Analisi statistica multidimensionale della qualità delle acque in ingresso al potabilizzatore a servizio della città di Potenza

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INTRODUZIONE 
Questa tesi nasce come tentativo di esplorare e, per quanto possibile, approfondire, un tema 
oggi più che mai attuale e al centro di continue discussioni: la qualità delle acque 
superficiali per uso potabile. 
L’acqua è da sempre uno dei beni più importanti esistenti sulla terra, fondamentale per la 
vita dell’uomo, nonché una preziosa risorsa da gestire responsabilmente, soprattutto da 
quando si è acquistata consapevolezza che essa non è inesauribile, ma, al contrario, che la 
sua disponibilità è limitata. 
Fortunatamente la nostra regione non risente in misura preoccupante della scarsità d’acqua, 
anzi le risorse idriche in Basilicata rappresentano una delle ricchezze naturali più 
abbondanti. La Basilicata è interessata da una complessa e fitta rete idrografica, 
determinata dalla presenza della catena appenninica che attraversa il territorio occidentale 
della regione, costituita da cinque fiumi principali (Agri, Basento, Bradano, Cavone e 
Sinni) con foce nel mar Jonio e i cui bacini si estendono per circa il 70% del territorio 
regionale. La restante porzione è invece interessata dal bacino in Destra del fiume Ofanto, 
che sfocia nel mar Adriatico, e dai bacini del fiume Lao, Noce e Sele con foce nel mar 
Tirreno. Si tratta complessivamente di nove bacini idrografici, per un’estensione totale di 
11.171,18 Km
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L’idrologia dei bacini lucani assicura una buona disponibilità di risorsa idrica. Le 
principali fonti di approvvigionamento (invasi artificiali, sorgenti, fiumi e torrenti), infatti, 
sono in grado di garantire una disponibilità di acqua annua pari a circa 1.000 milioni di 
metri cubi, da utilizzare in più settori: il potabile, l’irriguo, l’idroelettrico e in minima parte 
l’industriale. La risorsa idrica dei principali corsi d’acqua lucani è stata intercettata 
mediante la realizzazione di grandi opere di accumulo, quali dighe e traverse, che ne hanno 
reso più agevole l’utilizzo. 
Nel presente elaborato viene preso in considerazione un particolare invaso lucano: l’invaso 
del Camastra, le cui acque soddisfano i fabbisogni idropotabili della città di Potenza e del 
suo hinterland, oltre ai fabbisogni idrici dell’area industriale Val Basento in territorio 
materano e, in periodi di siccità, fanno fronte alla richiesta ad uso irriguo delle colture 
presenti lungo le fasce golenali del fiume Basento.
Introduzione 
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Le acque provenienti dall’invaso del Camastra sono addotte al potabilizzatore di Masseria 
Romaniello, dove subiscono un processo di potabilizzazione che, modificandone le 
caratteristiche chimico-fisiche, le rende idonee al consumo umano. 
Presso il suddetto impianto di potabilizzazione vengono quotidianamente effettuati 
controlli sull’acqua grezza in entrata e sull’acqua trattata in uscita, monitorando parametri 
sia chimico-fisici che batteriologici. 
Nel caso in questione sono stati trascurati i dati riguardanti l’acqua trattata, per condurre 
altresì uno studio incentrato sulle analisi chimico-fisiche e batteriologiche eseguite 
sull’acqua grezza dell’acquedotto Basento - Camastra destinate all’approvvigionamento di 
20 centri abitati della provincia di Potenza (oltre al capoluogo stesso). 
Nel presente lavoro è stato esaminato un campione di dati relativi ai valori dei parametri 
chimico-fisici e batteriologici monitorati dal 2002 al 2009, realizzando su di essi un’analisi 
statistica multidimensionale della qualità dell’acqua grezza in ingresso all’impianto di 
potabilizzazione di Masseria Romaniello. 
Il lavoro svolto è stato suddiviso in quattro capitoli. Il primo è dedicato alla descrizione 
delle principali caratteristiche dell’acqua in natura, dei parametri di qualità per l’acqua 
potabile e dei trattamenti di potabilizzazione necessari a migliorarne le caratteristiche 
organolettiche, chimiche e biologiche. Nel secondo capitolo è descritto l’impianto di 
potabilizzazione sito in località Masseria Romaniello in cui vengono effettuate analisi 
chimico-fisiche e batteriologiche sulle acque provenienti dall’invaso del Camastra con lo 
scopo di stabilirne la qualità e valutare i trattamenti di potabilizzazione necessari, per poter 
immettere in acquedotto un’acqua potabile di alta qualità. L’acqua in uscita dal 
potabilizzatore va ad integrare la disponibilità d’acqua di sorgente a disposizione 
dell’acquedotto lucano e soddisfa il fabbisogno idrico potabile di Potenza e della maggior 
parte dei comuni della provincia. Nel terzo capitolo vengono illustrate le procedure 
necessarie a realizzare un’analisi statistica multivariata, basata sull’applicazione 
dell’Analisi delle Componenti principali. Lo scopo di tale analisi è determinare le relazioni 
tra i diversi parametri e valutare quali tra questi meglio descrive la qualità delle acque 
superficiali avviate al processo di potabilizzazione.  
