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M.E.A
Laboratorio Didattico Permanente di
Monitoraggio ed Educazione Ambientale “M.E.A.”
Attività LABORATORIO MEA
Anno 2009
Inquinamento dell’acqua e del
suolo, monitoraggio
R. Gagliano-Candela
Cattedra di Tossicologia Forense
Università di Bari
Definizione di inquinamento
“L’inquinamento è una modificazione
sfavorevole di un ambiente naturale
dovuta completamente o parzialmente
all’attività umana,
con interventi diretti o indiretti, che alterano le
caratteristiche fisico-chimiche dell’acqua, i
flussi di energia e la struttura e abbondanza
delle associazioni dei viventi”.
(definizione del Comitato Ecologico Americano)
L’inquinamento delle acque
Inquinamento marino e inquinamento delle
acque interne sono strettamente connessi e
dipendono in larghissima misura dagli
inquinanti trasportati in mare dai fiumi oltre
che dagli scarichi a mare degli agglomerati
urbani e delle industrie situate lungo la costa.
Fonti di inquinamento
Fonti terrestri dirette: acque di rifiuto
urbane, domestiche, industriali, acque di
pioggia che hanno raccolto sul terreno
materiali inquinanti, etc.
Fonti terrestri indirette: materiali inquinanti
trasportati dai fiumi e che hanno subito una
certa diluizione.
Fonti atmosferiche: per ricaduta di sostanze
radioattive dovute ad attività terrestri (centrali
termiche, nucleari)
Tipi di Inquinamento
L’inquinamento delle acque può essere
• naturale
per fenomeni non dipendenti dall’intervento
dell’uomo
(As, Se, U: acque sotterranee alluvionali)
• domestico e urbano
ha origine dai liquami delle fogne urbane
(nitrati, ammonio, da impianti trattamento, da discariche civili)
• agricolo
dipende dall’uso di prodotti chimici in agricoltura
(nitrati, pesticidi)
• industriale
provocato dall’eliminazione nell’ambiente esterno
delle acque residue di lavorazioni industriali
(solventi organici clorurati, ftalati)
Gli effetti dell’inquinamento delle acque
dipendono dalle componenti che li determinano
e si manifestano attraverso la mancanza di
ossigeno, presenza di sostanze tossiche, e
variazioni
della
temperatura
dell’acqua
ricevente.
Per effetto del metabolismo anaerobio che si verifica per la riduzione
dell’ossigeno nell’acqua, le sostanze “donatori di ossigeno” (nitrati, solfati e
fosfati) vengono ridotte dando luogo alla formazione di sostanze nocive e
maleodoranti, tossiche per microrganismi animali e vegetali delle acque e,
in alcuni casi, per l’uomo.
Gli elementi inquinanti (oli, detergenti) possono compromettere il passaggio
delle radiazioni solari nell’ambiente acquatico e, di conseguenza,
interferiscono sui cicli vitali dei microrganismi vegetali e animali.
Lo scarico di impianti industriali con raffreddamento ad acqua, può
compromettere l’equilibrio termico e le reazioni biochimiche termoregolate.
Gli inquinanti non degradabili
(le lattine di alluminio, i sali di mercurio, le sostanze chimiche con radicali
fenolici a lunga catena laterale, il DDT),
non solo si accumulano,
ma subiscono anche, durante il loro passaggio
attraverso i cicli biogeochimici e le catene
alimentari, il processo della "magnificazione
biologica".
Inoltre si combinano spesso con composti
presenti nell’ambiente, formando altre
sostanze tossiche.
Gli inquinanti biodegradabili (rifiuti domestici),
possono essere rapidamente decomposti da processi
naturali o con sistemi meccanici che aumentano la
capacità della natura di decomporre e di riciclare le
sostanze.
Gli inquinanti degradabili che forniscono energia
(sostanze organiche), o nutrienti (fosfati, carbonati, ecc.)
possono far aumentare la produttività,
fornendo energia sussidiaria se vengono
immessi in quantità moderata nell’ecosistema.
Se la quantità è notevole, si raggiunge un
valore critico, (fioriture algali). Oltre questo
limite, si ha una condizione di stress, e il
sistema viene “avvelenato”.
