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INQUINAMENTO DEI FIUMI, ACQUE COSTIERE, SOTTERRANEE E STAGNANTI
FATTORI AMBIENTALI IMPORTANTI IN UN SISTEMA ACQUATICO
FILTRAZIONE SU CARBONE ATTIVO..
SOTTRAZIONE DI RISORSE IDRICHE
SCARICO DI ACQUE DI RIFIUTO IN ACQUE SUPERFICIALI
SCARICO DI RIFIUTI LIQUIDI O SOLIDI SUL TERRIT 828f54i ORIO
SVILUPPO DI ZONE URBANIZZATE, INDUSTRIALI O AGRICOLE.
EFFETTI SULL'ASPETTO DELL'ACQUA..
EFFETTI SULLA FLORA E SULLA FAUNA ACQUATICA
EFFETTI GENERALI SULL'AMBIENTE.
MONITORAGGIO MICROBIOLOGICO TRADIZIONALE.
MONITORAGGIO MICROBIOLOGICO MOLECOLARE.
POSSIBILI SOLUZIONI ALL'INQUINAMENTO
Il patrimonio idrico sulla terra è distribuito tra atmosfera, suolo, laghi, fiumi, ghiacciai continentali, calotte polari, oceani.
Nell'atmosfera l'acqua entra sotto forma di vapore: se essa non fosse presente non avrebbero luogo i fenomeni che condizionano il clima. Il vapore acqueo entra nell'atmosfera con l'evaporazione e ne esce sotto forma di pioggia o di neve.Una volta all'interno dell'atmosfera, questo, può entrare a far parte di una circolazione locale o generale.
L'acqua presenta diverse caratteristiche chimico-fisiche come per esempio il punto di congelamento ed il calore specifico. Il volume di una massa d'acqua diminuisce progressivamente fino al raggiungimento della temperatura di +4°C, sotto questa temperatura, fino al raggiungimento del punto di congelamento, il volume della massa d'acqua aumenta e diminuisce la densità. Per questo motivo l'acqua più fredda, essendo più leggera, tende a salire in superficie.
Il calore specifico invece rappresenta la capacità di accumulare una certa energia termica ad un dato incremento di temperatura. L'acqua infatti è il liquido che possiede più alto calore specifico, se venisse ipotizzato un determinato apporto di energia termica (per esempio l'irraggiamento solare)la massa d'acqua aumenterebbe la sua temperatura e, di conseguenza, si raffredderebbe più rapidamente rispetto alle terre che la circondano.
La proprietà dell'acqua più notevole è rappresentata dal suo carattere dipolare, si individua cioè in ogni molecola una zona positiva ed una negativa. Le molecole tendono infatti ad associarsi e a formare delle lunghe catene che, unite ad altre dotate di carica, formano complessi idratati: questa attrazione è chiamata "legame a idrogeno". Dal punto di vista biochimico rappresenta il componente principale delle cellule, costituendo quindi anche il mezzo per cui avvengono le reazioni cellulari. Per questo motivo il contenuto di acqua negli esseri viventi deve essere mantenuto costante, evitando variazioni eccessive.
Water is the most common of all liquids. About two thirds of the Earth's surface is covered with water. This is a very special liquid; it needed by all living things. We can menage without food for several weeks, but we cannot last many days without water. It exists as a solid, liquid or gas over a relatively short range of temperature. Chemically, water is a compound of hydrogen and oxygen.
Uso potabile
Uso industriale
Uso irriguo
Uso energetico
Uso estetico-ricreativo
Vita acquatica
USI CIVILI: per usi civili si intendono quelli relativi al consumo umano ed ai servizi di igiene privati e collettivi. I consumi idrici per usi civili variano in relazione alle dimensioni degli agglomerati urbani, al livello di benessere economico ed alle abitudini di vita della popolazione. Negli ultimi decenni si è registrato un aumento delle dotazioni idriche pro-capite, da ricondursi principalmente all'innalzamento della qualità del servizio idrico e del reddito medio della popolazione.
