CAPITOLO PRIMO
L’acqua
1.1.1 Caratteristiche chimico-fisiche
La molecola dell'acqua presenta un caratteristico insieme di
proprietà fisiche e chimiche che rende tra l'altro possibili i fenomeni
biochimici e con essi la vita di tutti gli organismi animali e vegetali
(Tab.1). L'acqua pura è un liquido inodore e insapore, che presenta una
debole colorazione blu osservabile solo nelle acque profonde. L'acqua è
l'unica sostanza che si trova in natura, a temperatura ambiente, nei tre
stati di aggregazione: solido, liquido e gassoso. Allo stato solido è
presente sotto forma di ghiaccio, nella neve, nella grandine, nella brina e
nelle nubi; allo stato liquido si trova sotto forma di pioggia e rugiada, ma
soprattutto ricopre i tre quarti della superficie terrestre costituendo
oceani, mari, laghi e fiumi; allo stato gassoso, infine, è presente come
nebbia e vapore ed è il principale costituente delle nuvole. Le proprietà
dell’acqua vengono spesso sfruttate per tarare strumenti di misura della
temperatura, del volume e della massa. Nel sistema internazionale (SI)
12
il punto triplo dell’acqua viene impiegato nella definizione dell’unità di
misura della temperatura assoluta, il kelvin.
Dal punto di vista chimico, l’acqua è uno dei solventi più comuni;
favorisce la ionizzazione
13
dei sali e delle molecole in soluzione; reagisce
con alcuni sali trasformandoli nelle rispettive forme idrate, con gli ossidi
formando acidi e idrossidi, e partecipa come catalizzatore
14
in molte
reazioni chimiche.
12
Sistema di unità di misura adottato dalla XI Conferenza generale di pesi e misure, tenutasi
a Parigi nel 1960; è indicato in tutto il mondo con la sigla SI, dalle iniziali di Système
International,
13
Formazione di atomi o molecole cariche elettricamente, si veda Passannanti – Ponente
“Principi di Chimica”, Milano, 1995.
14
Sostanze che modificano la velocità di una reazione chimica senza subire alcuna
variazione nel corso della trasformazione, Gli enzimi, ad esempio, sono catalizzatori
estremamente potenti; essi svolgono un ruolo essenziale negli organismi viventi rendendo
possibili reazioni che, in loro assenza, richiederebbero temperature eccessivamente alte, si veda
Passannanti – Ponente “Principi di Chimica”, Milano, 1995.
2
CAPITOLO PRIMO
L’acqua
Tab.1 -Caratteristiche chimico-fisiche dell’acqua-
Costanti fisiche Valore
Formula molecolare H
2
O
pH a 25 °C
7
Densità a 4 °C
1.000 kg/m
3
Punto triplo a 0,0099 °C
4,579 torr
Punto critico a 374 °C
218 atm
Temperatura di congelamento a 760 torr
0 °C
Temperatura di ebollizione a 760 torr
100 °C
Calore latente di evaporazione a 100 °C
539 cal/g
Calore specifico a 15 °C 1 cal/g x °C
Viscosità dinamica a 20 °C
10,1 mP
Tensione superficiale a 20 °C
72,8 x 10
–3
N/m
Costante dielettrica relativa a 25 °C
78,5
Costante ebullioscopia
0,512 °C x kg/mol
Costante crioscopia
1,86 °C x kg/mol
Tensione di vapore a 100 °C
1 atm
Tensione di vapore a 120 °C
1,96 atm
Fonte: Prof.ssa. M. Specchiarello, Appunti delle lezioni anno 2003-04
1.1.2 Il ciclo naturale dell'acqua
L'acqua è la sostanza più diffusa sulla terra e ricopre i 7/10
dell'intera superficie. Il suo volume totale si aggira sui 1.385*10
6
m
3
, dei
quali 48,74*10
6
m
3
spettano alle acque dolci superficiali e sotterranee,
28,2*10
6
m
3
ghiacciai polari ed artici il resto oceani e laghi salati
15
. Le
riserve idriche presenti sulla Terra si mantengono costanti attraverso una
serie di fenomeni fisici e biochimici che nel loro insieme costituiscono
un ciclo naturale di fondamentale importanza. Lo scambio continuo di
acqua fra terra e atmosfera viene chiamato ciclo idrologico
16
. L'acqua
15
Prof.ssa. M. Specchiarello, Appunti delle lezioni , anno 2003-04.