•Sostanze Inquinanti delle acque
possono restare in sospensione nell’atmosfera o nei fiumi o per
giorni o mesi, negli oceani per anni o addirittura milioni di anni
Idrocarburi
formano sottili pellicole alla superficie dell’acqua (slicks) con azione
tossica sugli organismi planctonici vegetali e animali.
Inquinamento da "Metalli Pesanti"
Il mercurio si concentra nei pesci e molluschi, tossici per l’uomo.
Il piombo si concentra nei sedimenti ed in organismi bentonici
costieri (mitili).
Inquinamento da scarichi urbani
liquami di natura organica (mineralizzate dai batteri, producono sali
nutritivi: nitriti, nitrati e fosfati >> alghe)
I detersivi usati nelle industrie e nelle lavatrici domestiche.
Le acque di fogna producono modificazioni ambientali: diminuzione
della trasparenza e dell’ossigeno, variazioni del pH, aumento della
anidride carbonica (CO2) e di altri prodotti della degradazione delle
sostanze organiche (H2S, NH3, CH4, ecc.) problemi di tipo infettivo.
L’OMS ha stabilito da oltre trent’anni le “Norme
internazionali applicabili alle acque potabili”; tale
documento è stato integrato ed aggiornato nel 1980
dalla CEE
Criteri che definiscono la potabilità dell’acque:
•criteri idrogeologici: identificazione delle falde e delle
acque sotterranee da utilizzare
•criteri organolettici: acqua non torbida, senza odori o
sapori sgradevoli, sufficientemente fresca
•criteri fisici: temperatura, conducibilità, residuo fisso a 180°
e pH.
(le acque migliori non sono eccessivamente mineralizzate)
•criteri chimici: tipo e il grado di mineralizzazione, di carico
organico, di sostanze indesiderabili, di sostanze che possono
interferire con la salute e di sostanze tossiche
•criteri microbiologici: assenza di microrganismi patogeni
(coliformi).
D.L. 152/99 "Disposizioni sulla tutela delle acque dell'inquinamento
e recepimento della direttiva 91/271/ CEE concernente il trattamento
delle acque reflue urbane e della direttiva 91/ 676/ CEE relativa alla
protezione delle acque dall'inquinamento provocato dai nitrati
provenienti da fonti agricole”
La prima classificazione della qualità dei corsi d’acqua
prevede determinazioni sulla matrice acquosa e sul biota;
integrate da indagini sui sedimenti e da test di tossicità.
I parametri di base (temperatura, pH, nutrienti, B.O.D.,
C.O.D., ecc.) riflettono le pressioni antropiche (carico organico,
bilancio dell’ossigeno, dell’acidità, del carico microbiologico).
I parametri macrodescrittori individuano la classificazione
(es. Escherichia Coli (UFC/100 ml) (coliformi totali, coliformi fecali e
streptococchi fecali).
Campionamento
I recipienti usati per il campionamento sono di materiale
diverso a seconda delle analisi da eseguire in quanto ogni
materiale può cedere all'acqua le sostanze di cui è composto o
può fissarne altre presenti nell'acqua.
In genere si usa la plastica (politene), il vetro (pirex), l'acciaio
inossidabile.
Il recipiente deve essere lavato accuratamente con acidi, poi
ripetutamente con acqua comune ed infine con l'acqua in
esame.
Per raccogliere il campione da una sorgente, da un fiume, da
un serbatoio, da un pozzo ecc. si deve immergere
completamente il recipiente nell'acqua evitando di raccogliere
lo strato superficiale o il deposito di fondo.
Per prelevare il campione da un rubinetto o
una pompa o una valvola,
si lascia prima scorrere tutta l'acqua che si
trova ferma nel corpo di questi apparecchi
•Alcune determinazioni devono essere fatte
direttamente sul posto come: temperatura,
conducibilità, pH, ecc., altre possono essere
eseguite in laboratorio dopo aver aggiunto al
campione gli opportuni conservanti.
•La rilevazione della temperatura, in
particolare, viene effettuata tramite un
termometro a capillare graduato in decimi di
grado centigrado.
La temperatura di un corso d'acqua assume
particolare importanza qualora il sito sia in
prossimità di insediamenti industriali
(inquinamento termico).
•BOD (richiesta di ossigeno biologico di un'acqua)
Valutazione dell'inquinamento da parte di sostanze
organiche disciolte, Queste vengono spontaneamente
aggredite e digerite dai microrganismi presenti
nell'acqua con consumo di ossigeno disciolto.
