L'acqua

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Testo

acqua

L'acqua è la sostanza presente sulla Terra in più larga misura, coprendo più del 70% della sua superficie. Tutti gli esseri viventi sono costituiti per la maggior parte da acqua; ad esempio, il corpo umano è acqua per i suoi due terzi. L'acqua, l'aria, la terra e il fuoco erano considerati dagli antichi filosofi come quattro elementi chimici, gli unici; questo concetto ha continuato ad essere accettato per tutto il Medioevo. Solo nel 1781 Henry Cavendish dimostrò che l'acqua si forma per combustione dell'idrogeno. Poco tempo più tardi si scoprì che l'acqua poteva essere decomposta per via elettrolitica in due volumi di idrogeno e un volume di ossigeno, ma la formula chimica dell'acqua fu oggetto di controversie fino al 1860, quando fu stabilita da Stanislao Cannizzaro.
L'acqua è un liquido chiaro, incoloro, che appare azzurro quando è osservato attraverso uno spessore superiore a 6 m. La colorazione è dovuta non soltanto a cause fisiche, ma anche ad impurezze presenti in sospensione. Tenendo conto della sua composizione chimica e del suo peso molecolare, l'acqua presenta un punto di ebollizione (100 °C) e un punto di congelamento (0 °C) insolitamente alti. Questi valori particolari derivano dalla forte attrazione che ciascuna molecola d'acqua esercita sulle altre (v. idrogeno, legame a), di modo che l'energia richiesta per la fusione del solido e per l'ebollizione del liquido è maggiore di quella che potrebbe essere prevista. L'acqua mostra anche una dipendenza del volume specifico dalla temperatura insolita. Raffreddando dell'acqua tiepida, questa si contrae fino a raggiungere il massimo di densità a 4 °C; per ulteriore raffreddamento la fase liquida aumenta di volume, e questo cresce ancora quando il liquido solidifica formando il ghiaccio. Questo particolare comportamento è dovuto alla formazione di una struttura aperta molto ordinata dovuta ai legami a idrogeno fra le molecole d'acqua.
L'acqua pura ha bassa conducibilità elettrica, ma le impurezze presenti nell'acqua naturale la trasformano in un conduttore relativamente buono. La capacità dell'acqua di agire da solvente per quasi tutte le sostanze, collegata all'elevato valore della sua costante dielettrica (c. 80), deriva dal carattere polare della sua molecola.

acqua sotterranea

Viene chiamata acqua sotterranea quella che riempie le porosità di rocce e sedimenti, imbevendoli completamente. Benché non sfruttata come l'acqua superficiale, l'acqua sotterranea è la fonte più importante per usi domestici in zone rurali. In alcune regioni aride è la sola fonte di acqua disponibile per l'irrigazione e gli usi civili e industriali. L'acqua sotterranea è generalmente preferita a quella superficiale, perché non contaminata da agenti patogeni che normalmente sopravvivono solo in un breve intervallo di profondità, vicino alla superficie, perché ha una temperatura quasi costante e perché in molte aree è disponibile anche dopo molti anni di grave siccità.
ORIGINE
Acqua sotterranea di poca profondità può derivare direttamente dalla percolazione di piccole quantità di pioggia o di neve fusa attraverso gli strati superficiali del terreno. L'acqua sotterranea profonda, d'altra parte, può essere rimasta in una condizione virtualmente statica, nei suoi serbatoi, per migliaia o milioni di anni. Una parte di essa contiene grandi quantità di sali disciolti e può essere il relitto di un antico mare intrappolato durante la formazione delle rocce incassanti. In molti contesti geologici, però, l'acqua salata profonda è arrivata per lenta migrazione e non è assolutamente la stessa acqua che era presente al momento della formazione delle rocce. In aree vulcaniche, piccole quantità di acqua provengono dai corpi di rocce ignee fuse (magma) in profondità. Anche in zone di sorgenti calde e geyser la quantità d'acqua, detta juvenile, proveniente direttamente dal fuso silicatico, è generalmente meno dell'1% della quantità totale d'acqua calda che sale in superficie.
MOVIMENTO
La velocità di spostamento dell'acqua sotterranea è controllata dalla permeabilità della roccia o del sedimento in cui è contenuta (v. permeabilità delle rocce) e dalla pendenza della falda freatica, nello stesso modo in cui la velocità di flusso di un fiume dipende dalla pendenza del suo letto. La velocità dell'acqua profonda è però molto più bassa di quella delle acque di superficie: generalmente infatti è solo di pochi centimetri al giorno. La lentezza del movimento è una caratteristica importante, poiché assicura che l'acqua rimarrà a disposizione per usi umani per un lungo periodo prima di scaricarsi in mare. Se è presente un favorevole acquifero, l'acqua di profondità può percorrere centinaia di chilometri dalla sua regione di origine.