16
Idrologia cioè lo studio dell’acqua; i compiti dell’idrologia sono quelli di contribuire allo
studio delle principali problematiche connesse con la risorsa idrica, aiutando a trovare le
migliori soluzioni. L’idrologia, si presenta con diverse impostazioni metodologiche, a seconda
del punto di vista da cui si esamina la materia. Si può dunque pensare a tre criteri di divisione
di tale scienza, proposti nel 1949 da E. Debski:
1) Lo spazio fisico entro il quale l’acqua è compresa;
2) La sequenza delle ricerche scientifiche;
3) I differenti soggetti delle ricerche;
3
CAPITOLO PRIMO
L’acqua
della terra è sottoposta ad un continuo movimento: per effetto della
radiazione solare evapora (Fig. 2) dal mare e dalle acque continentali e si
raccoglie nell'atmosfera, da qui condensandosi ricade sulla terra sotto
forma di pioggia, neve, grandine (Fig. 3).
Fig. 2 – Il ciclo dell’acqua -
Secondo il primo criterio, l’idrologia si può suddividere in: Idrometeorologia: Studio dei
fenomeni meteorologici aventi una relazione diretta con l’idrologia.
- Potamologia: Studio delle acque di superficie (fiumi, torrenti e ruscelli).
- Limnologia: Studio dei laghi.
- Oceanografia: Studio degli oceani-
- Pedoidrologia: Studio dell’acqua nelle zone scoperte del suolo.
- Geoidrologia: Studio delle acque freatiche nei primi strati del sottosuolo.
- Idrogeologia: Studio delle acque sotterranee.
In base al secondo criterio, si possono individuare tre livelli sequenziali:
- Idrometria: Studio delle osservazioni e delle misure dell’acqua e delle sue caratteristiche.
- Idrografia o Idrologia descrittiva: Descrizione geografica, regionale o monografica, dei
fenomeni idrici.
Idrologia scientifica o pragmatica: Ricerca delle cause e delle conseguenze dei fenomeni idrici
e delle loro relazioni funzionali.
E infine, in base al terzo criterio, si può dividere l’idrologia in:
- Idrologia integrale: Studio dei problemi di circolazione e di movimento dell’acqua in
natura.
- Criologia: Studio dei fenomeni ideologici riguardanti la neve e il ghiaccio.
- Glaciologia: Studio della formazione, del movimento e delle caratteristiche dei ghiacciai.
- Crenologia : Studio delle sorgenti.
- Idrochimica: Studio delle proprietà chimiche dell’acqua.
- Idrofisica: Studio delle proprietà fisiche dell’acqua.
- Bioidrologia: Scienza dell’acqua sotto l’aspetto dell’ambiente biologico.
L’idrologia è dunque una scienza molto complessa e deve fare riferimento a numerose altre
discipline per interpretare i diversi fenomeni o per mettere a punto i metodi appropriati: la
fisica, la meteorologia, la matematica, la statistica, l’informatica, la ricerca operativa, la
geologia, la geografia, l’economia , l’agricoltura, la sociologia e molte altre. Antonio Rusconi
“Acqua conoscenze su risorsa e utilizzo” Editoriale Verde Ambiente p.5 e seg.
4
CAPITOLO PRIMO
L’acqua
Il vapor d'acqua diffuso nell'atmosfera dalle correnti d'aria, tende a
condensarsi per effetto di un abbassamento di temperatura in minute
goccioline o in cristalli di ghiaccio che si formano intorno a minuscole
particelle (nuclei di condensazione) sempre presenti nell'atmosfera.