USI INDUSTRIALI: la richiesta idrica industriale varia in relazione al settore considerato: quelli più idroesigenti sono il petrolchimico, il metallurgico, il tessile e l'alimentare. Il fabbisogno idrico dell'industria italiana è diminuito negli ultimi anni, a causa della progressiva riduzione delle attività manifatturiere. A vantaggio della fornitura dei servizi, dell'aumento di produttività industriale, dell'automazione sempre più spinta dei processi produttivi e dell'introduzione di nuove tecnologie a basso consumo d'acqua.
USO IRRIGUO: il fabbisogno idrico in agricoltura dipende dall'estensione delle superfici irrigabili, dalle caratteristiche climatiche e ambientali, dalla tipologia colturale, dalle tecnologie di distribuzione utilizzate. Il settore agricolo è il più idroesigente: tra le colture a più elevato consumo d'acqua si annoverano il granoturco, le foraggere e le ortive.
USO ENERGETICO: l'impiego dell'acqua nella produzione di energia può essere sia diretto (immissione nelle condotte forzate delle centrali idroelettriche) sai indiretto (trasformazione in vapore nelle centrali termoelettriche dove l'acqua viene anche impiegata per il raffreddamento degli impianti). La produzione idroelettrica non comporta consumi idrici o degrado delle caratteristiche di qualità, dato che l'acqua viene restituita al corpo idrico dopo il suo utilizzo. Questo tipo di uso risulta tuttavia, spesso in conflitto con gli altri usi della risorsa e con le esigenze di conservazione delle caratteristiche naturali dei corpi idrici.
VITA ACQUATICA: il vigente quadro normativo (legge n.183/89, legge n. 36/94, DM n. 152/06) definisce prioritaria la tutela della vita acquatica (uso ambientale), alla quale deve essere destinata una quota dei deflussi minimi vitali (Dmv), cioè la portata minima necessaria a garantire comunque la salvaguardia delle strutture naturali dei corsi d'acqua e la presenza delle biocenosi tipiche corrispondenti alle condizioni naturali locali.
Con "approvvigionamento idrico" si indicano le grandi riserve di acqua che presentano caratteristiche chimiche, fisiche e biologiche tali da poter soddisfare le necessità della popolazione. Sommando i consumi collettivi ed individuali di acqua è possibile calcolare che siano necessari ogni giorno dai 400 ai 500 litri di acqua per abitante.
Come fonti di approvvigionamento idrico si possono utilizzare acque meteoriche o piovane, acque di superficie (es. laghi, mari, fiumi) e acque sotterranee (es. acque di falda)
Le acque meteoriche sono prive di sali ma sono acide in quanto si caricano di anidride carbonica a contatto con gli strati bassi dell'atmosfera e possono ulteriormente contaminarsi nelle superfici di raccolta. Solitamente vengono raccolte sui tetti e convogliate in cisterne sotterranee dove possono essere estratte ed utilizzate, tramite delle pompe. Le cisterne devono possedere un "separatore delle prime acque" per poter eliminare la prima acqua raccolta e devono comunque essere costruite con materiale idoneo in grado di resistere all'acidità delle piogge. Devono essere sottoposti a periodiche operazioni di pulizia. Questo tipo di approvvigionamento ha diversi svantaggi come per esempio la scarsità d'acqua nei periodi estivi e la lunga permanenza dell'acqua nella cisterna.
Con acque superficiali si intendono sia quelle dolci che quelle marine. Infatti l'acqua di mare costituisce una grande riserva ma possiede una grande quantità di sali (35g/L), per il suo utilizzo si rende quindi necessario un processo di dissalazione che risulta però molto costoso. Le acque dolci comprendono invece quelle dei laghi, dei fiumi e dei bacini artificiali; possono essere depurate per poi essere inviate al consumo purchè non presentino un elevato grado di inquinamento.
