Acqua potabile: analisi e proprietà

L’acqua potabile è la maggiore risorsa per l’uomo ed è legata alla sua sopravvivenza essendo  un bisogno primario per la salute delle persone

In natura l’acqua è presente in tutti e tre gli stati di aggregazione (solido, liquido, gassoso) e si trova negli oceani, nei fiumi, nei ghiacciai, nel sottosuolo, nell’atmosfera.

Soltanto una piccola parte di essa è, però, utilizzabile dall’uomo. Infatti il volume di acqua presente sulla superficie terrestre è costituito prevalentemente da acqua salata. Della parte restante l’uomo ne può utilizzare solo una parte minima essendo l’altra accumulata sotto forma di ghiaccio nelle calotte polari e nei ghiacciai, o è presente nel sottosuolo a grandi profondità.

L’approvvigionamento idrico sta diventando sempre più difficile: il consumo di acqua è in continuo aumento e la situazione risulta più grave nei paesi industrializzati, dove al fabbisogno idrico per usi domestici si aggiunge il consumo industriale.

Proprietà dell’acqua potabile

L’acqua potabile

– È un composto molto stabile che a temperatura ambiente e alla pressione di 1 atm, si trova allo stato liquido;
– Allo stato naturale contiene sali disciolti; la sua purificazione non presenta particolari difficoltà;
– Allo stato puro,  ovvero quando non contiene sali disciolti è un cattivo conduttore di elettricità;

– È il solvente più comune, a causa della polarità della sua molecola;
– Ha un’elevata temperatura di ebollizione, perché le sue molecole formano legami a idrogeno.

Ha una densità “anomala”, poiché la densità dell’acqua liquida è maggiore di quella dell’acqua solida (ghiaccio); ciò determina il galleggiamento del ghiaccio che, agendo da isolante termico nei confronti della massa d’acqua sottostante, ne impedisce il congelamento; di conseguenza, al di sotto dello strato di ghiaccio superficiale la vita continua.

L’acqua meteorica non è acqua pura, ma contiene varie sostanze disciolte, tra cui alcuni gas, quali l’ossigeno, l’azoto e il biossido di carbonio. Durante il dilavamento sulla superficie terrestre, l’acqua scioglie molti sali e si arricchisce, perciò di molti ioni, quali Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Fe²⁺, Cl^–, SO₄^2- ,HCO₃^–.

Per l’organismo umano l’acqua potabile costituisce un composto fondamentale, in quanto vi esplica moltissime funzioni; ricordiamo in particolare:

• il trasporto e la distribuzione ai vari tessuti delle sostanze nutritive
• la partecipazione a molte reazioni chimiche
• l’agevolazione, mediante i reni, la pelle e l’intestino, dell’eliminazione delle sostanze di rifiuto
• il contributo alla regolazione della temperatura corporea
• il conferimento ai tessuti della necessaria elasticità e consistenza.

Acqua potabile

L’acqua destinata all’alimentazione dell’uomo deve essere potabile ovvero deve essere bevuta senza arrecare danno all’organismo.

L’acqua potabile deve essere incolore, inodore e di sapore gradevole, batteriologicamente pura, avere, alla sorgente, un temperatura compresa tra 9 e 12 °C

Deve contenere disciolti, in un litro, una quantità di sali compresa tra 0.5 e 1.5 g e non contenere sostanze nocive quali nitriti, arsenico, piombo, cromo, mercurio ecc.

Tabella

In tabella sono elencate le principali sostanze che possono essere presenti nell’acqua potabile e le loro concentrazioni permesse, suddivise in concentrazioni ideali e concentrazioni massime. Le concentrazioni ideali conferiscono gradevolezza all’acqua, mentre le concentrazioni massime indicano le concentrazioni al di sopra delle quali le sostanze presenti potrebbero portare danno all’organismo.

Concentrazioni ideali e concentrazioni massime di alcune sostanze presenti nell’acqua potabile

Spesso, le acque disponibili, non possiedono tutti i requisiti richiesti; allora si procede alla potabilizzazione che consiste in due processi, denominati rispettivamente correzione e depurazione.

Correzione

La correzione migliora i caratteri organolettici ( colore, sapore, odore) i caratteri fisici ( temperatura, densità) e quelli chimici ( tipo e quantità di sali presenti)
Le tecniche a cui si ricorre per correggere un’acqua sono molte tra cui l’uso di resine scambiatrici di ioni, zeoliti, trattamento con aria in controcorrente.

La depurazione rende potabili le acque dal punto di vista batteriologico. Per la depurazione si aggiungono sostanze disinfettanti quali il cloro, l’ozono e l’ipoclorito di sodio, oppure si utilizzano opportuni sistemi filtranti.

Analisi

Per avere un quadro completo della composizione chimica dell’acqua potabile e dei suoi caratteri organolettici, fisici e batteriologici, vengono effettuate analisi che possono essere suddivise in quattro gruppi:
1.  organolettiche
2.  fisiche che accertano alcune proprietà, quali temperatura, densità, conducibilità elettrica, limpidezza
3.  batteriologiche, che accertano l’eventuale presenza e quantità di germi patogeni; queste analisi vanno ripetute frequentemente perché spesso la contaminazione batteriologica è intermittente
4.  chimiche di tipo qualitativo e quantitativo

B.O.D.