Quando le gocce d'acqua o i cristalli di ghiaccio raggiungono un peso
tale che le correnti ascendenti non riescono più a sostenere, si ha il
fenomeno della precipitazione meteorica che chiude la parte del ciclo
dell'acqua che si svolge nell'atmosfera.
Fig. 3 – Il ciclo dell’acqua -
Parte dell'acqua precipitata (meteorica)
17
scorre sulla superficie
del suolo, parte filtra nel sottosuolo e parte per evaporazione torna
nell'atmosfera completando così il suo ciclo naturale. L'acqua che cade
direttamente sul mare e sui laghi o che alimenta i ghiacciai è subito
soggetta all'evaporazione così che parte di essa ritorna nell'atmosfera con
un ciclo semplice e breve. Una certa quantità scorre in superficie (in
parte evaporando durante il percorso), partecipando ai fenomeni di
modellamento geomorfologico, fino a raggiungere il mare o i corsi
17
Le acque meteoriche hanno origine dall’evaporazione delle masse liquide esistenti sulla
superficie terrestre (e che ritornano sulla Terra sotto forma di pioggia, neve o grandine), si veda
Prof.ssa. M. Specchiarello, Appunti delle lezioni, anno 2003-04.
5
CAPITOLO PRIMO
L’acqua
d'acqua continentali; una parte viene assorbita dai vegetali che la
restituiscono all'atmosfera mediante la traspirazione; una parte viene
utilizzata dal mondo animale e rientra in ciclo attraverso i processi
escretori e putrefattivi; una parte penetra nel sottosuolo.
Le acque che penetrano nell'interno della crosta terrestre,
attraverso porosità della rocce, fessure o voragini, si arrestano
allorquando incontrano uno strato impermeabile di terreno; si comprende
quindi come gli strati argillosi siano alla base della creazione e del
mantenimento della così detta circolazione sotterranea. Le acque
meteoriche sotterranee vengono definite "vadose" per distinguerle sia da
quelle acque che si formano direttamente nel sottosuolo (origine
endogena) per particolari alterazioni delle rocce profonde e che sono
chiamate "giovanili", sia dalle acque "fossili" che sono il residuo di laghi,
paludi e mari estinti in epoche geologicamente passate ed ora colmati da
sedimenti. Le acque minerali sono sostanzialmente acque sotterranee di
origine meteorica, che durante il tragitto sotterraneo, si depurano e si
mineralizzano acquisendo quei peculiari caratteri chimici, fisici ed
organolettici che ne determinano poi le proprietà "terapeutiche".
Dell'acqua che circola nel sottosuolo una certa quantità risale per
capillarità in superficie dove evapora, una parte rimane nei pori e nelle
fessurazioni delle rocce come acqua pellicolare o come acqua stagnante
di fondo uscendo dal ciclo idrologico per un tempo indefinito, una parte
forma le falde d'acqua che possono scaturire in superficie attraverso le
sorgenti naturali o i pozzi scavati dall'uomo (anche l'acqua utilizzata
nelle varie attività umane rientra nel ciclo dopo un tempo più o meno
lungo) o alimentare per via sotterranea il mare o i corsi d'acqua e i laghi.
Per quanto diverse e complicate siano le vicende dell'acqua che partecipa
al ciclo idrologico, si può ritenere che il bilancio si chiuda in pareggio,
nel senso che la quantità d'acqua che lo compie è complessivamente
6
CAPITOLO PRIMO
L’acqua
costante. Anche se un certo quantitativo d'acqua penetra nel suolo e si
combina chimicamente con alcuni minerali componenti le rocce venendo
sottratto al ciclo, si può considerare che questa perdita sia compensata
nel sottosuolo dalla cosiddetta acqua giovanile.
