analisi chimiche delle acque

Materie:Riassunto
Categoria:Chimica
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Testo

Acque potabili

Acque destinate al consumo umano o utilizzate in un'impresa alimentare per la fabbricazione, il trattamento, la conservazione, l'immissione sul mercato di prodotti o sostanze destinate al consumo umano e che possono avere conseguenze sulla salubrità del prodotto alimentare finale, 270.

Caratteristiche

Può essere destinata al consumo umano ogni acqua, qualunque sia l'origine, sia allo stato in cui si trova, sia dopo trattamento (cfr. Potabilizzazione). Non sono comprese nelle acque potabili le acque minerali naturali né le acque medicinali. L'acqua destinata al consumo umano non solo deve essere esente da sostanze chimiche e da microrganismi nocivi alla salute, ma deve anche avere un contenuto salino tale da poter svolgere efficacemente la funzione equilibratrice del sistema osmotico dell'organismo. Infine, è indispensabile che essa sia fresca, limpida, incolore, gradevole, inodore.

Controllo

Per valutare la qualità dell'acqua da utilizzare a scopo potabile si ricorre a:

- esami chimici e chimico-fisici atti a rilevarne le caratteristiche organolettiche, chimico-fisiche e chimiche, e a evidenziarne la presenza di sostanze indesiderabili (al di là di certe concentrazioni possono influenzare la salute del consumatore) o di sostanze tossiche;
- esami microbiologici atti a rilevare la presenza di microrganismi patogeni;
- esami microscopici atti a rilevare la presenza di
organismi che provocano problemi di qualità (cfr. Caratteristiche organolettiche).

Impianti di captazione e di distribuzione

Per distribuire acqua potabile alle collettività umane si ricorre alla costruzione di acquedotti, costituiti, secondo la normativa italiana, da:

- impianto di attingimento. Comprende le opere occorrenti per la raccolta, la regolazione, la derivazione delle

Analisi delle acque

Caratteri fisici ed organolettici
1) Temperatura : un’aumento della temperatura diminuisce la quantità di ossigeno disciolto.
Valore guida acqua al consumo 12°C Valore limite 25°C
2) Colore: può essere dato da ferro e manganese, sostanze organiche e microrganismi. Assente nelle acque potabili.
3) Torbidità: dovuta a particelle finissime incapaci di sedimentare. Si confronta con standard contenenti una quantità crescenti di silice colloidale.
4) Odore: dovuto a fenomeni putrefattivi superficiali, H2S, NH3.

Parametri chimici
1) Durezza
E’ dovuta alla presenza di sali di calcio e magnesio che possono formare in presenza di ioni carbonato depositi incrostanti di calcare. Si divide in:
A) Permanente rimane anche dopo ebollizione.
B) Temporanea: scompare con l’ebollizione per la precipitazione dei carbonati di calcio e magnesio presenti.
La durezza è espressa in °F. 1°F = 10 ppm di CaCO3 equivalente.
La sua determinazione è fatta per via volumetrica chelatometrica con EDTA (vedere analisi quantitativa).
L’acqua potabile dovrebbe avere un valore di durezza < 60°F
L’acqua industriale deve avere una durezza tanto inferiore quanto più crea pericoli di incrostazioni.
Acqua di raffreddamento < 30 °F più dolce è meglio è.
Acqua per caldaie: ci sono limiti di legge, la durezza è tanto inferiore quanto maggiore è la pressione di esercizio

2) Alcalinità
E’ la capacità di neutralizzare gli acidi e pertanto è una misura della capacità tampone di un’acqua.
E’ espressa convenzionalmente come mg di CaCO 3 in 1litro d’acqua e si ottiene volumetricamente per titolazione con HCl 0,02 M, indicatore fenolftaleina, (dà i carbonati) e indicatore metilarancio (dà anche i bicarbonati). Per la determinazione vedere anche analisi delle miscele di carbonati in Chimica Analitica Quantitativa.
Entro certi limiti, maggiore è l’alcalinità, minore è la corrosione che quest’acqua determina.