SCARICO E ACCUMULO
L'acqua sotterranea è scaricata in superficie dalle sorgenti, da lente infiltrazioni diffuse nei letti dei fiumi o dei laghi, dalla vegetazione, che spinge le sue radici nella falda freatica, da pozzi o da gallerie di drenaggio. La vegetazione può scaricare enormi quantità di vapore acqueo nell'atmosfera e può consumare molte riserve d'acqua nei climi aridi.
La maggior parte delle precipitazioni torna nell'atmosfera per evapotraspirazione o scorre via in superficie in canali di scolo. Perlopiù, meno di 10 cm per anno di acqua percola nel suolo per un'eventuale ricarica delle riserve sotterranee. Nei climi aridi la quantità delle precipitazioni in grado di costituire nuove riserve è in media meno di 1 cm all'anno. Tassi di ricarica insolitamente alti possono raggiungere 1 m per anno in zone umide con materiali superficiali molto permeabili come letti di fiumi o colate laviche recenti.
Il bilancio naturale fra scarico e accumulo, che è parte del ciclo idrologico (v. idrologico, ciclo), può essere drasticamente aumentato da pompaggi massicci mediante pozzi, particolarmente nelle vicinanze di grandi città o dove l'acqua è pompata per l'irrigazione. L'accumulo naturale può essere così lento nelle regioni aride che quantità d'acqua che hanno richiesto parecchie migliaia di anni per formarsi possono essere esaurite dai pozzi profondi in uno o due decenni. La diminuzione dei livelli delle falde eccede in molte regioni i 3 m per anno, a causa delle massicce estrazioni. Un pericolo potenziale che si accompagna all'abbassamento del livello dell'acqua sotterranea è costituito dal cedimento del terreno, conseguente alla formazione di cavità e fessure.
QUALITA'
Tutte le acque sotterranee, comprese quelle potabili, contengono sostanze disciolte. Molte di queste sono comunemente presenti nelle concentrazioni riportate di seguito.
L'esatta composizione delle acque dipende dalla composizione delle precipitazioni prima che esse vengano filtrate dal terreno, dalla natura del suolo con cui vengono a contatto, dai minerali che costituiscono le rocce della zona di accumulo, dalla temperatura dell'acqua e dalla presenza di contaminanti di origine biologica e segnatamente umana. Il totale delle sostanze disciolte nelle acque sotterranee varia da circa 20 a più di 300.000 mg/l.
La temperatura delle acque sotterranee è quasi generalmente solo da 1 a 5 °C più alta di quella della media annuale dell'aria. Eccezioni sono costituite dalle sorgenti calde, che acquistano la loro maggiore temperatura o da attività vulcaniche o da una circolazione a profondità particolarmente elevata.
CONTAMINAZIONE
Ogni attività umana altera in pratica in una certa misura la qualità dell'acqua, ma non necessariamente con un inquinamento da rifiuti umani. Per esempio, in alcune aree la riduzione dei livelli delle falde dovuta all'estrazione può portare a infiltrazioni di acque salmastre nei pozzi, fenomeno che avviene piuttosto spesso in aree prossime alle coste. Rifiuti domestici (acqua di scolo e immondizia) sono però su scala mondiale la più seria fonte di contaminazione delle acque sotterranee. Benché possano essere nei limiti accettati per l'acqua potabile, in termini di composizione chimica le acque di scolo contengono di solito una quantità eccessiva di materiali solidi organici e di organismi patogeni (causa di malattie). La filtrazione dei solidi e l'adsorbimento dei metalli pesanti disciolti da parte dei suoli e di altri materiali naturali possono rendere le acque di scolo potabili nel tempo che esse impiegano a raggiungere i serbatoi sotterranei. Sfortunatamente, i materiali naturali hanno una capacità di filtrazione e adsorbimento limitata. Per questa ragione i sistemi di smaltimento delle acque di scolo per più di un'abitazione unifamiliare devono essere più complessi della semplice ed usuale fossa biologica. L'immondizia, quando si accumula in grandi quantità in regioni umide, è la fonte maggiore di inquinamento concentrato. L'acqua che scorre attraverso l'immondizia in fermentazione può sciogliere migliaia di milligrammi di sostanze nocive per litro, inclusi metalli velenosi e metano infiammabile. I moderni depositi di immondizie sono progettati in modo da impedire che l'acqua possa percolarvi e poi raggiungere le falde sotterranee.
