La frazione solida nelle acque di scaricoLa frazione solida nelle acque di scarico

Tutte le sostanze “contaminanti”, ad esclusione dei gas disciolti, contribuiscono alla frazione solida delle acque di scarico. La frazione solida, a sua volta, può essere distinta in una frazione organica ed in una frazione inorganica.

Effetti della frazione solida ed importanza della riduzioneEffetti della frazione solida ed importanza della riduzione

Frazione organica ed inorganica: azioni fisiche di sedimentazione in bacini, ostruzione delle tubazioni, blocco delle pompe e intasamento dei sistemi di filtrazione.

Frazione organica: la sua decomposizione comporta consumo di ossigeno e produzione di ammoniaca.

La frazione solida origina da:La frazione solida origina da:

materiali fecali

residui non utilizzati di alimento

sabbia, terra, ecc.

microrganismi e macrorganismi inferiori

residui di origine vegetale

Gli effluenti di scarico delle piscicolture differiscono sostanzialmente dalle acque di scarico civili, dai rifiuti agro-industriali e dai liquami di allevamento.

I materiali fecali contengono tipicamente sia sostanze digerite che indigerite, racchiuse insieme in un rivestimento mucoso. Le deiezioni vengono generalmente prodotte in forme filamentose allungate, ma questo può essere variabile in funzione delle specie.

I materiali fecali sono generalmente più densi dell’acqua, ma le particelle più piccole possono flottare soprattutto nei sistemi con acqua molto turbolenta o in acque sature di ossigeno, dove l’intrappolamento di aria può causare il galleggiamento delle particelle.

Caratterizzazione dei solidiCaratterizzazione dei solidi

La frazione solida degli effluenti dalle piscicolture può essere caratterizzata in base a 3 criteri:

dimensione e stato delle particelle

caratteristiche chimiche

distribuzione dimensionale delle particelle

Classificazione delle particelle solide nell’acqua (mm)

10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1

Disciolti Colloidali Sospesi o non filtrabili

Sedimentabili

Virus Batteri

Alghe

ioni organicie inorganici

Sedimentabili: > 10-2 mm, sedimentano in cono Imhoff in 1 h

Disciolti: < 10-3 mm, filtrano attraverso membrana con pori 1,2m

Sospesi: > 10-3 mm, non filtrano attraverso membrana con pori 1,2m

Campione tal quale

Acqua(umidità)

Solidi totali(sostanza secca)

Solidi volatili(frazione organica)

Ceneri(inorganica)

T.Q. = peso fresco = peso totale mg, g, kg

Umidità % T.Q.

T.S. = S.T. = s.s. % T.Q., mg l-1

V.S. = S.V. = s. org. % T.Q., mg l-1, % T.S.

Ashes = Cen. = s. inorg mg l-1

Classificazione dei solidi in base alla suscettibilità ai trattamenti fisici

Solidi totali

Discioltio filtrabili

quelli che filtrano attraverso una membrana

con pori 1,2 m

Sospesio non filtrabiliquelli che non filtrano

attraverso la membrana

Sedimentabiliquelli che sedimentano in un cono

Imhoff in 1 ora

Non sedimentabiliquelli che non sedimentano nel

cono Imhoff

Solidi sospesi(non filtrabili)

Solidi sedimentabili

Vengono trattenuti da un filtro (membrana porosa) e si quantificano per via gravimetrica, pesando il filtro con i solidi trattenuti (mg/l)

Sedimentano in 1 ora in un cono Imhoff e si quantificano per via volumetrica, leggendo il livello corrispondente direttamente sul cono graduato (ml/l)

Solidi totali

Ceneri20 – 30%

Solidi volatili70 –80%

Solidi volatili sospesi Solidi volatili solubili

Solubili25%

Particolato75%

Biodegradabili98% dei S.V.sol.

55-70% dei S.V.sosp.