La quantità di ossigeno consumato è indice della
quantità di sostanza organica inquinante.
•La determinazione del BOD viene effettuata per
mezzo di una titolazione ossidimetrica; il campione
viene saturato di aria, e messo in un frigotermostato
per cinque giorni alla temperatura di 20 °C
•C.O.D. domanda di ossigeno chimica
Rappresenta i mg di ossigeno richiesti da un
litro di acqua per autodepurarsi chimicamente,
ossia per effetto di sostanze ossidanti:
permanganato e bicromato di K.
•Questi composti ossidano e distruggono le
sostanze inquinanti.
•I.O.D. domanda di ossigeno immediata o
più precisamente ossidabilità al permanganato
Le sostanze organiche presenti sono ossidate a
caldo con KMnO4.
Dalla quantità di KMnO4 si risale alla quantità di
ossigeno secondo la seguente reazione:
• Caratteri Organolettici
Odore: un'acqua pura deve essere inodore, la
presenza di odore è indice di inquinamento.
• Odore di uova marce indica la presenza di H2S o
SOLFURI
• odore di terra indica la presenza di sostanze
HUMICHE, HUMUS
• odore di vermi indica la presenza di sostanze
FOSFORATE
Colore: un'acqua pura deve essere incolore.
Per valutare l'alterazione, si paragona il suo
colore con soluzioni standard di cloro
platinato di K.
Sapore:
un'acqua pura deve essere insapore.
Determinazione dei Solidi
Disciolti La somma di tutte le sostanze
inorganiche disciolte nell'acqua; i valori che
assumono sono significativi per la
caratterizzazione delle acque.
•Residuo fisso a 180°C
In capsula di porcellana previamente tarata si fanno
evaporare 100 ml di acqua, quindi in stufa a 180°C per
un'ora. Si raffredda in essiccatore e si pesa. La differenza
tra le due pesate da il residuo fisso espresso in mg/l.
•Conducibilità elettrica
è una funzione diretta della concentrazione ionica e quindi
una misura indiretta del suo contenuto salino.
La determinazione viene effettuata mediante conduttometri
e si esprime in µS/cm.
Acqua distillata = 2
Acqua potabile: fra 300 - 400 µS/cm
Acque naturali: fra 100 e 1000
•Determinazione del pH
importante specialmente ai fini industriali,
perché il valore del pH influisce notevolmente
sull'andamento dei processi corrosivi cui vanno
soggetti i metalli a contatto con l'acqua e
sull'andamento di molti processi chimici.
Il pH serve, inoltre, per la determinazione
dello ione carbonato, bicarbonato e anidride
carbonica disciolta.
•La misura viene effettuata su pHmetro
digitale previa taratura dello strumento.
• Durezza
La durezza è data dalla somma dei sali solubili di Ca e
Mg presenti in un acqua e si divide in:
• durezza totale che comprende tutti i sali disciolti di
Ca e Mg;
• durezza temporanea che viene eliminata per
semplice ebollizione durante la quale i bicarbonati
solubili di Ca e Mg vengono eliminati come carbonati
insolubili;
• durezza permanente che è dovuta a tutti i sali di
Ca e Mg che rimangono in soluzione dopo
ebollizione.
Secondo la durezza le acque vengono classificate in:
• - "dolci" con durezza minore di 150 ppm;
• - "dure" con durezza compresa fra 150 e 300 ppm;
•Determinazione dei Cloruri
•Determinazione dell'Alcalinità
Nelle acque naturali l’alcalinità ha una notevole importanza,
poiché svolge una funzione tampone nei confronti delle
variazioni di pH determinate dall’attività fotosintetica.
Inoltre i carbonati e i bicarbonati hanno anche la funzione di
complessare i metalli tossici.
Scarichi acidi, possono arrivare da industrie: produzione di esplosivi,
miniere, stabilimenti chimici, ecc.;
scarichi alcalini derivano da: concerie, cotonifici, ecc.
•Determinazione dei Nitriti
Si formano per la riduzione dei nitrati e per l’ossidazione
dell’NH3.
In ambienti ossigenati sono trasformati in nitrati e viceversa.
Acque che contengono elevate concentrazioni di nitriti sono
inquinate.