Altre comuni fonti di contaminazione sono le acque di lavaggio industriale, i liquidi impiegati in galvanoplastica ed elettrodeposizione, i bagni di decapaggio e gli acidi forti. Prodotti chimici pericolosi accumulati in discariche possono percolare fino alle falde sotterranee se la scelta del luogo non è fatta accuratamente, in modo da isolare le scorie dalla falda freatica (v. inquinamento chimico). Anche le pratiche agricole possono inquinare le falde. Le tre più importanti fonti di inquinamento di origine agricola sono: rifiuti animali nei cortili e avanzi di pastone; prodotti chimici, come i fertilizzanti azotati; un eccesso di acqua di irrigazione di ritorno, che è necessaria per impedire un accumulo di sali nel terreno.
SVILUPPI
La maggior parte delle acque sotterranee usate oggi proviene da pozzi, il resto da sorgenti e gallerie di raccolta sotterranee. Il primo passo nello sviluppo dell'approvvigionamento di acque sotterranee è un inventario dei pozzi e delle sorgenti esistenti e, mediante studi geologici e geofisici, una stima della consistenza delle risorse disponibili nelle diverse regioni. Si tratta poi di condurre perforazioni di prova per verificare i dati raccolti in precedenza e di emungere acqua dai pozzi già esistenti e dai nuovi per determinare le portate e i coefficienti di permeabilità degli strati filtranti. Una volta, giunti a questo punto, si trivellavano i pozzi per la produzione finale di acqua sotterranea. Dal 1965 in poi, invece, è diventato sempre più comune costruire modelli matematici per simulare il comportamento futuro delle risorse d'acqua. Questi modelli possono quindi essere usati per gestire le risorse d'acqua sotterranea. Modelli elaborati intorno al 1975 includono fra i fattori economici anche la qualità dell'acqua; è questo uno sviluppo che aiuterà ad assicurare un uso più corretto di questo prezioso.

acqua dolce

Si definisce acqua dolce quella che contiene una concentrazione relativamente bassa di sostanze minerali disciolte. La quantità complessiva delle sostanze disciolte varia considerevolmente e dipende da numerosi fattori, tra cui il contenuto totale delle sostanze disciolte nelle acque della precipitazione che contribuisce alla falda acquifera, la natura del suolo e della roccia attraverso i quali deve passare l'acqua prima di raggiungere la falda acquifera, le attività umane (come l'uso di cloruro di sodio o cloruro di calcio per la rimozione di neve o ghiaccio) in aree adiacenti. Il suolo e la roccia hanno in genere l'influenza maggiore; in aree urbanizzate, comunque, le attività umane possono essere ugualmente determinanti. L'acqua dolce normalmente ha un contenuto totale massimo di sostanze disciolte di poche centinaia di milligrammi per litro; l'acqua piovana in genere ha meno di 50 mg/l (1 mg/l = 1 parte per milione), mentre l'acqua dell'oceano aperto generalmente contiene 35.000 mg/l di sostanze disciolte. Le acque salmastre (quelle rinvenibili negli estuari, dove i fiumi si mescolano con l'oceano) hanno concentrazioni complessive di sostanze disciolte che variano da 1000 a 5000 mg/l. Le acque continentali, che hanno variazioni di concentrazione tra 2000 e 10.000 e tra 10.000 e 30.000 mg/l, possono essere classificate come moderatamente e notevolmente saline. Le maggiori concentrazioni di sostanze disciolte nell'acqua dolce sono i cationi sodio, calcio, magnesio, potassio, ferro ferroso, e gli anioni cloruro, bicarbonato, carbonato, e solfato. Piccoli quantitativi di sostanze nutrienti (fosfati e nitrati) sono pure generalmente presenti, insieme con tracce di altri elementi.

acqua, approvvigionamento di

L'approvvigionamento di acqua è l'operazione di rifornimento per gli usi casalinghi, per le industrie, per lo spegnimento degli incendi, per la pulizia delle strade, per il trasporto degli scarichi fino agli impianti per il loro trattamento, e per molti altri scopi. I tre fattori più importanti in ogni approvvigionamento di acqua sono la sua qualità, la quantità utilizzabile e la posizione delle riserve in relazione al punto in cui viene utilizzata. Ogni tipo di uso dell'acqua ha le sue prerogative. Impianti idroelettrici, per esempio, hanno bisogno di grandi quantità, di facile accesso e di buona qualità di acqua; i sistemi di convogliamento dei rifiuti richiedono solo grandi quantità di acqua.