Per acque sotterranee si intendono quelle acque che si trovano al di sotto della superficie terrestre. Provengono da quelle meteoriche o superficiali che subiscono un naturale processo di filtrazione attraverso strati di terreno permeabili fino a raggiungere uno strato di argilla impermeabile, formando così dei punti di raccolta sotterranei (falde) dove l'acqua può venire alla luce mediante sorgenti (quindi spontaneamente) oppure estratta artificialmente mediante pozzi. La profondità ne influenza quindi la vulnerabilità. Durante la percolazione attraverso gli strati di terreno, l'acqua subisce un processo più o meno accentuato di filtrazione a carico di ghiaia o strati successivi di sabbia.
Le falde possono essere freatiche o superficiali che si formano tra il piano di campagna ed il primo strato di argilla, oppure profonde che vengono a formarsi tra due strati di argilla. Queste ultime risultano avere una maggiore purezza biologica poiché risultano protette da contaminazioni di superficie e per la maggiore possibilità di autodepurazione.
Le acque di falda superficiale e profonda possono essere prelevate per mezzo di pozzi rispettivamente superficiali e profondi. In alcune zone (per esempio nella Pianura Padana) sono presenti particolari tipi di falde chiamate artesiane le cui acque possono essere captate dagli omonimi pozzi e fuoriuscire con forza dal terreno quando il livello piezometrico è più alto del livello del terreno da cui sgorgano. Nel mondo l'acqua sotterranea rappresenta lo 0.35% dell'acqua della terra ed è circa 20 volte più del totale delle acque di superficie dei continenti, risulta quindi essere la più grande riserva di acqua potabile.
L'inquinamento delle acque avviene prevalentemente a carico dell'uomo. E' noto come l'uomo in pochi decenni abbia stravolto gli equilibri naturali che si erano formati e mantenuti inalterati per migliaia di anni. Le attività di prelievo idrico risultano infatti sempre maggiori, e le acque vengono restituite alla natura sempre più contaminate ed inquinate. A fronte di un utilizzo sempre più vasto di concimi chimici ed un'industria sempre più sviluppata, gli organismi presenti nelle acque non sono più in grado di assicurare un'autodepurazione delle acque mediante la loro attività. Non riescono infatti più a degradare con le loro attività metaboliche il carico sempre più massiccio di sostanze che vengono riversate nelle acque come per esempio metalli pesanti, veleni, pesticidi, ecc.
Anche i rifiuti naturali di origine umana costituiscono inquinamento ma si tratta di sostanze che possono essere depurate autonomamente dagli organismi acquatici neutralizzandole e facendole entrare nei loro cicli biologici. Le acque sono infatti in grado di eliminare il materiale biodegradabile che viene riversato, in quantità non eccessiva. Questo avviene maggiormente nelle acque correnti (per esempio i fiumi), dove è maggiore la disponibilità di ossigeno disciolto; l'energia contenuta nelle sostanze infatti può essere recuperata e riutilizzata con la formazione di nuova materia vivente. Tutto ciò è reso possibile grazie agli organismi viventi: in condizioni normali le trasformazioni vengono operate da batteri aerobi che ossidano la materia organica rendendola stabile e quindi non ulteriormente degradabile. L'ossigeno che è stato utilizzato verrà lentamente rimpiazzato da quello atmosferico e l'energia sviluppata servirà per i processi di crescita delle cellule batteriche. Se aumenta la quantità di sostanza organica da decomporre aumenta di conseguenza la richiesta biologica di ossigeno (che si misura con il BOD) fino al raggiungimento di una richiesta superiore rispetto all'ossigeno disciolto.Verranno quindi a crearsi situazioni di asfissia facendo quindi proliferare i batteri anaerobi in grado di demolire la sostanza organica ma in modo incompleto, producendo sostanze maleodoranti e nocive.
Si può considerare il fiume come una massa d'acqua corrente, infatti questo è sempre in movimento, ciò conferisce una notevole quantità di ricambio d'ossigeno. In particolare qui si può assistere all'autodepurazione dell'acqua, quando la quantità di inquinanti non è eccessiva e quando questi vengono riversati con intervalli ampi. L'acqua che viene utilizzata dalle piante, dagli animali e dall'uomo arriva in buona parte dai fiumi. Se questi sono inquinati, anche la vita è in pericolo. L'uomo è il principale inquinatore perché introduce sostanze chimiche nelle acque, che poi arrivano nei fiumi attraverso fognature, piogge, scarichi industriali.