•Determinazione dei Nitrati
Si formano dalla completa ossidazione dell’ammoniaca
ad opera dei microrganismi presenti nel suolo e
nell’acqua. I nitrati sono assimilati dalle piante e
convertiti in proteine.
Le cause della loro presenza sono: scarichi urbani, scarichi
industriali, ricadute atmosferiche di prodotti di combustione
contenenti l’azoto e dei processi di mineralizzazione.
•Determinazione dell'Ammoniaca
Deriva dalla decomposizione della sostanza organica,
quindi è considerata uno degli indici chimici più
sensibili per individuare un inquinamento fecale.
•Determinazione dei Fosfati
ANALISI DEL TERRENO
PRELIEVO DEL CAMPIONE PER L'ANALISI DEL SUOLO
L'analisi del terreno è uno strumento di lavoro utile al fine di
individuare soluzioni a problemi relativi alla gestione della
fertilità del suolo e della nutrizione delle colture.
I dati delle analisi sono indicativi delle potenzialità nutritive del
suolo e forniscono suggerimenti utili per programmare gli
interventi di fertilizzazione.
I suoli possono presentare estrema variabilità, anche in zone
ristrette, sia in senso orizzontale che in senso verticale, a
seguito delle trasformazioni naturali e dell'intervento
dell'uomo.
La difficoltà maggiore del campionamento (modalità, epoca,
localizzazione) sta proprio nel realizzare un campione che sia
rappresentativo ed idoneo a fornire le indicazioni utili allo
scopo dell'indagine.
•Area di campionamento
Individuare aree omogenee escludendo dal campionamento
aree con caratteristiche diverse che saranno campionanate a
parte. Possono essere escluse se la loro estensione è molto
ridotta e non significativa sotto l'aspetto produttivo.
•L'omogeneità delle aree da campionare fa riferimento a
colore del suolo, aspetto fisico, ordinamento colturale,
fertilizzazione ricevuta, vegetazione coltivata o spontanea, e
altre caratteristiche coerenti con le finalità dell'analisi
(caratterizzazione del suolo, controllo, comparazione, ecc.).
•All'interno dell'area individuata verranno prelevati più
sottocampioni evitando i bordi dell'area stessa e tutte le zone
o micro-zone con caratteristiche diverse da quelle medie
dell'area (zone di ristagno, affioramento del sottosuolo, zone di
accumulo di fertilizzanti e/o prodotti e/o sottoprodotti e scarti, zone
a quota diversa da quella media, ecc).
I sottocampioni saranno prelevati o in modo
sistematico all'interno di un reticolato
adeguatamente dimensionato oppure in punti
casuali o distribuiti lungo traiettorie a X o a W,
tenendo conto sempre della rappresentatività.
•Profondità del campionamento
Solitamente, quando lo scopo dell'analisi è la caratterizzazione
del suolo, il dato analitico deve riguardare lo strato esplorato
dalle radici.
Pertanto si procederà in modo diverso:
- Nei suoli arati o comunque soggetti a rovesciamenti e/o
rimescolamenti il campionamento raggiungerà la massima
profondità di lavorazione.
- Nei frutteti inerbiti, nei suoli a pascolo, ecc., dopo aver
eliminato la parte aerea della vegetazione e la cotica, il
campione sarà prelevato fino alla profondità interessata dalle
radici
-Per il sottosuolo ci si baserà sul profilo pedologico
- Per controlli particolari ci si baserà sul fenomeno che si
intende controllare.
•Esecuzione del prelievo
Una volta individuati i punti del prelievo
procedere con la sonda o con la vanga fino
alla profondità prevista.
Quando si usa la vanga procedere scavando
una buca verticale e prelevare una fetta
verticale di terreno lungo la parete della buca,
partendo dal fondo e risalendo fino alla
superficie.
•Formazione dei campioni
Trasferire via via i singoli prelievi in un secchio
di plastica ben pulito.
Mescolare ed omogeneizzare con cura tutto il
materiale raccolto.
Prelevare circa 2 kg di terreno ben
omogeneizzato, trasferirlo in un contenitore o
in un sacchetto asciutto e ben pulito,
impermeabile all'acqua e alla polvere,
chiuderlo per bene ed etichettarlo
adeguatamente per poterlo identificare.
Non inserire etichette o altro materiale
all'interno del sacchetto a contatto con il suolo.
Grazie dell’ascolto