Un sistema di approvvigionamento pubblico di acqua è costituito da sei componenti funzionali: una o più sorgenti di rifornimento; sistemi di immagazzinamento, come cisterne; sistemi di trasporto dell'acqua dal punto dell'immagazzinamento fino all'impianto di trattamento; sistemi di trattamento per migliorare o modificare la qualità dell'acqua; sistemi di trasporto e di immagazzinamento per il trasporto dell'acqua a punti intermedi, come serbatoi piesometrici (cassoni) o torri d'acqua; e sistemi di distribuzione per portare l'acqua ai singoli utenti.
SORGENTI
L'acqua piovana cade in un bacino o in un'area di raccolta e scorre sul terreno in ruscelli e fiumi o penetra sotto terra per riapparire in sorgenti o per essere attinta da pozzi. L'approvvigionamento di acqua per una città può provenire da un'area di raccolta che può contenere migliaia di ettari di terreno che filtra l'acqua verso corsi il cui flusso è raccolto in cisterne. Se l'approvvigionamento è ottenuto da un lago o da un grande fiume, l'area di raccolta è l'intero territorio a monte del punto in cui avviene il prelievo.
La quantità di acqua piovana che entra in un sistema di approvvigionamento dipende dall'entità delle precipitazioni e dal volume raccolto. Della precipitazione annuale, due terzi vanno perduti nell'atmosfera per evaporazione e per traspirazione. L'acqua rimanente viene raccolta nei fiumi e nei laghi. Precipitazioni e raccolta variano grandemente con la geografia e con la stagione.
Acqua superficiale. L'acqua in superficie è ottenuta dai laghi, dai ruscelli, dai fiumi o dagli stagni per mezzo di un prelievo continuo da cisterne di acqua piovana, da dighe attraverso torrenti con basso flusso nella stagione asciutta, ma con sufficiente portata annuale, e per mezzo di pompaggio e immagazzinamento della quantità in eccesso.
Acqua sotterranea. Le fonti di approvvigionamento dell'acqua sotterranea sono le sorgenti naturali, i pozzi e le gallerie di infiltrazione e i bacini e le sorgenti sotterranee.
L'acqua sotterranea può filtrare dai pori di depositi alluvionali, glaciali o eolici di materiale granulare non consolidato, come sabbia o ghiaia; da fratture, caverne e piani di sfaldamento di rocce sedimentarie, come pietra calcarea, ardesia e scisti; e da combinazioni di queste formazioni geologiche. Le sorgenti di acqua sotterranea possono avere punti di raccolta o di rifornimento che sono lontani chilometri dallo strato acquifero.
CENNI STORICI
I problemi dell'approvvigionamento di acqua e del relativo sistema di distribuzione cominciarono con la crescita delle città antiche. I resti più antichi di un sistema di fornitura centrale di acqua e di convogliamento delle acque di scarico risalgono alla città di Nippur in Sumeria, 5000 anni fa. L'acqua era attinta da pozzi e da cisterne e canali sopraelevati che formavano un esteso sistema di convogliamento dei rifiuti dai palazzi e dalle zone residenziali della città.
Le prime notizie sul trattamento delle acque risalgono al 2000 a.C., epoca in cui scritti sanscriti indicano alcuni metodi di purificazione dell'acqua sporca consistenti nella bollitura in recipienti di rame, esposizione al sole, filtraggio attraverso carbone, e raffreddamento in recipienti di argilla.
I più notevoli sistemi antichi di approvvigionamento idrico e di raccolta di scarichi furono quelli di Roma. Nel 97 d.C., Sesto Giulio Frontino, allora commissario per l'acqua di Roma, descrisse i nove acquedotti allora esistenti, di lunghezza variabile da 16 a più di 80 Km con sezioni da 0,5 a 4,5 m². Tale sistema aveva una capacità totale stimata in 336.000.000 di litri al giorno. Oltre a questo sistema, Roma aveva una grande fogna, nota come Cloaca Massima, che prosciugava il Foro Romano, e che funziona ancora.