Nel quarto capitolo, infine, viene illustrata la procedura adottata per effettuare un’analisi 
statistica multivariata sul campione dei dati in questione, partendo dai risultati di un’analisi 
univariata e bivariata. Dopo aver realizzato un’analisi statistica descrittiva e calcolato i
Introduzione 
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principali parametri statistici, si è proceduto all’analisi delle frequenze. Una volta 
standardizzati i dati, per poter approssimare la loro distribuzione ad una distribuzione 
normale, questi sono stati messi in relazione a due a due in un’analisi bivariata, per 
valutare il grado di correlazione tra i diversi parametri, sia chimici che batteriologici. 
Successivamente, ma prima di procedere con un’analisi multivariata, si è provveduto ad 
eliminare gli outliers, utilizzando il metodo della distanza di Mahalanobis per campioni 
multidimensionali. Infine, si è completata l’analisi multivariata con la determinazione delle 
componenti principali e con la conseguente analisi e discussione dei risultati ottenuti. 
Lo studio effettuato ha permesso di valutare la qualità delle acque provenienti dall’invaso 
del Camastra, portando, attraverso l’analisi e la discussione dei risultati dell’analisi 
statistica realizzata, a delle conclusioni sui parametri di qualità delle acque in ingresso al 
potabilizzatore a servizio della città di Potenza.
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CAPITOLO I 
 
L’ACQUA: LA SUA NATURA E LE SUE CARATTERISTICHE 
 
1.1 L’acqua in natura 
L’acqua in natura è tra i principali costituenti degli ecosistemi ed è alla base di tutte le 
forme di vita conosciute, uomo compreso; la stessa origine della vita è dovuta alla presenza 
di acqua nel nostro pianeta. Con il termine "acqua" si intende comunemente il composto 
chimico di formula H
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O, che allo stato libero, cioè non legata chimicamente ad altri 
elementi, si presenta in natura sotto forma liquida, solida (ghiaccio) e gassosa (vapore 
acqueo). I cambiamenti dell’acqua da uno stato fisico all’altro si possono riscontrare 
all’interno del ciclo dell’acqua, o tecnicamente “ciclo idrologico”, che consiste nella 
circolazione dell’acqua all’interno dell’idrosfera terrestre. 
Le principali sedi di residenza dell’acqua allo stato libero sono: 
a) oceani e mari, che costituiscono oltre il 97% dell’acqua presente sul pianeta; 
b) ghiacci dell’Antartide e della Groenlandia, che rappresentano circa il 2,4% 
dell’acqua terrestre; 
c) superficie e sottosuolo terrestre, che contengono il restante1%; 
d) atmosfera terrestre, in cui troviamo lo 0,03% dell’acqua terrestre sotto forma di 
vapore. 
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 tra l'atmosfera, il suolo, le acque di superficie, le acque 
profonde e gli esseri viventi.
Capitolo I - L’acqua: la sua natura e le sue caratteristiche 
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Figura 1. 1: Ciclo naturale dell’acqua 
 
Grazie all'evaporazione delle acque superficiali per effetto dell'irraggiamento solare ed 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, alimentando ulteriormente le acque superficiali ed in 
parte (filtrando nel terreno) quelle sotterranee. La quantità di acqua presente sulla 
superficie e nel sottosuolo terrestre, unita a quella contenuta nell’atmosfera sottoforma di 
vapore, consente la vita di ogni specie animale e vegetale sulle terre emerse.  
L’infiltrazione delle acque naturali nel terreno genera le cosiddette “acque sotterranee”, 
mentre la porzione di acqua che scorre sulla superficie terrestre costituisce le “acque 
superficiali”. Raggiunta la capacità di infiltrazione del terreno, si assiste allo scorrimento 
delle acque di pioggia sulla superficie terrestre che genera il fenomeno del ruscellamento. 
Sia le acque sotterranee che le acque superficiali possono essere utilizzate per l’uso umano, 
attraverso un processo di potabilizzazione.
Capitolo I - L’acqua: la sua natura e le sue caratteristiche 
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1.2 L’acqua nella storia 
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L’acqua è indispensabile all’uomo nei suoi molteplici usi civili, agricoli e industriali; e 
l’uomo ha riconosciuto sin da tempi antichissimi l’importanza dell’acqua per la vita, 
identificandola con il principale elemento costitutivo dell’universo e attribuendogli un 
profondo valore storico e simbolico, riscontrabile addirittura nelle principali religioni. Già 
gli antenati degli Aztechi, spinti da necessità ambientali, costruirono importanti sistemi per 
la gestione della risorsa idrica. In quelle zone il clima tropicale assicurava abbondanti 
piogge per i mesi della stagione monsonica, mentre per metà dell’anno il clima era troppo 
secco per consentire le pratiche agricole. Quindi per consentire l’accumulo di acqua 
realizzarono sistemi per la raccolta e la distribuzione idrica su vasta scala: imponenti dighe 
di contenimento, una fitta rete di canalizzazioni ed il sistema di coltivazione a terrazze 
irrigate. Seppur relativamente semplici, soprattutto se confrontati con i manufatti romani 
dello stesso periodo, queste opere idrauliche si dimostrano assai efficienti e permisero agli 
agricoltori preistorici del Messico meridionale di far fronte ai ciclici periodi di siccità 
caratteristici di quelle zone.  