7
CAPITOLO PRIMO
L’acqua
1.2 Classificazione legislativa dei vari tipi di acqua
E’ indubbio che oggi, nonostante il forte incremento, talvolta
incontenibile, del fluire delle informazioni, qualunque persona che non
abbia elevate competenze specifiche su un particolare argomento,
raramente si trova in condizioni di comprendere e scegliere. Così è per le
acque ad uso umano (acque potabili, acque minerali, acque di sorgente):
generalmente si constata che il comune cittadino riesce difficilmente a
capire le varie differenze fra queste acque.
Perché un’acqua presenti le caratteristiche di potabilità devono
essere soddisfatti molti requisiti: alle necessarie caratteristiche
organolettiche (incolore, insapore, limpida, inodore), deve
accompagnarsi un giusto contenuto di sali disciolti (l'acqua distillata non
è potabile perché priva di sali disciolti) e, soprattutto, l’assenza di
sostanze tossiche e di microrganismi patogeni. In particolare, la
microbiologia
18
delle acque costituisce un elemento determinante: infatti,
la presenza di microrganismi patogeni può indurre in breve tempo uno
stato di malattia ed è pertanto necessario porre la massima attenzione su
questo aspetto, ad esempio mettendo in atto idonei trattamenti di
disinfezione o analisi che accertino l’idoneità dell’acqua. Nelle acque
sono disciolte alcune sostanze (sali) che derivano dai processi chimici di
dissoluzione dei minerali contenuti nel suolo e nelle rocce e
rappresentano i componenti naturali e principali di un‘acqua. I sali sono
in quantità molto variabile a seconda della tipologia delle acque: per
esempio l'acqua marina contiene circa 35 grammi per litro di sali (il Mar
Morto addirittura 340), mentre quella di fusione dei ghiacciai contiene
soltanto pochi o, addirittura, frazioni di millesimo di grammo per litro.
Questi diversi quantitativi classificano immediatamente le acque in dolci
e salate.
18
Parte della biologia che studia i microbi.
8
CAPITOLO PRIMO
L’acqua
Oltre alle componenti naturali, nelle acque possono essere presenti
anche sostanze tossiche (anche nelle acque originate dalla fusione delle
nevi alpine di alta quota talvolta sono state individuate tracce di
inquinanti): perché un’acqua possa essere utilizzata a scopo potabile
queste sostanze, devono essere in quantità più bassa possibile e
comunque tale da non rappresentare un rischio per la salute umana. Studi
condotti in proposito hanno stabilito quali sono queste quantità, sia per
quanto riguarda i componenti naturali, sia per la presenza di sostanze
tossiche.
La normativa vigente nel nostro paese individua tre tipi di acque
destinate al consumo umano:
• acque destinate al consumo umano (meglio conosciute come acque
potabili)
• acque minerali naturali
• acque di sorgente
Di seguito si elencano, per ogni tipo, le leggi che le caratterizzano,
per poi metterne in evidenza nei prossimi paragrafi le principali
caratteristiche e differenze.
Con il termine “acque idonee al consumo umano”, o “acque
potabili”, si intendono quelle disciplinate dal DPR 236 del 24/05/1988 e
dal D.Lgs. 31/2001, adottato in attuazione della Direttiva 98/83/CE e
modificato dal D.Lgs. 27/2002. Si tratta di acque provenienti da varie
forme di approvvigionamento e distribuite tramite acquedotti, cisterne o
confezionamento in bottiglie o in altri contenitori.
Le acque minerali che si distinguono dalle acque potabili per
purezza, tenore in minerali e oligoelementi, per la provenienza da falde o
giacimenti sotterranei attraverso sorgenti naturali o perforate e per
9
CAPITOLO PRIMO
L’acqua
l’assenza di qualsiasi trattamento di disinfezione
19
. Sono disciplinate dal
D.Lgs. 105/1992, “Attuazione della Direttiva 80/777/CEE relativa
all’utilizzazione e alla commercializzazione delle acque minerali
naturali”; modificato dal D.Lgs 339/1999 quest’ultimo modificato dal
Decreto Legge 29 Dicembre 2003 in attuazione della Direttiva
2003/40/CE.