I progressi nell'approvvigionamento di acqua e nella raccolta degli scarichi nell'antichità furono notevoli; tuttavia il controllo della qualità e i trattamenti sanitari sono di origine recente. La Rivoluzione industriale dei secc. XVIII e XIX creò centri industriali verso i quali la gente convergeva in cerca di lavoro. A causa dell'inadeguatezza dei sistemi di approvvigionamento di acqua e di raccolta degli scarichi le malattie cominciarono a crescere in maniera sensibile. L'acqua veniva presa da fiumi inquinati e da pozzi poco profondi contaminati da scarichi non trattati e portatori di malattie. Le grandi città furono provviste di vasti sistemi di raccolta dell'acqua piovana, nei quali fu proibito lo scarico dei liquami finché l'affollamento nelle città costrinse al loro uso, cosa che provocò problemi sanitari di enormi dimensioni. L'uso dell'acqua piovana offrì un modo agevole e poco costoso di facilitare i problemi del sovraffollamento; il semplice convogliamento delle fognature dalle città ai fiumi vicini, ai laghi e alla corrente degli estuari, tuttavia, spostò solo il problema a queste acque. La capacità di queste acque di degradare la materia organica che esse ricevevano fu messa tanto a dura prova che esse divennero gravemente contaminate da organismi patogeni. Poiché erano queste masse di acqua a rifornire le città, la contaminazione provocò la persistenza di molti tipi di malattie. Nel 1842, sir Edwin Chadwick pubblicò in Gran Bretagna un rapporto nel quale raccomandava l'uso di piccole fogne di terracotta e di sistemi di scarico separati dalle condutture di acqua. Nel 1848 il Parlamento inglese creò la Metropolitan Commission of Sewers, che fece dei rapporti che mostrarono chiaramente la necessità di costruire fognature estese. Il colera apparve a Londra nel 1848 e provocò la morte di 14.600 persone l'anno successivo e di 10.675 nel 1854. La diffusione della malattia fu messa in relazione con la fornitura di acqua contaminata, e il controllo della malattia fu ostacolato dalla mancanza di fogne. Finalmente, nel 1855 un atto del Parlamento fornì alla Metropolitan Commission of Sewers le basi perché potesse realizzare un sistema adeguato.
L'evoluzione dei sistemi di fognatura negli altri paesi occidentali si svolse parallelamente a quella inglese.
TRATTAMENTO DELLE ACQUE
L'obiettivo di ogni sistema di trattamento delle acque è quello di rimuovere i seguenti contaminanti principali: batteri patogeni; tracce di composti organici; sostanze che provochino colore, sapore e odore; materiali in sospensione e minerali che ne causino la durezza. Per esempio, concentrazioni di ferro superiori a 0,3 mg/l possono provocare strappi nella biancheria. Concentrazioni di solfati superiori a 250 mg/l hanno effetto lassativo sull'uomo, e concentrazioni di cloruri oltre 250 mg/l danno all'acqua un sapore sgradevole. Acqua contenente 10 mg/l o più di nitrati può provocare la metoglobenemia ai bambini. Lindano, endrin, metossicloro, toxafene, 2,4 D, 2,4,5-T, e silvese sono sospetti agenti cancerogeni.
Tutte le forniture pubbliche di acqua devono seguire norme particolari.
Per ottenere le caratteristiche di potabilità dell'acqua questa viene trattata con un certo numero di processi o con combinazioni di essi, che possono essere distinti in due categorie: fisici e chimici.
Trattamenti fisici. I più comuni trattamenti fisici sono il setacciamento, l'aerazione, la flocculazione, la sedimentazione e la filtrazione. Il setacciamento consiste in genere nell'uso di griglie o fori grossolani di dimensioni da 2,5 a 5 cm, allo scopo di rimuovere grossi corpi galleggianti o detriti in sospensione. Microsetacci, altro genere di filtri che possono essere usati in una fase più avanzata del procedimento, sono formati da setacci a maglia fine (con diametri di apertura da 23 a 65 micron) a forma di tamburo aventi lo scopo di rimuovere materiali fini in sospensione. L'aerazione è un'operazione di scambio di gas usata per la rimozione di biossido di carbonio, di ossido di ferro e di manganese disciolti, di idrogeno solforato e di oli volatili, che si può ottenere con cascate, aeratori a nebulizzazione o a fontana, aerazione meccanica e insufflazione di aria in acqua. La flocculazione è l'agitazione delicata di precipitati flocculanti che si formano come risultato dell'aggiunta di coagulanti chimici. Lo scopo di questa agitazione leggera è quello di conglomerare le particelle in masse più grandi che si depositano sul fondo. La sedimentazione rimuove le particelle dall'acqua lasciandole depositare in un recipiente. La filtrazione rimuove dall'acqua il materiale più fine in sospensione mediante l'uso di sabbia, o sabbia con carbone compresso, stratificata sopra un letto ghiaioso.