Le acque costiere costituiscono il luogo dove sfociano i fiumi e per questo motivo qui viene riversato anche il carico inquinante che essi contengono. Ricordiamo che le acque di rifiuto che possono convogliare in un fiume possono essere di origine naturale, agricola, domestica e industriale. Inoltre parte dell'inquinamento può essere costituita dallo scarico in mare dei residui degli oli delle imbarcazioni. I liquami che raggiungono il mare contengono batteri patogeni, questo può costituire un grave problema in quanto questi possono essere assorbiti da molluschi filtratori quali mitili ed ostriche, che, se consumati crudi, possono diventare vettori di malattie come l'epatite virale, il colera, il tifo.
La conseguenza dello scarico di sostanze organiche sarà una diminuzione della disponibilità di ossigeno disciolto. Questo fenomeno si registra in particolare nelle acque salate dove la disponibilità di ossigeno è naturalmente inferiore. La principale fonte di inquinamento di origine marina è quello da idrocarburi, in particolare delle petroliere, che a causa di disastri quali la rottura delle imbarcazioni stesse, riversano grandi quantità di petrolio nelle acque.
Queste hanno provocato gravi problemi ambientali e molti danni all'uomo e alla sua salute a causa dell'arrivo sulle coste delle sostanze inquinanti che provocano varie malattie infettive, come ad esempio il tifo, il colera la salmonellosi.
La frequenza degli incidenti di grandi proporzioni che riguardano il riversamento in mare di greggio da parte delle petroliere, ha posto l'attenzione degli esperti sul gravissimo problema dell'inquinamento del mare e delle coste da idrocarburi. Le conseguenze si ripercuotono sull'ambiente marino ma anche sulle attività umane. La necessità di bonificare le ampie aree colpite da inquinamento del petrolio ha spinto ad approfondire gli studi sulla possibilità di utilizzare i microrganismi per la biodegradazione di queste sostanze.
Ci si è infatti resi conto che cercare di riparare il danno aggiungendo solventi chimici, non fa che peggiorare le cose.
Il petrolio è una miscela di idrocarburi che, se separati, possono dare luogo ad una frazione satura, una polare ed una aromatica. Della prima frazione fanno parte i n-alcani, che risultano essere i composti più facilmente attaccabili dai microrganismi, che vengono trasformati in acidi grassi, anidride carbonica e acetil CoA. I composti più numerosi risultano però essere i cicloalcani ed i composti ciclici complessi, questi risultano più complessi da degradare. La degradazione avviene per opera di lieviti e batteri. Alcune alghe ed alcuni Cianobatteri sono in grado di metabolizzare il naftalene. Nel suolo risultano invece attivi Pseudomonas, Brevibacterium, Flavobacterium, Vibrio, Acinetobacter, Penicillum e Candida.
Arthrobacter, Corynebacterium, Pseudomonas aeruginosa sono in gradi di produrre metabolici emulsionanti.
La biodegradazione del petrolio presuppone l'ingresso degli idrocarburi all'interno della cellula batterica, in questo modo si attivano gli enzimi interessati. Gli idrocarburi costituiscono fonte di carbonio ma ai batteri devono essere forniti azoto, fosforo e ossigeno, indispensabili per il loro sviluppo. L'ossigeno viene fornito dall'interfaccia fra lo strato di petrolio-acqua e aria. In questo modo lo Pseudomonas putida ossida gli idrocarburi aromatici come per esempio il benzene, toluene ed altri.Tramite l'ingegneria genetica si sono ottenuti dei mutanti di Pseudomonas putida in grado di degradare la canfora, la naftalina e gli ottani.
