento:soda (Na ₂ CO ₃ ), calce (Ca(OH) ₂ )

Ca ²⁺ +2Cl ^- + Na ₂ CO ₃ CaCO ₃ +2Cl ^- +2Na ⁺

Ca ²⁺ +2HCO ₃ ^- + Ca(OH) ₂ 2CaCO ₃ +2H ₂ O

Riduzione della durezza

• Magnesio:elevato pH Mg+2OH Mg(OH) ₂

CO ₃ ^2- +H ₂ O HCO ₃ ^- +OH ^-

Mg(OH) ₂ +CO ₂ MgCO ₃ + H ₂ O

Rimozione dei metalli

Scambio ionico:

H[Cat]+Na ⁺ +Cl ^- Na[Cat]+H ⁺ +Cl ^-

OH[An]+H ⁺ +Cl ^- Cl[An]+H ₂ O

Come scambiatori ionici vengono spesso utilizzate zeoliti (silicati di alluminio), come: glauconite, ((K, Na)(Fe ³⁺ ,Al, Mg) ₂ (Si, Al) ₄ O ₁₀ (ΟH) ₂ phillipsite (Ca, Na₂, K₂)₃ Al₆Si₁₀O₃₂

·12H₂O, cabasite (Ca,Na ₂ ,K ₂ ,Mg)Al ₂ Si ₄ O ₁₂ ·6H ₂ O).

Addolcimento delle acque effettuato anche con agenti

chelanti: EDTA,NTA; senza precipitazione di CaCO ₃

Trattamenti chimici:

resine scambio ionico

• Resine naturali (silicoalluminati di Na)

• Resine artificiali (polimeri)

Scambiano i loro ioni con il Ca e il Mg

dell’acqua

Scambio anionico

Rimozione dei metalli

Ferro e manganese: la rimozione è favorita da un pH elevato (calce) formando gli

idrossidi insolubili; legati a colloidi umici che stabilizzano gli ossidi colloidali dei metalli; con aggiunta di solfuro:

Cd ²⁺ + S ^2- CdS

Gli stessi trattamenti a fanghi riducono il

contenuto di metalli pesanti.

Rimozione composti organici

Carbone attivo: legno, torba carbonizzata

anaerobicamente e attivato per ossidazione:

CO ₂ +C 2CO; aumentando la porosità.

Polimeri sintetici adsorbenti:

Amberlite XAD-4 con superfici idrofobe che

assorbono i composti organici

POTABILIZZAZIONE

•Predisinfezione (ClO

) Flocculazione Filtrazione Disinfezione (ClO

)

•Predisinfezione (ClO

) H

O

Flocculazione Filtrazione Disinfezione (ClO

)

•Predisinfezione (ClO

) Flocculazione Filtrazione Adsorbimento Disinfezione (ClO

)

•Predisinfezione (O

) Flocculazione Filtrazione Adsorbimento Disinfezione (ClO

o Cl

)

•Predisinfezione (NaClO) Flocculazione Filtrazione Adsorbimento Disinfezione (NaClO)

PRINCIPALI TRATTAMENTI PER ACQUE SUPERFICIALI

Decreto Legislativo 2 febbraio 2001, n. 31

"Attuazione della direttiva 98/83/CE relativa alla qualita' delle acque destinate al consumo

umano"

L’acqua è un importante veicolo di infezione per tutti i microrganismi ad eliminazione fecale e per alcuni ambientali opportunisti.

Esempi di organismi trasmessi con l’acqua sono:

Virus Batteri

- epatite A ed E -salmonelle - enterovirus - shigelle - rotavirus - vibrioni

- agente di Norwalk - Escherichia coli tossinogeno - Campylobacter jejuni

INQUINAMENTO BIOLOGICO

Protozoi

- Pseudomonas sp.