Trattamento chimico. I metodi più comuni di trattamento chimico comprendono coagulazione, disinfezione, riduzione della durezza dell'acqua, adsorbimento e ossidazione. La coagulazione comporta l'aggiunta all'acqua di una sostanza chimica che provoca la formazione di precipitati di materiali in sospensione fine e colloidale. Queste sostanze formano "flocculi" di dimensioni di densità sufficiente a essere rimossa per deposizione in un recipiente di sedimentazione. Un composto chimico coagulante comune è l'allume, che è usato per la precipitazione di sostanze alcaline. La disinfezione è la distruzione di organismi patogeni in un sistema di fornitura di acqua. Il cloro è il disinfettante più comune, e la clorazione (o applicazione di cloro) è generalmente l'ultima operazione di un sistema di trattamento dell'acqua. Talvolta, tuttavia, la qualità di una sorgente d'acqua richiede preclorazione al fine di distruggere alghe, di ossidare eccessi di materia organica, favorire la coagulazione e ridurre il lavoro dei filtri nel sistema. La preclorazione ha i suoi inconvenienti perché possono formarsi composti clorofenolici, se l'acqua contiene fenoli, e tali composti danno all'acqua un sapore sgradevole; ciò può essere evitato con l'aggiunta di ammoniaca prima della clorazione. Il ricorso al cloro è, comunque, in via di riduzione perché è stato dimostrato che nel corso della clorazione si formano composti cancerogeni. Altri mezzi di disinfezione comprendono la bollitura e l'esposizione alla luce ultravioletta.
La riduzione della durezza dell'acqua (v. dolcificatore) è la rimozione di bicarbonati di calcio e magnesio mediante l'aggiunta di calce e carbonato di sodio. Questo procedimento può anche essere ottenuto per mezzo di scambio ionico, nel quale il calcio e il magnesio dell'acqua sono scambiati con sodio in un filtro a resina.
L'adsorbimento è la rimozione di sostanze organiche, che non possono essere eliminate con trattamenti convenzionali, per mezzo di adsorbimento con carbone attivo, ed è l'adesione dei materiali alla superficie dei granuli di carbone. Il carbone attivo presenta un'enorme area superficiale rispetto al volume dei granuli usati.
L'ossidazione è il procedimento per aumentare lo stato di ossidazione di una sostanza per mezzo di reazioni chimiche così da trasformare sostanze non desiderate in forme meno dannose. Un buon esempio è la trasformazione dei cianuri in cianati per mezzo di ozono.
La desalinazione, cioè la trasformazione dell'acqua salata in acqua dolce, è una tecnica sempre più usata dove le sorgenti di acqua dolce sono insufficienti. A metà degli anni ottanta più di 1500 impianti di desalinazione nel mondo (dei quali più della metà situati in Medio Oriente) produssero più di 7,5 miliardi di litri al giorno di acqua dolce. Il processo può avvenire mediante distillazione, congelamento, demineralizzazione mediante scambiatori ionici, elettrodialisi e osmosi inversa.
SISTEMI DI DISTRIBUZIONE
Un buon esempio di un sistema di distribuzione dell'acqua di una grande città è quello di New York. Questo complicato sistema attinge acqua lontano dal ramo orientale del fiume Delaware e la convoglia in condotti sotterranei a scorrimento naturale, che furono una volta considerati la seconda più imponente opera di ingegneria nella storia degli Stati Uniti (dopo il canale di Panama). Il sistema della città di New York fu iniziato nel 1830 con la costruzione del deposito di Croton, che raccoglie l'acqua del fiume Croton. Il deposito fu terminato nel 1842 e raccolse l'acqua da un bacino di 975 Km². Il sistema si è poi accresciuto con l'aumentare della popolazione; e i progetti attuali prevedono la costruzione di un terzo condotto dal deposito di Ashokan e si sta studiando di attingere acqua dal fiume Hudson.