Invece, problema principale dell'inquinamento delle acque sotterranee, è costituito da nitrati e pesticidi, che percolano nel terreno tramite dilavamento. E' opportuno ricordare anche i bacini di sedimentazione (dove sostano i liquami in attesa di una depurazione naturale), le cave abbandonate ed i pozzi perdenti. Di solito le falde sono protette da strati di terreno impermeabili ma purtroppo molto spesso si verificano delle contaminazioni. Spesso infatti gli impianti sono mal progettati e quindi non completamente isolati dal terreno. Le cave abbandonate invece sono spesso utilizzate come discariche per i rifiuti tossici.
Nelle acque stagnanti si può osservare un mancato mescolamento della massa d'acqua, dovuto al fatto che le correnti ed il vento, riescono ad attuare un rimescolamento solo nella parte superficiale dell'acqua. Nella parte inferiore si avranno fenomeni di accumulo. In questi tipi di acque avremo condizioni diverse a seconda della stagione in cui ci si trova. Infatti in estate l'epilimnio (che costituisce lo strato superiore) è caldo ed avrà un buon ricircolo mentre l'ipolimnio (lo strato inferiore) sarà freddo e stagnante. Tra le due fasi si formerà una terza zona detta termoclinio, che fungerà da isolate tra i due strati. Un rimescolamento vero e proprio si potrà osservare a fine estate e a fine inverno quando l'acqua in superficie tende a riscaldarsi e portarsi alla temperatura degli strati sottostanti.
Si può facilmente dedurre che nel caso di un riversamento di materiale organico in un lago questo si depositerà sul fondo. Essendo presente uno strato isolante all'interno della massa d'acqua, non ci sarà ricambio di ossigeno per permettere una degradazione aerobica del materiale organico depositato, per questo motivo si instaureranno processi di degradazione anareobia. Questo porterà alla formazione di sostanze maleodoranti e tossiche per gli organismi acquatici e quindi al fenomeno dell'eutrofizzazione, in particolare quando il carico inquinante richiede ingenti quantità di ossigeno.
L'inquinamento può essere diviso in 4 tipi: naturale, domestico, industriale, agricolo.
L'inquinamento naturale consiste nel trasporto a valle, da parte dei corsi d'acqua, di sostanze disperse e detriti vegetali ed animali che vanno incontro a decomposizione. Questo fenomeno si verifica particolarmente durante le piene dei fiumi.
Con inquinamento domestico si intende lo scarico in fogna di residui organici, liquidi contenenti detergenti, cibi, oli e rifiuti vari di cucina.
L'inquinamento industriale avviene quando vengono riversate nei corpi idrici le acque di residui di lavorazioni, che possono contenere sostanze che creano problemi di trattamento
L'inquinamento agricolo, infine, riguarda non solo lo smaltimento incontrollato dei residui di metabolismo animale (che, se riversato in acqua in modeste quantità, può subire un trattamento di autodepurazione), ma anche diserbanti, insetticidi, anticrittogamici (tutti comunemente chiamati pesticidi), che vengono dilavati dalle piogge e convogliati nei corsi d'acqua o percolati nel terreno.
Con il termine "pesticidi" si intendono i prodotti chimici che vengono utilizzati per la conservazione dei cibi e per la cura delle malattie delle piante. Questi sono suddivisi in fungicidi (che attaccano funghi e muffe), insetticidi (per gli insetti fitopatogeni), erbicidi (diserbanti). L'uso di queste sostanze è andato man mano aumentando fino ad arrivare ad un loro uso indiscriminato al fine di ottenere un reddito elevato da monocolture.Essi penetrano nelle acque a causa del dilavamento delle foglie (piogge a seguito del trattamento) e conseguente percolazione nei terreni permeabili.Rappresentano un problema anche per l'uomo in quanto questi vengono quotidianamente ingeriti in particolare con verdura ed ortaggi.
I pesticidi presentano un'elevata biotossicità (anche in basse concentrazioni) a causa della loro resistenza alla biodegradazione ed alla mobilità del terreno. Queste sostanze vengono spesso utilizzate in modo scorretto, soprattutto nelle prossimità di acque quali quelle di falde superficiali, col riversamento accidentale o volontario nei corsi d'acqua o l'abbandono di contenitori vuoti sul terreno.