3) pH
L’acqua potabile deve avere un pH compreso fra 6,5 e 8,5.
Per il pH delle acque reflue vedere tabelle legge Merli.
Il bicarbonato dà al solito effetto tampone, ma nulla può contro gli scarichi industriali provenienti da industrie chimiche quali miniere, officine galvaniche , industrie tessili e di accumulatori che danno scarichi acidi e devono prima essere neutralizzate. Scarichi alcalini derivano invece da concerie, industrie lavorazione cotone e di produzione di gas.
Un pH acido o basico inibisce i microrganismi di autodepurazione delle acque, oltre l’intervallo 5-9 risulta letale per i pesci. La determinazione del pH è effettuata con un pH-metro.

4) Cloruri
La loro quantità nelle acque potabili dovrebbe aggirarsi sui 10-20 ppm , la stessa quantità nell’acqua di fiume, 50 ppm
nell’acqua di pozzo, 20.000 ppm nell’acqua marina. Se le acque di pozzo o di fiume dessero valori molto superiori, potrebbero aver subito inquinamenti per infiltrazione di rifiuti organici, la qual cosa deve essere suffragata da altre analisi chimiche e batteriologiche.
La determinazione quantitativa si esegue per via volumetrica col metodo di Mohr (vedi Chimica Analitica Quantitativa) usando come titolante nitrato di argento 0,01 M e indicatore cromato di potassio in ambiente neutro.
Interferiscono con l’analisi la presenza di fosfati (precipita Ag 3 PO 4) e sostanze riducenti che riducono l’argento.

5) Solfuri
La presenza di solfuri può essere indice di putrefazione anaerobica di sostanze organiche, non devono essere presenti nelle acque per uso potabile e per gli animali. Ne è salvaguardia il cattivo odore; nelle acque industriali provocano corrosione degli acciai inossidabili e dell’ottone e formano precipitati poco solubili . Si trovano nelle acque reflue di industrie conciarie, cartarie, di produzione cellulosa, raion, industrie petrolchimiche e di gas naturale.
Determinazioni:
a) volumetricamente per via iodimetrica per quantità rilevanti (interferiscono i solfiti)
b) colorimetricamente per tracce. I solfuri in ambiente acido e in presenza di FeCl3 formano con tracce di para-dimetil-ammino-anilina il blu di metilene (vedere Finotello analisi alimenti).

6) Ossigeno disciolto
Oltre che dalla temperatura e dalla pressione parziale, la quantità di ossigeno disciolto in un acqua dipende dalla quantità di sostanze organiche disciolte, dall’attività batterica e dalla attività fotosintetica. Meno ossigeno c’è meno è buona è l’acqua per uso potabile (valore guida 5 ppm minimo da cui si capisce come anche la temperatura possa essere considerata un inquinante) .D’altra parte la possibilità di ossigenare un acqua oltre che dalle sue caratteristiche fluidodinamiche dipende dalla presenza di oli, tensioattivi e solidi sospesi. In un acqua industriale invece l’ossigeno favorisce la corrosione e la presenza di metalli fra cui il ferro nell’acqua. Un acqua per caldaie in pressione dovrà essere deossigenata. Un acqua reflua ha scarsa quantità di ossigeno a causa della biodegradazione di sostanze organiche a spese appunto dell’ossigeno disciolto (BOD).
La quantità di ossigeno in un acqua può essere determinata per via iodometrica con Mn2+che si ossida a MnO2

7) Residuo fisso
E’ un indice delle sostanze, prevalentemente inorganiche, disciolte nell’acqua.
Si evapora in capsula un volume noto di acqua e si essicca in stufa a 180°C fino a peso costante (concentrazione max ammissibile 1500ppm).

8) Conducibilità elettrica
Come il residuo fisso è un indice delle sostanze solide specie inorganiche, ionizzabili sciolte in acqua. Ovviamente le sostanze organiche non sono rilevate. Grossolanamente 1 10-6S/cm (Siemens/cm) corrisponde a 0,7 ppm di residuo secco.
La determinazione si effettua con un conduttometro a corrente alternata (vedi testi di Chimica analitica strumentale es. Amandola Terreni); nell’acqua potabile il valore guida è 400 µS/cm nell’acqua distillata non deve superare l µS/cm. Per verificare l’avvenuta demineralizzazione di un acqua per alimentazione delle caldaie è posto un misuratore di conducibilità al termine dell’impianto a resine scambiatrici.