- Entamoeba histolytica - micobatteri

- Crypyosporidium parvum - leptospire

- Giardia lamblia Elminti

PARAMETRI E VALORI DI PARAMETRO*

• PARTE A

• Parametri microbiologici

• =================================================

• Parametro Valore di parametro

• (numero/100 ml)

• ---

• Escherichia coli (E. coli) 0

• ---

• Enterococchi 0

• ---

• Per le acque messe in vendita in bottiglie o contenitori sono applicati i seguenti valori:

• =================================================

• Parametro Valore di parametro

• =================================================

• Escherichia coli (E.coli) 0/250ml

• ---

• Enterococchi 0/250 ml

• ---

• Pseudomonas aeruginosa 0/250ml

• ---

• Conteggio delle colonie a 22°C 100/ml

• ---

• Conteggio delle colonie a 37°C 20/ml

• ---

•

Studi epidemiologici hanno dimostrato intossicazioni croniche da piombo, entrato in soluzione da tubature, e da arsenico, presente naturalmente nelle acque.

INQUINAMENTO CHIMICO

Inoltre possono essere presenti nelle acque:

•metalli, quali mercurio, cadmio, cromo, nichel;

•elevata concentrazione di fluoro;

•elevate concentrazioni di nitrati.

Contaminazione di ferro e manganese

PARTE B

Parametri chimici

• ===================================================================

• Parametro Valore di Uniti di Note

• parametro misura

• ===================================================================

• Acrilammide 0,10 µg/l 1 Il valore di parametro si riferisce alla concentrazione monometrica

• residua nell'acqua calcolata secondo le specifiche di rilascio massimo del polimero corrispondente a contatto con l'acqua

• ---

• Antimonio 5,0 µg/l

• ---

• Arsenico 10 µg/l

• ---

• Benzene 1,0 µg/1

• ---

• Benzo(a)pirene 0,010 µg/l

• ---

• Boro 1,0 µg/l

• ---

• Bromato 10 µg/l 2 Ove possibile, ci si deve adoperare per applicare valori

• inferiori senza compromettere la disinfezione.

• ---

• Cadmio 5,0 µg/l

• ---

• Cromo 50 µg/l

• ---

• Rame 10 mg/l 3 Campionamento da rubinetto come media

• ---

• Cianuro 50 µg/l

• ---

• 1.2 dicloroetano 3,0 µg/l

• ---

• Epicioridrina 0,10 µg/l Nota 1

• ---

• Fluoruro 1,50 mg/l

• ---

• Piombo 10 µg/l Note 3 e 4 Per le acque di cui all'articolo 5, comma 1, lettere a), b)

• e d), questo valore deve essere soddisfatto al più tardi

• entro il 25 dicembre 2013. Il valore di parametro del piombo

• nel periodo compreso tra il 25 dicembre 2003 ed il

• 25 dicembre 2013 è pari a 25 µg/l.

• ---

• Mercurio 1,0 µg/l

• ---

• Nichel 20 µg/l Nota 3

• ---

• Nitrato (come NO₃) 50 mg/l Nota 5Deve essere soddisfatta la condizione: [(nitrato)/50+

• (nitrito)] /3=1, ove le parentesi quadre esprimono la

• concentrazione in mg/1 per il nitrato e per il nitrito

• e il valore di 0,10 mg/l per i nitriti sia rispettato

• nelle acque provenienti da impianti di trattamento.

• ---

• Nitrito (come NO2) 0,50 mg/l Nota 5

• ---

• Antiparassitari 0,10 ug/l Nota 6 e 7 Il valore di parametro si riferisce ad ogni singolo

• antiparassitario. Nel caso di aldrina, dieldrina, eptacloro

• ed eptacloro epossido, il valore parametrico è pari a 0,030 µg/l.