Molti congegni come il mantice, la siringa, l’orologio ad acqua ed il sifone, già in uso da 
secoli presso più antiche civiltà come quella egizia, vennero ben presto acquisiti dai Greci i 
quali, peraltro, ebbero il merito aggiunto di studiare, comprendere e descrivere i principi 
fisici che li regolavano. Non è un caso, infatti, che gli studiosi greci siano stati artefici del 
più grande avanzamento culturale che la storia ricordi, sicuramente in ambito filosofico, 
ma anche nei settori più tecnici e scientifici, in cui vennero approfonditi, come mai prima 
di allora, aspetti legati all’idrostatica, all’idrodinamica, alla pneumatica, alla matematica, 
alla geometria ed alla fisica. Molti furono gli studiosi greci che segnarono la storia 
dell’idraulica, sia per alcune importanti scoperte teoriche sia per le realizzazioni pratiche di 
grande interesse. Tra le prime grandi opere ricordiamo quella di Eupalino, architetto ed 
ingegnere che, intorno alla metà del VI secolo a.C., progettò e fece realizzare un grandioso 
acquedotto per l’isola di Samo. I primi studi teorici riguardanti il moto delle acque vennero 
compiuti dallo storico e scienziato Ctesias; inoltre, ricordiamo la moltitudine di scoperte e 
invenzioni di Archimede, e in ultimo la pompa idraulica ideata da Ctesibio, intorno al II 
secolo a.C, per sollevare a notevoli altezze moderati volumi di acqua. 
Numerose furono le conoscenze che i Romani ereditarono dai Greci nel campo delle acque 
e che nei secoli li hanno portati ad essere ricordati come i primi ingegneri idraulici della
Capitolo I - L’acqua: la sua natura e le sue caratteristiche 
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storia, soprattutto per la realizzazione di maestose opere, come i grandi acquedotti costruiti 
a partire dal 312 a.C. e le terme imperiali, attraverso le quali resero possibile 
l’urbanizzazione, nonché la diffusione del benessere e dell’igiene, sia a Roma che in tutte 
le città edificate durante il periodo imperiale. Essi avevano anche una legge sugli 
acquedotti, emanata nel 97 d. C.  
Prima dei Romani la sola acqua, non miscelata a nessun altra bevanda, veniva spesso 
considerata non adatta al consumo umano, in quanto vista come potenziale fonte di 
malattie. Sin dall’antichità, infatti, l’uomo fece rilevante uso di bevande o altro in 
sostituzione dell’acqua; in particolare nei paesi orientali era ben noto il tè, mentre in quelli 
occidentali si consumava regolarmente il vino. L’acqua, anche se di ottima qualità, poteva 
degradarsi e perdere le sue proprietà originarie se non adeguatamente conservata; le 
popolazioni marinare ben sapevano, infatti, come l’acqua potabile potesse diventare in 
breve tempo maleodorante e insalubre. La bollitura dell’acqua era una prassi in uso da 
molto tempo nei paesi dell’Oriente; tale prassi, che aveva l’effetto di distruggere le 
“componenti indesiderate” eventualmente presenti nell’acqua, venne utilizzata in occidente 
molto più tardi, solo verso il XVII secolo, con la diffusione dell’uso del caffè e del tè.  
In epoca medioevale, ma soprattutto rinascimentale, vennero anche costruiti, sulla falsariga 
romana, acquedotti su arcuazioni per il trasporto a distanza delle acque sfruttando 
semplicemente la forza di gravità. Non s’immaginava che l’acqua potesse essere un 
importante vettore di trasmissione di alcune malattie: limpidezza ed assenza di sapori erano 
considerati parametri in grado di garantirne la salubrità (oggi sappiamo bene che tali 
caratteri organolettici sono, da soli, assolutamente insufficienti a stabilire la bontà di 
un’acqua). La fine del XV secolo segnò il tramonto dell’epoca medioevale ed il sorgere di 
nuovi schemi di pensiero che permisero la nascita e la diffusione di movimenti culturali nel 
territorio occidentale che condussero ben presto a riconsiderare l’importante ruolo igienico 
ed alimentare dell’acqua, che già la caratterizzò nel passato. La disponibilità dell’acqua 
corrente e la presenza di servizi igienici nelle abitazioni, anche nei grandi contesti urbani, 
erano un lusso ancora alla fine del XIX secolo. Nel Medioevo, infatti, a causa dei 
modestissimi livelli igienici della popolazione e dalla scarsa disponibilità di acqua potabile 
il colera trova il suo maggior sviluppo. Numerosi casi di diffusione di questa epidemia si 
registrano tuttavia sino alla fine del XIX secolo in molte città d’Europa, causando in pochi 
anni migliaia di morti, come ad esempio ad Amburgo (1892), città in cui in pochi mesi si