9) Sostanze organiche (Kubel)
E’ in pratica la determinazione dell’ossigeno richiesto per ossidare le sostanze organiche presenti e eventuali specie inorganiche riducenti, che interferendo devono essere precedentemente eliminate.
Nell’acqua potabile non dovrebbero superare le 2 ppm, (concentrazione max ammissibile 5 ppm). La fauna ittica può sopravvivere fino a 40 ppm. Acque di scarico urbane possono contenere una quantità di sostanze organiche molto elevata eliminabile con metodi di depurazione biologica.
Il metodo di Kubel è un metodo permanganatometrico per sostituzione:
Si acidificano 100 ml di campione con H2SO4 6 M e si scalda all’ebollizione per eliminare le sostanze inorganiche riducenti come S = , NO2- , SO=3 S2 O3 =, e si ripristina il volume iniziale con acqua distillata.
Si aggiunge una certa quantità esattamente nota di KMnO4 N/80 (es. 5 ml) e si fa bollire per 10 minuti onde ossidare tutte le sostanze organiche, quindi si aggiunge una quantità esattamente uguale di acido ossalico N/80 (5 ml), riducendo in tal modo il permanganato in eccesso e sostituendo quindi le incognite sostanze organiche ,di eventualmente lenta ossidazione, con una pari quantità di ioni ossalato . A questo punto si titola l’ossalato con permanganato N/80 . Si può verificare che i ml di permanganato utilizzati corrispondono ai ppm di ossigeno richiesti per ossidare le sostanze organiche presenti inizialmente nell’acqua.

10) C.O.D.
Il COD (Chemical Oxigen Demand) misura l’ossigeno richiesto (in mg/dm3) per l’ossidazione chimica delle sostanze organiche ed eventualmente inorganiche presenti in un campione d’acqua in specifiche condizioni di:
Temperatura :100°C
Tempo : 2ore
Ossidante : K2 Cr2 O7 0,25 N
Ambiente: molto acido per la presenza di acido solforico concentrato 96%
Catalizzatori.: Ag2 SO4, HgSO4 (serve a complessare i cloruri)
Il significato di questa analisi è pertanto analoga a quella precedente, ma è preferita dall’O.M.S: (organizzazione mondiale sanità) in quanto i risultati sono più ripetibili. Si differenzia dal BOD in quanto con questo metodo si ossidano tutte le sostanze organiche e non solo quelle biodegradabili
Come il metodo di Kubel, anche questa è una titolazione per spostamento di tipo volumetrico.
In un pallone da 500 ml posto su un mantello riscaldante e collegato ad un refrigerante a ricadere vengono posti i reattivi: solfato di mercurio (0,5g) campione (50,0 ml) , 25,00 ml di bicromato (soluzione standard) ,60 ml di acido solforico, addizionato con solfato di argento (5,5 g in 1 litro di acido concentrato), si fa bollire per 2 ore con refrigerante a ricadere, quindi si raffredda, si diluisce con acqua distillata a circa 200ml e si titola con soluzione standard di solfato ferro-ammonico (indicatore ferroina) .
Il metodo su descritto si utilizza per COD superiore a 50 ppm ed inferiore a 500 ppm mentre per concentrazioni inferiori o superiori di COD si modifica leggermente il procedimento (vedere Finotello “analisi Alimenti”) .
Interferenze: alcune sostanze molto volatili (idrocarburi alifatici) possono essere non ossidate in quanto proprio per la loro volatilità possono uscire dalla apparecchiatura prima di essere ossidate. Disturbi possono derivare da acque contenenti più di 2000 ppm di ioni cloruro che complessati dall’ Hg2+ ne richiedono una quantità superiore.I riducenti inorganici debbono essere determinati a parte e sottratti.