SMALTIMENTO DELLE ACQUE DI SCARICO
Le acque di scarico possono essere trattate in varie maniere. Tuttavia, il metodo convenzionale è una combinazione di sistemi fisici, chimici e biologici che rimuovono materiali organici, azoto, fosforo e altre sostanze che possono essere contenute nella acque di scarico. Un impianto tipico è formato da recipienti di decantazione per la rimozione di solidi che si depositano facilmente. Questo stadio è generalmente seguito da un'unità di trattamento biologico, come un filtro a sgocciolamento o un recipiente di aerazione del fango attivato, nel quale i microrganismi digeriscono la sostanza organica nello scarico e sviluppano masse cellulari mentre riducono la concentrazione dei rifiuti organici. La corrente di scarico entra poi in un bacino di sedimentazione dove la massa cellulare e altri materiali in sospensione vengono fatti depositare. L'acqua che lascia il bacino viene allora clorurata e scaricata in un corso d'acqua. Naturalmente esistono molti altri sistemi per il trattamento delle acque di scarico domestiche e industriali. Il sistema visto qui è il più comune in piccoli impianti di trattamento (v. rifiuti, eliminazione dei).
PROBLEMI
La scarsità dell'acqua e la carenza di attrezzature igieniche creano problemi un po' in tutto il mondo, e in particolare nei paesi più poveri. Secondo stime della World Health Organization alla fine del 1975 il 25% della popolazione dei paesi in via di sviluppo non disponeva di allacciamenti domestici a impianti di acqua potabile. Nelle zone rurali l'80% circa non fruiva di acqua consumabile a distanza ragionevole. Considerando complessivamente la popolazione urbana e rurale, solo il 35% era servito adeguatamente. Anche se negli ultimi anni sono stati costruiti nuovi impianti, la crescita della popolazione ha creato necessità anche maggiori e il miglioramento complessivo è stato probabilmente lieve. Tuttavia, nei paesi economicamente avanzati quasi tutta la popolazione urbana e la maggior parte di quella rurale è servita da impianti idrici idonei.
La richiesta di acqua per usi agricoli, urbani o industriali, cui si possono aggiungere altre esigenze, come quelle delle centrali idroelettriche, ha causato gravi problemi sia a livello locale che di interi bacini. La diminuzione della pressione dell'acqua, l'abbassamento della spinta delle sorgenti e dei corsi d'acqua, il cedimento del terreno e i problemi legati al mescolamento con acque salmastre sono la conseguenza dell'eccessivo consumo dell'acqua di superficie.
L'inquinamento dei corsi d'acqua è dovuto alla scarica diretta o indiretta di rifiuti urbani o industriali e dal contributo di acqua piovana caduta su aree agricole, industrializzate o minerarie, contaminate da una quantità di sostanze chimiche tossiche. Avvenuto l'inquinamento, la depurazione dell'acqua è un processo tipicamente lento e costoso; il problema sta diventando quindi assai grave.
Ogni anno vengono riportati ancora almeno 4000 casi di malattie dovute all'acqua, per lo più di origine batterica o virale, ma la cifra effettiva, comprendente le intossicazioni chimiche più difficili da identificare, è sicuramente superiore.

acqua, riserve di

Le riserve d'acqua della Terra consistono nel volume totale di acqua dolce disponibile per l'uso e l'impiego da parte dell'uomo. Meno del 3% del volume totale dell'acqua è dolce, e quasi i quattro quinti di questo 3% non sono disponibili, poiché si presentano sotto forma di ghiaccio (glaciale). Della rimanente quantità d'acqua dolce liquida, la maggior parte è acqua sotterranea, mentre la percentuale di acqua presente in superficie, in ogni momento, sotto forma di laghi e corsi d'acqua, è solo del 5%.
Le riserve d'acqua comunque vengono misurate con maggiore esattezza in termini di portata piuttosto che di volume. Il tasso medio di precipitazione è quello con cui l'acqua viene distribuita sul terreno; una notevole parte di questa, però, (due terzi su scala mondiale) ritorna direttamente all'atmosfera attraverso il processo di evapotraspirazione (l'evaporazione dai laghi e dai fiumi più la traspirazione dalle piante). Sebbene l'evapotraspirazione rappresenti una perdita per quanto riguarda l'acqua disponibile per l'uso immediato e quello pianificato da parte dell'uomo, rimane fondamentale la sua funzione di favorire la crescita di foreste, colture e di altra vegetazione. La differenza tra il tasso di precipitazione ed il tasso di evapotraspirazione viene chiamata tasso di runoff o resa d'acqua. Il runoff alla fine entra nel sistema delle acque di superficie, fiumi, corsi d'acqua (v. fiumi e torrenti) e laghi, sia direttamente che come infiltrazione delle acque sotterranee.