Una delle analisi più importanti che dà indicazione sul grado di inquinamento di un’acqua è il B.O.D. : nell’acqua deve essere presente una certa quantità di ossigeno disciolto ( D.O. = dissolved oxygen) tale da consentire la vita della flora e della fauna acquatica.

La quantità massima di ossigeno che può sciogliersi nell’acqua a 20°C e alla pressione di 1 atm è di 9 ppm.

Un bacino di acqua si definisce inquinato quando il suo contenuto di ossigeno disciolto scende al di sotto di tale livello.

Infatti la diminuzione dell’ossigeno disciolto è causata dalla decomposizione, per mezzo di batteri presenti nell’acqua, di sostanze di natura prevalentemente organica.

Le sostanze che consumano maggiormente ossigeno sono le acque di scarico dei rifiuti urbani, di industrie alimentari e cartarie, di concerie, di industrie di lavorazione delle carni.

Il consumo di ossigeno è legato all’ossidazione del carbonio ad anidride carbonica, promosso dai batteri: C +O₂ → CO₂
Se il contenuto di carbonio ( composti organici) nell’acqua è elevato, il consumo di ossigeno è rilevante e tutto l’ossigeno disciolto può essere consumato con gravi danni alla flora e alla fauna acquatica. Pertanto per misurare il grado di inquinamento di un’acqua si determina il B.O.D. ( biochemical oxygen demand) ossia la richiesta di ossigeno biochimico.

Il valore del B.O.D. è direttamente legato alla quantità di sostanze decomponibili presenti nell’acqua; in altre parole, tanto più risulta elevato il B.O.D. tanto più è inquinata l’acqua, poiché il B.O.D. sta ad indicare la quantità di ossigeno disciolto richiesto per l’ossidazione dei rifiuti presenti in acqua e consumanti ossigeno.

La diminuzione di ossigeno nell’acqua favorisce lo sviluppo di batteri anaerobi che, proseguendo il processo di decomposizione danno luogo alla formazione di CH₄, NH₃, H₂S, PH₃.

Determinazione 

La determinazione del B.O.D. si esegue diluendo due quantità uguali di una stessa acqua con quantità identiche di acqua distillata satura di aria, per assicurare un eccesso di ossigeno disciolto.

In uno dei due campioni si misura la quantità di ossigeno iniziale, nell’altro campione si misura la quantità di ossigeno ancora presente dopo cinque giorni di riposo a 20°C. Il B.O.D. si ricava per differenza tra la quantità di ossigeno disciolto all’inizio dell’analisi e la quantità di ossigeno finale.

Un’altra analisi che viene effettuata sull’acqua è la determinazione del C.O.D. ( chimica oxygen demand) che accerta la quantità di ossigeno che serve ad ossidare tutte le sostanze ossidabili presenti nell’acqua sia organiche che inorganiche.

Nitriti, nitrati, ammoniaca

Un’altra analisi importante è la determinazione dei nitriti, nitrati e ammoniaca: quest’analisi è particolarmente utile perché la presenza di tali sostanze costituisce un serio indizio di inquinamento, in quanto queste sostanze provengono da processi putrefattivi, cioè dalla decomposizione di sostanze organiche operata da microrganismi.

In particolare, la presenza di nitriti, è particolarmente pericolosa in quanto questi ultimi possono reagire con le ammine presenti nello stomaco formando le nitrosammine, sostanze cancerogene.
Tra le analisi che sono fatte sulle acque ricordiamo ancora la determinazione qualitativa e quantitativa degli ioni metallici la cui presenza è causata del contatto dell’acqua con le condutture e con i serbatoi di raccolta, della particolare natura del terreno, oppure dall’uso di pesticidi.

Durezza

La determinazione della durezza di un’acqua riveste una particolare importanza in quanto la presenza rilevante di alcuni ioni come ad esempio Ca²⁺, Mg²⁺, SO₄^2-, Cl^–, HCO₃^–

Porta a una serie di inconvenienti quali incrostazioni nelle tubazioni, consumo eccessivo di sapone nel lavaggio della biancheria ecc.

La durezza può essere temporanea, permanente o totale. La durezza temporanea è dovuta agli idrogeno carbonati HCO₃^– di calcio e di magnesio che formano depositi nelle caldaie e nei tubi che trasportano acqua calda. Questa durezza è denominata temporanea perché può essere eliminata con l’ebollizione; infatti, per riscaldamento, gli idrogeno carbonati si trasformano in carbonati che precipitano:

Ca(HCO₃)₂→CaCO_{3 (s)} + CO_{2 (g)} + H₂O _(l)

Mg(HCO₃)₂→MgCO_{3 (s)} + CO_{2 (g)} + H₂O _(l)

La durezza permanente è dovuta ai sali di calcio e di magnesio che rimangono disciolti nell’acqua anche dopo l’ebollizione. Questi sali formano ad alte temperature incrostazioni dure e compatte. La durezza totale è dovuta a tutti i sali di calcio e di magnesio presenti nell’acqua e costituisce la somma della durezza temporanea e permanente. La durezza si esprime in gradi di durezza.

Esistono gradi di durezza francesi e tedeschi. In Italia si ricorre ai gradi francesi (°F) : 1 grado francese corrisponde a 0.01 g di CaCO₃, per litro di acqua. L’acqua potabile deve totale compresa tra 10 e 32 °F