11) Ammoniaca
La presenza di ammoniaca in un acqua di primo impiego è in genere indice di un inquinamento di tipo organico (fecale) perché si ottiene dalla decomposizione aerobica ed anaerobica di sostanze azotate da parte di microrganismi . Nelle acque reflue si trova negli scarichi di concerie, attività zootecniche o impianti chimici in genere.
La tossicità dell’ammoniaca in forma molecolare (quindi in ambiente basico) è circa 50 volte superiore a quella dello ione ammonio. Come livello di qualità per la vita dei pesci, la concentrazione limite è di 0,02 ppm per un pH inferiore a 8,5 mentre concentrazioni comprese fra 0,2 e 2 ppm sono risultate tossiche anche se non sempre letali per molte varietà di pesci. Nella potabilizzazione delle acque la presenza di ammoniaca determina una maggiore richiesta di cloro ed allunga il tempo di disinfezione.
L’ammoniaca è determinata colorimetricamente in ambiente basico (pH>10,5) con il reattivo di Nessler (costituita da ioduro mercurico e ioduro di potassio in una soluzione di idrossido di sodio) che forma già con basse concentrazioni di ammoniaca una colorazione gialla tanto più intensa quanto maggiore è la concentrazione di ammoniaca presente. Disturbano l’analisi la presenza di ioni calcio, magnesio, ferro, solfuro che , potendo provocare intorbidamento in presenza del reattivo di Nessler devono essere preventivamente precipitati con una soluzione di solfato di zinco in ambiente basico.
La concentrazione massima ammissibile (C.M.A.) è 0,5 ppm in ione ammonio e il valore guida 0,05 ppm.

12) Nitriti
Si formano in natura per riduzione dei nitrati o per ossidazione dell’ammoniaca ad opera di microrganismi presenti in a nel suolo, nell’acqua, nei liquami, nell’intestino. In acque ben ossigenate sono trasformati rapidamente in nitrati, reciprocamente in ambiente anaerobico i nitrati sono ridotti a nitriti. I nitriti sono tossici perché possono reagire con l’emoglobina del sangue dando metaemoglobina con difficoltà al trasporto di ossigeno (particolarmente pericolosa per i neonati) e, in presenza di ammine, possono formare nitrosammine con azione cancerogena, mutagena e teratogena.
Oltre che per la sua tossicità l’acqua potabile deve essere priva di nitriti perché sono anche un indice di inquinamento batteriologico.
Il dosaggio si esegue colorimetricamente a 520 nm, per confronto con un bianco costituito dagli stessi reattivi in acqua distillata tramite reattivo di Griess A (acido solfanilico in acido cloridrico concentrato) che in presenza di nitriti dà un sale di diazonio e dopo aver portato dopo 5-10 minuti la soluzione a pH acetico dà, addizionato a cloridrato di -naftilammina (reattivo di Griess B) un’intensa colorazione rossa dovuta alla formazione di un colorante azoico. La misura della colorazione è effettuata fra i 15 e i 20 minuti dall’aggiunta del reattivo. Al fine di prevenire una eventuale conversione dei nitriti in nitrati o in ammoniaca da parte di eventuali batteri presenti, la determinazione deve essere effettuata il più presto possibile.
Nell’acqua potabile dovrebbero pertanto essere assenti mentre la C.M.A è 0,1 ppm.

13) Nitrati
Sono i prodotti finali dell’ossidazione dell’ammoniaca e dei nitriti da parte dei microrganismi del suolo, sono assimilati dalle piante cui sono forniti nei fertilizzanti e trasformati in proteine. Causa principale della presenza dei nitrati nelle acque primarie è il dilavamento del suolo trattato con fertilizzanti, ma sono anche presenti nelle piogge acide. Nelle acque reflue sono presenti negli scarichi urbani, industriali (industrie alimentari, di esplosivi e chimiche in genere) L’uomo li assorbe dai vegetali, insaccati ed acqua (valore guida 5 ppm, valore massimo ammissibile 50 ppm) tanto che ne assumiamo in media 100 mg/giorno. Il pericolo da parte dei nitrati non è tanto la loro tossicità, bassa, quanto la loro trasformabilità in nitriti di cui abbiamo già parlato. In un fiume la loro presenza può essere fonte di ossigeno, dove diminuiscono la possibilità di processi anaerobici e di produzione di cattivi odori, inoltre favorendo la crescita di alghe che producono ossigeno per fotosintesi ne sono indirettamente produttori. L’eccessiva crescita delle alghe può però provocare eutrofizzazione.
L’analisi è effettuata spettrofotometricamente a 225 nm, possono interferire sostanze organiche che assorbono nella stessa lunghezza d’onda.