I nitrati provengono dall'uso di concimi artificiali e dalla presenza di grandi insediamenti di animali. L'utilizzo di queste sostanze è dovuto all'abbandono delle antiche pratiche delle rotazioni per le monocolture, infatti il terreno forniva alimentazione per le bestie, ma veniva "concimato naturalmente" dalle deiezioni degli animali, tutto ciò con un ciclo continuo. Oggi, con l'abbandono di questa vecchia pratica, il terreno richiede la somministrazione manuale di elementi quali azoto, fosforo e potassio (N-P-K), e i liquami degli allevamenti intensivi sono responsabili dell'entrata dei nitrati nel terreno (e quindi nelle acque) ad alte concentrazioni, fino a pregiudicarne l'uso ai fini potabili. I nitrati risultano essere molto solubili in acqua, questo risulta essere un problema non tanto per la contaminazione delle falde di superficie, quanto per quelle profonde che hanno minore possibilità di ricambio. Questo elemento risulta pericoloso anche per la salute dell'uomo: questi (presenti anche in alcuni conservanti) possono trasformarsi in nitrosamine durante i processi digestivi, queste risultano essere cancerogene. Inoltre possono essere responsabili della metaemoglobinemia nei lattanti (in particolare se alimentati col latte artificiale) con ridotta capacità di trasporto dell'ossigeno. I nitrati sono inoltre responsabili (insieme ai fosfati) del fenomeno dell'eutrofizzazione.
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EUTROFIZZAZIONE L'eutrofizzazione (il cui termine significa "abbondante nutrimento" ) è data particolarmente dall'immissione di fosfati e nitrati nelle acque, ma risulta essere importante per lo sviluppo delle alghe anche la disponibilità di luce. Per questi motivi il fenomeno si manifesta prevalentemente nelle acque stagnanti (per esempio i laghi ed i mari) e nella stagione estiva. L'azoto proviene particolarmente dalla concimazione agricola e dalle deiezioni animali ed umane, mentre il fosforo viene utilizzato nei detersivi per correggere la durezza delle acque. Grazie alle condizioni favorevoli di un'abbondanza di luce e di nutrienti si avrà uno sviluppo massiccio di microalghe come Dinoflagellati e Diatomee, queste richiameranno ingenti quantità di pesci ed altri organismi che di esse si nutrono, l'ambiente diverrà quindi molto ricco. Ma le alghe che di giorno producono ossigeno, di notte lo consumano completamente. Il loro numero aumenterà troppo in fretta rispetto alla quantità di ossigeno a disposizione, in questo modo l'ambiente risulterà asfittico sia per le alghe che per gli altri microrganismi che di esse si nutrono. Gli organismi, che morendo andranno in putrefazione, libereranno quindi gas come metano ed acido solfidrico e renderanno le acque inospitali e non balenabili. Da non confondere con l'eutrofizzazione, la mucillagine, data dalla presenza di muco prodotto dalle microalghe come le Diatomee bentoniche, durante il processo di riproduzione. Il muco spostandosi con correnti e maree ingloba ciò che trova sul cammino e si riempie man mano di bollicine d'aria. Anche questo fenomeno risulta maggiore quando sono presenti alte temperature ed assenza di correnti. In ambienti lacustri, si può osservare un eccessivo sviluppo di microalghe bentoniche verdi e rosse che assumono aspetti negativi per le attività umane e per lo smaltimento delle stesse alghe di notevoli dimensioni. Questo è dovuto al fatto che un lago rappresenta un ambiente chiuso e non molto profondo. |
L'inquinamento termico è rappresentato dagli scarichi delle centrali termoelettriche e di raffreddamento industriale, molto spesso viene sottovalutato ma risulta essere molto importante soprattutto per la sopravvivenza dell'ittiofauna. Gli scarichi rendono la temperatura delle acque (in particolare vicina ai punti di emissione) molto più alta rispetto a quella dell'ambiente esterno, questo provocherà una diminuzione dell'ossigeno disciolto ed un'accelerazione delle reazioni che richiedono questo elemento, con risultati molto gravi. Il fenomeno peggiora nei mesi estivi a causa delle morie di pesci e dello sviluppo di sostanze maleodoranti per la putrefazione delle sostanze organiche. Gli sbalzi di temperatura risultano infatti dannosi per i pesci in particolare: aumenta la richiesta di ossigeno che però risulta mancare, si creano problemi legati allo sviluppo delle uova, percepiscono maggiore sensibilità alle sostanze estranee quali i veleni.