Le acque di sorgente definite come acque destinate al consumo
umano, allo stato naturale e imbottigliate alla sorgente, che avendo
origine da una falda o giacimento sotterraneo provengono da una
sorgente con una o più emergenze naturali o perforate. Sono disciplinate
dal D.Lgs. 339/1999, “Disciplina delle acque di sorgente e modificazioni
al D.Lgs. 25 gennaio 1992, n. 105” e ultimamente modificato da Decreto
Legge 29 Dicembre 2003. Per quanto riguarda le caratteristiche, le acque
di sorgente sono paragonabili a quelle potabili, ma al pari delle acque
minerali debbono avere il requisito della purezza e non possono subire
alcun trattamento di disinfezione
20
.
19
Fatta eccezione del trattamento ad aria arricchita da ozono, di cui si parlerà nei successivi
paragrafi.
20
Ibidem.
10
CAPITOLO PRIMO
L’acqua
1.3 Acque destinate al consumo umano (acque potabili)
È questa la categoria cui appartiene l’acqua potabile che fuoriesce
dai rubinetti delle nostre case. Secondo la definizione del Decreto
Legislativo 2 febbraio 2001, n. 31, sono “acque destinate al consumo
umano”, a prescindere dalla loro origine
21
, le acque trattate o non trattate
destinate ad uso potabile, o alla preparazione di cibi e bevande, o ad altri
usi domestici. Esse possono essere fornite tramite una rete di
distribuzione, mediante cisterne, in bottiglie o in contenitori. Rientrano
in questa categoria anche le acque utilizzate dalle imprese alimentari per
la fabbricazione, il trattamento, la conservazione o l’immissione sul
mercato di prodotti o di sostanze destinate al consumo umano.
Le caratteristiche principali delle acque destinate al consumo
umano sono le seguenti:
• differenti fonti di approvvigionamento: si possono usare sia acque
sotterranee che superficiali, anche acque salmastre, se opportunamente
trattate;
• composizione chimica variabile: attraverso le condutture di uno
stesso acquedotto possono fluire acque di differente composizione. Le
acque provenienti dalla potabilizzazione di quelle superficiali (laghi e
fiumi) variano il loro contenuto di sali disciolti, talvolta in modo
significativo, in funzione degli apporti meteorici;
• è definito un limite per il contenuto dei sali disciolti: 1500
milligrammi per litro (mg/L)
22
;
• le acque potabili possono venire distribuite anche tramite
confezionamento in bottiglie o altri contenitori con capacità superiore ai
2 litri.
21
Il termine pare molto generico e non esclude ipotesi di utilizzazione di acqua naturali di
origine diversa da quelle destinate alla potabilizzazione, per es. meteoriche, da ghiacciai, o da
processi di distillazione o dissalazione, si veda Prof.ssa. M. Specchiarello, Appunti delle
lezioni, anno 2003-04
22
D.Lgs. 31/2001
11
CAPITOLO PRIMO
L’acqua
Le acque di acquedotto, nella maggior parte degli impianti, sono
sottoposte a disinfezione. Ad eccezione del trattamento con raggi
ultravioletti, la disinfezione comporta sempre il contatto con sostanze
chimiche che lasciano “tracce” e alterazioni dell’acqua; i composti del
cloro, comunemente impiegati per tale scopo, determinano la formazione
di derivati organoalogenati, sostanze dotate di una tossicità più o meno
elevata in funzione della loro natura e quantità. La qualità di un’acqua
distribuita tramite rete acquedottistica può peggiorare durante il percorso
(tubazioni vecchie, fenomeni di corrosione, infiltrazioni, ecc.): è
indispensabile che vi sia sempre un’azione disinfettante residua. Non
tutte le acque di acquedotto manifestano quella “gradevolezza” che
sarebbe necessaria per un loro impiego potabile: il trattamento di
disinfezione, più o meno intenso, a cui deve essere sottoposta un’acqua
da immettere in rete, modifica molto spesso i caratteri organolettici
(odore e sapore); un peggioramento della qualità delle acque di
acquedotto è talvolta imputabile a impianti di trattamento domestico
(impiego di addolcitori, dissalatori, “depuratori” in senso lato) o alla
permanenza in depositi non adeguati. Il ristagno nelle tubature può
determinare la solubilizzazione23 di sostanze contaminanti
(generalmente metalli): è buona norma al mattino fare scorrere dal
rubinetto una certa quantità di acqua prima dell’utilizzo. Questa
operazione non risolve comunque i problemi che possono derivare dal
trasporto di acque in vecchie reti di adduzione.