14) Fosfati
La presenza di fosfati nelle acque è dovuta principalmente ai processi biologici degli esseri viventi, all’uso di concimi in agricoltura, all’uso di detersivi (in questo caso sono pirofosfati e tripolifosfati usati per minimizzare l’effetto della durezza delle acque sui detersivi). Altri fosfati organici derivano da pesticidi fosforati. Nelle acque si trovano normalmente sotto forma di idrogeno- o di-idrogenofosfato o allo stato colloidale.
La determinazione quantitativa si effettua per reazione con molibdato ammonico in ambiente acido per acido solforico che forma un complesso che ridotto con qualche goccia di cloruro stannoso dà il blu di molibdeno la cui intensità è valutata colorimetricamente a 660 nm.
Le acque potabili non dovrebbero contenere concentrazioni superiori a 0,4 ppm espresse come P2O5 mentre la C.M.A. è di 5 ppm..

15) Ferro
Il ferro è presente nelle acque normalmente come Fe2+ in acque prive di ossigeno (acque profonde) o Fe3+ presente però solo in ambienti acidi causa la sua tendenza a precipitare come idrossido ferrico a pH neutro. Scarichi di miniere o di altre industrie siderurgiche possono dare fanghi gialli o rossi per precipitati ferrici, dannosi alla vita acquatica perché ricoprendo il letto del fiume distruggono gli invertebrati e le uova dei pesci.
Il ferro dà sapore all’acqua in concentrazioni superiori a 1,8 ppm e colore, perciò anche se poco tossico il valore guida è 0,05 ppm e la C.M.A. 0,2 ppm.
La determinazione analitica è effettuata colorimetricamente con l’o-fenantrolina , che complessa in ambiente acetico il Fe2+ (ottenuto per riduzione con idrossilammina in ambiente leggermente cloridrico) dando una colorazione rosso-arancio. La lettura è effettuata a 510 nm dall’aggiunta del complessante in confronto con un bianco trattato allo stesso modo del campione.
In questo modo si ottiene il ferro totale senza distinzione tra ferrico e ferroso, peraltro non facile da mantenere perché all’aria tende velocemente ad ossidarsi. Così si determina sia il ferro sospeso che quello disciolto per cui bisogna fare particolare attenzione in fase di campionamento. Danno interferenza i fosfati, il cromo e lo zinco ad alte concentrazioni quindi non presenti in un’acqua di primo impiego mentre devono essere eliminati se presenti in acque reflue.

16) Cromati
Presente nelle acque naturali in quantità dell’ordine del ppb, è presente in acque reflue derivanti da industrie galvaniche di cromatura, concerie, vernici, acciaierie.
La maggiore tossicità è a carico del cromo esavalente (CrO4=) che è irritante per la pelle e cancerogeno. Per la fauna ittica si sono evidenziati danni acuti per concentrazioni di 100 ppb e cronici per concentrazioni di 40 ppb. Il cromo dovrebbe essere assente nelle acque potabili ma è ammessa una concentrazione massima di 50 ppb.
Il dosaggio è effettuato con la difenilcarbazide che è ossidata a difenilcarbazone , dando una colorazione rosso porpora proporzionale alla quantità di cromo esavalente (540 nm al colorimetro). Per determinare il cromo totale si effettua prima una ossidazione del cromo trivalente con permanganato e si riduce l’eccesso con acido cloridrico.

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analisi delle acque

Esempio



  


  1. Iryna Shulyk

    autodepurazione delle acque


Come usare