Tra i fattori che influenzano un ecosistema acquatico ricordiamo la temperatura, la luce, la salinità ed i gas disciolti.
La temperatura di una massa d'acqua è variabile a seconda delle stagioni e dell'angolazione con cui i raggi giungono sul pelo dell'acqua, ma anche a seconda se ci troviamo durante il giorno a la notte.Una caratteristica chimico-fisica che qui è opportuno ricordare è il punto di congelamento.
La luce risulta la principale fonte di energia per l'ecosistema acquatico e viene utilizzata dal fitoplancton (produttori) per fare la fotosintesi (e quindi sintetizzare la materia organica a partire da sostanze inorganiche). Questo rappresenta l'inizio della catena alimentare che attraverso vari livelli raggiunge i predatori che costituiscono i consumatori di livello più alto. La luce non riesce a penetrare in profondità a causa delle particelle in sospensione, di conseguenza gli organismi produttori si andranno a posizionare negli strati più alti. Sul fondo si depositeranno le sostanze morte che andranno incontro a fenomeni di decomposizione ad opera di microrganismi quali funghi e batteri, processo che consuma ossigeno. A seguito della carenza di questo elemento si possono creare situazioni di anossia. Il naturale apporto di ossigeno agli strati sottostanti è assicurato dai movimenti normali interni della massa dell'acqua, che portano inoltre in superficie le sostanze nutritive che sono state liberate dagli organismi decompositori.
I gas disciolti provengono dagli esseri viventi e dall'atmosfera. Questi sono ossigeno, anidride carbonica, metano, solfuro d'idrogeno, azoto. La solubilità dell'ossigeno dipende dalla temperatura:più fredda sarà l'acqua e maggiore sarà l'ossigeno disciolto.
La salinità è nulla nelle acque dolci ma può arrivare al 3,5% in peso in quella di mare. I sali che sono presenti sono:cloruro di sodio (30%), cloruro di magnesio, solfato di calcio, solfato di potassio. Si possono avere concentrazioni più elevate o di saturazione nel laghi salati. I microrganismi che riescono a sopravvivere a queste condizioni sono alofili (es. stafilococchi o vibrioni)
Il termine potabilizzazione sta ad indicare quei processi indispensabili a rendere l'acqua potabile, quindi rispondente ai requisiti di legge, sia dal punto di vista microbiologico che chimico. Come si può immaginare, peggiore è la qualità dell'acqua da trattare e più complessi diventeranno i processi per questo trattamento. I requisiti che devono essere soddisfatti da una buona acqua potabile sono le caratteristiche organolettiche e l'aspetto sanitario. Infatti l'acqua deve essere inodore, incolore, insapore e non deve diventare in alcun modo veicolo per la trasmissione di malattie infettive, né contenere sostanze chimiche dannose per la salute dell'uomo e degli animali. I processi a cui deve essere sottoposta ai fini della potabilizzazione sono:
sedimentazione
disinfezione
filtrazione su carbone attivo
Avviene in bacini o serbatoi dove l'acqua viene raccolta e fatta stazionare per un tempo più o meno lungo perché i solidi sospesi possano depositarsi sul fondo. Questo processo avviene per circa un'ora. L'eliminazione del materiale rimasto viene accelerato mediante l'aggiunta di sostanze chimiche come coagulanti e flocculanti. In questo modo i materiali più fini vanno ad aggregarsi formando dimensioni maggiori, in modo da sedimentare velocemente.