• ---

• Antiparassitari-Totale 0,50 µg/l Note 6 e 8

• ---

• Idrocarburi policiclici 0,10 µg/l Somma delle aromatici concentrazioni di composti specifici;

benzo(b)fluorantene - benzo(k)fluorantene - benzo(ghi)perilene - indeno(1,2,3-cd)pirene

• ---

• Selenio 10 µg/l

• ---

• Tetracloroetilene 10 µg/l Somma delle concentrazioni deiparametri specifici

• Tricioroetilene

• ---

• Trialometani-Totale 30 µg/l Somma delleconcentrazioni dicomposti specific

• Nota 10 I responsabili della disinfezione devono adoperarsi affinché

• il valore parametrico sia più basso possibile senza compromettere la disinfezione stessa. I composti specifici sono: cloroformio, bromoformio, dibromoclorometano, bromodiclorometano

• ---

• Cloruro di vinile 0,5 µg/l Nota 1

• ---

– Clorito 200 µg/l . Il valore di parametro clorito, nel periodo compreso tra il 25 dicembre 2003 e il 25 dicembre 2006, è pari a 800 µg/l

• ---

• Vanadio 50 µg/l

• ---

PARTE C RADIOATTIVITA'

---

• Parametro Valore di parametro Unità di misura Note

• ---

• Trizio 100 Becquerel/l Note 8 e 10

• ---

• Dose totale 0,10 mSv/anno Note 9 e 10

• indicativa

• ---

Disinfestazione Chimica

• Ad eccezione del trattamento con raggi ultravioletti, la disinfezione comporta

sempre il contatto con sostanze chimiche che lasciano“tracce” e modifiche più o

meno evidenti dell’acqua dando luogo ai DBP

Queste sostanze sono oltre 600 e limitate per

legge in tutti i paesi

Ozono

• Svantaggi

• Deve essere prodotto in situ

• Molto costoso

• Ossida anche lo ione bromuro a bromato limitato 10 ppb

Vantaggi distrugge i microorgansmi

Biossido di cloro

• Svantaggi

• Deve essere prodotto in situ dal clorito di sodio

• Pertanto è tossico il precursore (1,0 ppm) come il clorato

• Molto costoso

• Vantaggi

• Distrugge i microorgansmi

• Non lascia sostanze organiche clorurate in quanto le ossida a biossido di carbonio

2NaClO ₂ + Cl ₂  2ClO ₂ + 2NaCl

Clorurazione

• La clorurazione provoca l’ossidazione dei ponti di cisteina degli enzimi dei microorganismi

Cloro gas

Cl ₂ + H ₂ O  HCl +HClO HClO  HCl + O

Clorammine

NH ₂ Cl + H ₂ O  HClO + NH ₃

Clorurazione

• Vantaggi

• Il cloro permane dopo il trattamento per reazione con l’ammoniaca

• Poco costoso

• Svantaggi

• Produce composti alogenati con le sostanze

organiche (Trialometani (sospetti cancerogeni):

< 30 μg/L)

• Quantità massima di cloro 4.0 ppm

SOTTOPRODOTTI ALOGENATI CHE SI FORMANO NEL PROCESSO DI

CLORAZIONE

• Trialometani: IARC 2B Acidi aloacetici:

• cloroformio a. monocloroacetico

• bromodiclorometano a. dicloroacetico

• dibromoclorometano a. tricloroacetico

• bromoformio a. monobromoacetico

• Alogenuri di cianogeno: Aloacetonitrili:

• cloruro di cianogeno dicloroacetonitrile

• bromuro di cianogeno tricloroacetonitrile

• Alopicrine: bromocloroacetonitrile

• cloropicrine Alochetoni, aloaldeidi, alofenoli

• bromopicrine Mx: 3-cloro-4-(diclorometil)-5-idrossi-

• Cloralio idrato 2-(H)-furanone

Tabella qualità dell'acqua di ABC al 20/11/2018

parametri media valori

rilevati

valore riferimento (DLgs 31/01)

durezza totale (°F) 38 15 - 50

residuo fisso a 180°C (mg/l)

500 ≤1500

pH 7,5 6,5 - 9,5

nitrati (mg/l di NO

) 14 ≤50

nitriti (mg/l di NO

) < 0,01 ≤0,5 ammonio (mg/l di NH

) < 0,05 ≤0,5

fluoruri (µg/l di F) 400 ≤1500

cloruri (mg/l di Cl) 30 ≤250