NonBiodegradabili

Classificazione dei solidi in base alla suscettibilità ai trattamenti biologici

BOD (Biological Oxygen Demand) e COD (Chemical Oxygen Demand)

richiesta biologica

L’unità di misura del BOD e COD è: mg (di O2)/l

Il pH

moli/l

È illogaritmo negativo

Alcalinità e acidità

Per alcalinità di una soluzione si intende la sua capacità di reagire con gli ioni idrogeno, cioè di neutralizzare gli acidi.

Per acidità pertanto si intenderà la capacità di reagire con le basi e quindi di neutralizzare le basi.

L'alcalinità e l'acidità sono dunque una misura del potere tamponante dell'acqua nei confronti rispettivamente degli acidi e delle basi.

La definizione fornita sopra si riferisce a quella che viene chiamata alcalinità «stechiometrica».

Si definisce, invece, alcalinità «attuale» la concentrazione degli ioni OH-. Questa si può calcolare misurando il pH e tenendo conto del valore del prodotto ionico dell' acqua alla temperatura alla quale il pH è stato determinato.

L'alcalinità stechiometrica viene convenzionalmente espressa in mg/l di carbonato di calcio o in gradi francesi. Nelle acque naturali essa è dovuta fondamentalmente agli ioni carbonato, CO3 2-, e bicarbonato, HCO3

- e, se il pH è sufficientemente elevato, agli ioni ossidrile.

Gli anioni di parecchi acidi deboli (ad esempio gli ioni solfuro, bisolfuro, fosfato e borato) e l'ammoniaca possono però reagire con gli ioni H+, e quindi contribuire ad aumentare l'alcalinità.

L' acido debole che più comunemente si trova disciolto in acqua è comunque l'acido carbonico, H2CO3; esso si forma quando l' anidride carbonica, atmosferica o proveniente dal sottosuolo oppure proveniente dalla decomposizione aerobica delle sostanze organiche, si discioglie in acqua:

(1) CO2 (gas) CO2 (aq)

l' equilibrio è tanto più spostato verso destra quanto maggiore è la pressione parziale dell'anidride carbonica nella fase gassosa;

(2) CO2(aq) + H2O H2CO3 (aq)

(3) H2CO3 (aq) H+ + HCO3-

(4) HCO3- H+ + CO3

2-

gli equilibri (3) e (4) tendono a spostarsi a destra al diminuire della concentrazione degli ioni idrogeno e quindi la concentrazione di ioni bicarbonato e carbonato, a parità di tutte le altre condizioni, cresce all’aumentare del pH. Un’acqua naturale può avere pH basico nel caso in cui in essa siano disciolti sali che danno idrolisi basica, ad esempio bicarbonato di calcio oppure bicarbonato di sodio, oppure sostanze basiche come ammoniaca.

Nelle acque naturali l' alcalinità ha una notevole importanza perché svolge una funzione di tampone nei confronti delle variazioni di pH provocate da scarichi non controllati di soluzioni acide o basiche (al proposito si tenga presente che lo ione bi carbonato, oltre a reagire con gli acidi, può reagire anche con le basi secondo reazioni del tipo HCO3

-  +  OH- CO32- + H2O) o dall’attività fotosintetica (questa,

comportando consumo di anidride carbonica, favorisce aumenti del pH).

La NTAC (National Technical Advisory Committee) stabilisce un valore minimo di 20 mg/1 di carbonato di calcio per la vita dei pesci e valori superiori a 25 mg/l per una buona produttività.

Al crescere dell’alcalinità di norma diminuisce la aggressività di un’acqua cioè la sua capacità di produrre fenomeni corrosivi; l’aggressività, nel caso delle acque naturali, dipende fondamentalmente dalla concentrazione dell’anidride carbonica libera: questa infatti reagisce con lo strato di carbonato di calcio protettivo, che si forma normalmente sulle tubazioni, trasformandolo in bicarbonato di calcio molto più solubile, e porta allo scoperto il metallo che a sua volta può essere aggredito dall’acido carbonico e dall’ossigeno disciolto con formazione di ruggine.