Runoff (resa d'acqua). Il tasso medio mondiale di runoff corrisponde a circa 39.000 Kmc all'anno. Questa portata è la quantità teoricamente disponibile per l'uso immediato e quello pianificato da parte dell'uomo, e rappresenta una stima massima delle riserve d'acqua del mondo.
La componente di acqua sotterranea della resa d'acqua totale non è una riserva separata dall'acqua di superficie. L'acqua sotterranea è alimentata dalla percolazione della pioggia e della neve fusa e confluisce nei laghi e nei corsi d'acqua come parte integrante di quel sistema collegato attraverso il quale il runoff defluisce in definitiva nell'oceano.
D'altra parte, l'ammontare attuale di acqua disponibile per far fronte alle necessità dell'uomo è sostanzialmente inferiore alla resa totale media, poiché la portata dei corsi d'acqua è molto variabile nel tempo. La resa dell'acqua sotterranea rappresenta la stima più realistica delle riserve d'acqua a disposizione utilizzabili su base continentale. Il tasso di resa sui continenti è estremamente variabile. Per esempio, negli Stati Uniti il runoff medio è di 230 mm/anno, ma varia dai 25 mm/anno delle regioni non montagnose dell'Ovest ai 500 mm/anno dell'Est, ai più di 100 mm/anno delle montagne dell'Ovest.
Come già si è detto, la variabilità nel tempo della portata dei corsi d'acqua è il fattore cruciale per l'elaborazione di una stima pratica delle riserve d'acqua di una regione. Questa variabilità viene determinata dal clima, in particolar modo dalle variazioni stagionali e annuali che si verificano nelle precipitazioni, nella evapotraspirazione, nello scioglimento della neve, dal contributo alla portata dei corsi d'acqua dato dall'infiltrazione delle acque sotterranee e dal grado con il quale i laghi, le paludi ed i bacini idrici artificiali immagazzinano il flusso d'acqua, con conseguente riduzione della sua variabilità. La maggior parte degli impieghi di acqua implica che sia disponibile una portata costante per almeno il 90% del tempo. Questa portata costante, che in genere rappresenta la definizione più realistica delle riserve d'acqua disponibili, spesso è costituita dal 10%, o meno, della portata media.
Impieghi e necessità. Il fattore della qualità dell'acqua è importante, ai fini di una stima delle riserve d'acqua, quanto quello della variabilità della portata, poiché l'acqua non può essere usata per un determinato impiego se la sua qualità non è appropriata per quell'uso.
Si può classificare l'impiego dell'acqua secondo due criteri fondamentali: o con un confronto fra quantità d'acqua usata in corrente e quantità d'acqua usata con prelievo, o con un confronto fra uso con consumo ed uso senza consumo. Gli usi di acqua in corrente includono la navigazione, la produzione di corrente idroelettrica, il mantenimento dell'habitat per pesci ed animali selvatici e l'uso a scopo ornamentale. Gli usi di prelievo sono quelli che comportano rimozione d'acqua dalle correnti di superficie o dal sottosuolo. Sia l'acqua che evapora che quella che viene incorporata in prodotti o scaricata in un corpo d'acqua salata, dove non è più disponibile per un riutilizzo, vengono classificate come consumate.
Lo sfruttamento delle riserve d'acqua per ogni tratto di fiume viene espresso dalla somma della quantità richiesta per ogni uso in corrente (come il mantenimento della qualità dell'acqua), più la quantità richiesta per il prelievo. L'acqua che viene prelevata, ma non consumata, è disponibile per una riutilizzazione a valle, normalmente dopo un trattamento.
Il prelievo totale d'acqua viene calcolato in circa 2400 Kmc/anno ed è distribuito come segue: 2% per usi domestici rurali, 8% per usi domestici urbani, 8% per usi industriali ed il rimanente 82% per l'irrigazione agricola. Le proiezioni per la metà del sec. XXI prevedono che il prelievo mondiale d'acqua si decuplichi, raggiungendo circa 20.000 Kmc/anno. Questa cifra è ben al di là della portata costante netta dei fiumi del mondo; l'acqua pertanto potrà diventare una risorsa insufficiente, tanto da limitare la crescita demografica durante il prossimo secolo. La cifra data sopra non comprende il fabbisogno in corrente, stimabile in circa 10.000 Kmc/anno, per il mantenimento della qualità dell'acqua.

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