Acqua caratteristiche.

Caratterizzazione chimico-fisica delle acque naturali.

L'acqua in natura non è mai pura, bensì contiene al suo interno molte sostanze disciolte (grazie alla sua capacità di solvente), e particelle in sospensione, la maggior parte delle quali microscopiche; le sostanze contenute sostanzialmente si suddividono in base alla loro dimensione:

  1. Materiali sospesi: > 0,1 μm argilla, silice, calcare, idrossido ferrico, alghe, grassi, microrganismi, detriti vegetali;
  2. Materiali dispersi (colloidali): 0,1 ÷ 0,001 µm (0,1 µm ÷ 1 nm) silice colloidale, acidi umici;
  3. Sostanze disciolte: < 10 Å (< 1 nm):
  • gas (O2, N2, CO2, NH3, H2S, SO2, ossidi di azoto)
  • anioni (HCO3-)
  • cationi (Ca2+, Mg2+)

Grazie alle tecniche della chimica analitica è possibile individuare le sostanze presenti nell'acqua. La caratterizzazione chimico-fisica di un'acqua naturale consiste generalmente nella seguente procedura:

  1. prelevamento (in genere si prelevano 2 campioni rappresentativi);
  2. osservazione: sensazioni organolettiche primarie;
  3. misura del pH;
  4. calcolo della torbidità: metodo fotometrico;
  5. calcolo del residuo fisso: misurazione del peso a diverse temperature;
  6. determinazione della conducibilità elettrica;
  7. determinazione anioni e cationi (tra i quali ioni Ca2+, Mg2+ e HCO3-) e calcolo della durezza: metodi complessometrici e/o altro;
  8. determinazione del TOC: concentrazione del carbonio organico totale;
  9. determinazione dei composti azotati: concentrazione di ammoniaca, nitriti, nitrati.

Tutte le acque naturali contengono un certo numero di microrganismi, sia autotrofi sia eterotrofi, rappresentati da batteri, alghe, funghi e protozoi, che costituiscono la microflora autoctona delle acque, dove svolgono una funzione fondamentale in tutti i cicli biogeochimici e sono i principali responsabili dei fenomeni di autodepurazione. Anche le acque sotterranee ospitano una microflora specifica, rappresentata soprattutto da organismi oligotrofi, a causa della bassa concentrazione di nutrienti.

L'inquinamento dell'acqua di origine antropica, soprattutto quello derivante dallo scarico nelle acque naturali di reflui organici di origine civile, può introdurre nei corpi idrici microrganismi non tipici dell'ecosistema acquatico, che costituiscono una microflora d'inquinamento. Tra questi vi possono essere anche batteri patogeni dei generi Salmonella, Shigella, Vibrio, Clostridium, Pseudomonas, Campylobacter, Mycobacterium, Legionella, ecc, oltre a protozoi, elminti e virus di origine enterica. La presenza di questi patogeni può essere pericolosa soprattutto per quelle acque che sono utilizzate dall'uomo per scopi potabili o ricreativi. L'analisi microbiologica di un'acqua, tuttavia, più che alla ricerca dei patogeni, tende a rilevare microrganismi che sono definiti indicatori d'inquinamento fecale, che albergano nell'intestino umano e di animali e vengono quindi eliminati con le feci. Questi indicatori hanno la caratteristica di avere concentrazioni, nei reflui organici, notevolmente superiori a quelle di eventuali patogeni e, inoltre, richiedono tecniche di rilevamento molto più semplici, per cui si possono facilmente inserire nei protocolli analitici di routine per la caratterizzazione microbiologica delle acque. I principali organismi indicatori ricercati nelle acque sono:

  • Coliformi a 37 °C;
  • Escherichia coli;
  • Enterococchi;
  • Clostridium perfringens.

Nelle acque destinate al consumo umano, si esegue anche il conteggio delle colonie a 22 °C. Nelle acque potabili i microrganismi indicatori di inquinamento fecale (Escherichia Coli e Enterococchi) devono essere costantemente assenti e la carica microbica totale deve essere contenuta e costante. La presenza nell'acqua di uno o più di questi indicatori rappresenta un primo segnale di allarme per una probabile contaminazione fecale e può indirizzare verso la ricerca di eventuali patogeni.

Classificazione delle acque naturali.

A seconda della loro provenienza, le acque naturali si classificano in:

  • acque meteoriche (pioggia, neve, grandine, rugiada, brina);
  • acque sotterranee (falde profonde o freatiche);
  • acque superficiali (mari, fiumi, laghi, sorgenti).

L'acqua compie un ciclo continuo (il cosiddetto ciclo dell'acqua o ciclo idrologico), consistente nel continuo scambio di acqua nell'idrosfera tra l'atmosfera, il suolo, le acque di superficie, le acque profonde e gli esseri viventi. Grazie all'evaporazione delle acque superficiali per effetto dell'irraggiamento solare e alla traspirazione delle piante, si formano le nubi negli strati più freddi dell'atmosfera. Queste vengono trasportate dai venti ed al variare di temperatura e/o pressione, ritornano al suolo sotto forma di acque meteoriche, arricchendo ulteriormente le acque superficiali e in parte (filtrando nel terreno) quelle sotterranee. Poiché moltissime sostanze hanno una certa solubilità in acqua, in natura praticamente non esistono acque pure.

Le acque meteoriche contengono gas normalmente presenti nell'atmosfera (principalmente N2, O2 e CO2), quelli localmente presenti per via di attività industriali o di centri abitati (SO2, SO3, ossidi di azoto, CO) e quelli che provengono dalla decomposizione di sostanze organiche naturali (H2S, NH3). L'acqua meteorica può reagire con tali sostanze. Un esempio è dato dal fenomeno della pioggia acida: SO3 + H2O → H2SO4 Le acque sotterranee, alimentate dall'infiltrazione delle acque meteoriche, da cui il terreno filtra le sostanze in sospensione, sono acque minerali. A volte le acque sotterranee fuoriescono spontaneamente diventando acque sorgive (notevolmente pregiate per l'uso potabile per la mancanza di organismi patogeni, ma spesso la qualità viene minacciata da erbicidi e pesticidi, che sono estremamente dannosi per la salute).

Le acque sotterranee, ossidando le sostanze organiche presenti nel suolo, si arricchiscono di anidride carbonica, facilitando la dissoluzione di rocce calcaree secondo la reazione: CaCO3 [insolubile] + CO2 + H2O ⇌ Ca(HCO3)2 [solubile] MgCO3 [insolubile] + CO2 + H2O ⇌ Mg(HCO3)2 [solubile] Se la concentrazione del diossido di carbonio è elevata, la quantità di roccia dissolta è elevata e si possono formare delle grotte; tale fenomeno in Italia è chiamato carsismo (dalla regione del Carso, dove questo fenomeno è frequente). La reazione chimica anzidetta può avvenire in entrambe le direzioni (da sinistra verso destra o da destra verso sinistra): dalla reazione inversa alla precedente, con l'eliminazione dell'anidride carbonica, si ha quindi la formazione di stalattiti e stalagmiti.

Le acque superficiali hanno composizione estremamente variabile a seconda delle condizioni climatiche ed ambientali. Si possono classificare in:

  • acque dolci (3%, per circa i 3⁄4 allo stato liquido);
  • acque salate.

Il mar Mediterraneo contiene circa il 3,5 % di sali (77,7% cloruro di sodio, 11% cloruro di magnesio ed il restante diviso tra solfati di magnesio, calcio, potassio, carbonato di calcio e bromuro di magnesio).