Per quel che concerne le acque ad usi agricoli, gli ioni ossidrile presenti in caso di forte alcalinità possono causare la precipitazione del ferro sotto forma di idrossido determinando il fenomeno della clorosi nelle piante. Perché non si manifestino questi effetti è necessario che l’alcalinità sia inferiore a 600 mg/l.

Gli elementi nutritivi: N, P e K

Nell’utilizzo agronomico:rappresentano gli elementi fertilizzanti per la coltura

Nei processi di trattamento biologico:influenzano l’attività biologica di degradazione(es. rapporto C/N, rapporto BOD/N/P)

Per quanto riguarda l’impatto ambientale:N emissioni in atmosfera di NH3, N2O, lisciviazione dei nitrati nelle falde eutrofizzazione delle acqueP eutrofizzazione delle acque

Il rapporto tra gli elementi nutritivi: N/PL’azoto e il fosforo vengono rilasciati dal mangime inutilizzato, vengono emessi con le feci e vengono escreti dai pesci come urine e tramite le branchie.

Come già visto, concentrazioni elevate di azoto e fosforo determinano una situazione chiamata “stato ipertrofico”, che può stimolare la crescita e il cosiddetto “bloom” algale, fino ad uno stato denominato “eutrofia”. Il bloom algale è estrememente dannoso per l’ecosistema acquatico, soprattutto perché il processo di degradazione delle alghe morte e depositate al fondo comporta una drastica riduzione dei livelli di ossigeno disciolto.

Negli ecosistemi marini la crescita del fitoplancton è generalmente limitata dalla disponibilità di azoto, mentre

negli ecosistemi d’acqua dolce l’elemento limitante è normalmente il fosforo.

Da questo deriva che un eccesso di azoto può causare blooms algali negli ecosistemi marini, mentre un eccesso di fosforo può causare blooms algali negli ecosistemi di acqua dolce.

Quindi il rapporto tra la quantità di azoto totale e fosforo totale (N/P) disciolti nell’acqua può essere utilizzato per verificare il potenziale delle sorgenti di inquinamento a causare lo stato eutrofico.

Analisi del rapporto N/P effettuate in prossimità degli scarichi di allevamenti in gabbie galleggianti hanno evidenziato come le caratteristiche degli effluenti di acquacoltura, da questo punto di vista, si avvicinino molto alle caratteristiche degli scarichi municipali.

Parametri microbiologici

Escherichia coli

Anidride carbonica CO2

origina dalle attività metaboliche e dalle degradazioni aerobiche ed anaerobiche delle deiezioni ed in generale della sostanza organica dei sedimenti

è più pesante dell’aria atmosferica, si dispone negli strati bassi

inodore ed incolore, non avvertibile

effetti ambientali: gas ad effetto serra

concentrazione in atmosfera = 0,035%

Ammoniaca NH3

origina dalle degradazioni aerobiche e soprattutto anaerobiche delle deiezioni ed in generale della

è più leggero dell’aria atmosferica, volatilizza facilmente

odore caratteristico acre e pungente ed incolore, distintamente avvertibile a concentrazioni di 5 ppm

effetti ambientali: acidificazione dei suoli, eutrofizzazione (indirettamente)

Caratteristiche dei gas

Metano CH4

origina dalle degradazioni anaerobiche delle deiezioni e della sostanza organica dei sedimenti

è più leggero dell’aria atmosferica, volatilizza facilmente

inodore ed incolore, non avvertibile

effetti ambientali: gas ad effetto serra

Protossido d’azoto N2O

origina dalle degradazioni aerobiche

è più leggero dell’aria atmosferica, volatilizza facilmente

effetti ambientali: gas ad effetto serra

Idrogeno solforato H2S

origina dalle degradazioni anaerobiche delle deiezioni e della sostanza organica dei sedimenti

è più pesante dell’aria atmosferica, si concentra negli strati bassi

odore caratteristico solforato, giallo

effetti ambientali: acidificazione

L’ ammoniaca è il gas più studiato.

E’ utilizzato come gas “di riferimento” per valutare l’impatto in atmosfera di sistemi di allevamento e di sistemi di gestione/trattamento degli scarichi

Atmosfera e sedimenti