Il nuovo decreto legislativo
24
, che attua la direttiva 98/83/CE, e
modificato dal D.Lgs.27/2002 (GU n.58 del 9/3/2002) in materia
introduce nella normativa italiana un notevole numero di innovazioni, sia
di principio, sia operative, destinate a incidere sulla gestione degli
impianti di trattamento delle acque destinate al consumo umano. Un
23
In chimica, rendere solubile, cioè disperdere.
24
D. Lgs. 31/2001
12
CAPITOLO PRIMO
L’acqua
primo aspetto rilevante
25
riguarda il punto nel quale devono essere
rispettati i valori parametrici, cioè i valori il cui superamento comporta
un intervento da parte dell'autorità pubblica. La precedente normativa
(DPR 236/1988) identificava tale punto con il contatore dell'utente:
l'azienda distributrice era responsabile sia dei trattamenti, sia della rete
distributiva, ma non di quanto avveniva dal contatore al rubinetto
dell'utente. Ora i valori di parametro (lo specifico riferimento è ai
parametri microbiologici e chimici che figurano nell’allegato I (Tab. 4 -
5) del decreto legislativo 31/2001) devono essere rispettati nel punto,
all'interno di locali o stabilimenti, in cui le acque fuoriescono dai
rubinetti, di norma utilizzati per il consumo umano (art.5comma1). Il
D.Lgs.27/2002 ha modificato
26
questa previsione, disponendo che la
conformità debba essere assicurata “nel punto di consegna, ovvero, ove
sconsigliabile per difficoltà tecniche o pericolo di inquinamento del
campione, in un punto prossimo della rete di distribuzione
rappresentativo e nel punto in cui queste fuoriescono dai rubinetti
utilizzati per il consumo umano”. In altre parole, sono previsti due punti
di rispetto e dunque, di controllo:
1) al contatore (o subito a monte dello stesso);
2) al rubinetto.
25
V. Riganti, Le acque destinate al consumo umano, “Il punto di rispetto dei valori
parametrici”, dal sito: www.arpalombardia.it/download/atti_convegni/7cd_pt0.asp
26
Il D.Lgs. 27/2002 modifica altri punti dell’art.5 del D. Lgs. 31/2001, più precisamente i
valori di parametro devono essere rispettati nei seguenti punti:
a)per le acque fornite attraverso la rete di distribuzione, nel punto di consegna ovvero, ove
sconsigliabile per difficoltà tecniche o pericolo di inquinamento del campione, in un punto
prossimo della rete di distribuzione rappresentativo e nel punto in cui queste fuoriescono dai
rubinetti utilizzati per il consumo umano;
b)per le acque fornite da una cisterna, nel punto in cui fuoriescono dalla cisterna;
c)per le acque confezionate in bottiglie o contenitori, rese disponibili per il consumo umano,
nel punto in cui sono imbottigliate o introdotte nei contenitori e nelle confezioni in fase di
commercializzazione o comunque di messa a disposizione per il consumo;
d)per le acque utilizzate nelle imprese alimentari, nel punto in cui sono utilizzate nell’impresa.
13
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