Il meccanismo della flocculazione avviene tramite delle particelle colloidali (come argilla, silicone, acidi umici) che portano cariche elettriche di superficie di segno negativo che esercitano forza repulsiva tra i solidi in sospensione. Aggiungendo sali di alluminio e ferro vengono liberati dei cationi a carica multipla che sono in gradi di rompere l'equilibrio che mantiene stabile la sospensione. In questo modo le particelle colloidali aumentano le loro dimensioni e si depositano sul fondo.
La sostanza più usata per la disinfezione è il cloro, come gas o sotto forma di sodio ipoclorito (NaClO). La reazione tra cloro ed acqua produce acido ipocloroso (HClO) che, dissociandosi in HCl ed O, libera ossigeno che svolge un'azione ossidante in grado di eliminare i microrganismi presenti nell'acqua. Quando è possibile si tende a sostituire il cloro con l'ozono che non lascia tracce ed è anch'esso dotato di forte potere ossidante.
Con questo processo vengono eliminate le sostanze organiche inquinanti come solventi, pesticidi, detergenti. L'acqua viene fatta passare attraverso grandi colonne che contengono carbone attivo, che può essere rigenerato quando esaurisce le proprie capacità di adsorbimento. Il carbone attivo è una forma microporosa di carbone derivato da torba, lignite, carbon fossile. L'attivazione consiste nel sottoporre il carbone all'azione di vapore ad alta temperatura che provoca la formazione di micropori di dimensioni molecolari. Gli atomi di carbonio presenti sulla superficie degli stessi esercitano attrazione sulle sostanze liquide o gassose con cui vengono a contatto. Una volta creato una strato di adsorbato, il carbone deve essere rigenerato con passaggio forzato di vapore d'acqua sotto pressione.
La maggior parte dell'acqua utilizzata per la produzione di energia elettrica e per usi industriali viene restituita al patrimonio idrico in punti vicini a quello di prelievo, mentre l'acqua per usi domestici o per pubblici servizi viene generalmente restituita in zone lontane dal punto di prelievo. L'inquinamento dovuto alla semplice sottrazione d'acqua è trascurabile nel primo caso ma può essere importante nel secondo.
Una causa, che localmente può anche non essere secondaria, di inquinamento è lo scarico di rifiuti solidi o liquidi sul territorio. Questi possono essere: solidi di origine domestica, commerciale o industriale (che dovrebbero essere smaltiti in forni di incenerimento); scarichi inerti come calcinacci e detriti; scarichi solidi o liquidi molto densi di processi industriali che per motivi tecnici o economici non vengono trattati; liquami domestici o scarichi industriali versati in pozzi perdenti. Questi rifiuti possono dar luogo a fenomeni di inquinamento delle falde acquifere o direttamente o per dilavamento causato dalla pioggia.
Lo sviluppo generale di un territorio, infine, può essere causa di inquinamento diretto o indiretto. Il primo è generato per esempio dallo scarico o dal dilavamento del materiale prodotto o accumulato nell'urbanizzazione. Il secondo può essere generato dall'impermeabilizzazione del suolo susseguente alla costruzione di opere civili, dal disboscamento ecc
Da questa definizione deriva una classificazione degli inquinanti in termini di componenti chimici, fisici, biologici e microbiologici.
L'inquinamento chimico è generato dalle sostanze organiche e inorganiche immesse nell'acqua. La loro azione inquinante può essere diretta o indiretta, attraverso processi biologici. L'azione diretta si esplica attraverso la sottrazione d'ossigeno al corpo idrico causata dalla presenza di sostanze riducenti, di nitrati e di fosfati. Come esempio d'azione indiretta si può ricordare che mentre basse concentrazioni di mercurio inorganico (sotto forma di sali) possono non esercitare un effetto diretto, la loro trasformazione in derivati metilici, per opera di microrganismi anaerobici, deprezza profondamente il valore dell'acqua.
L'inquinamento fisico può essere provocato da alterazioni del volume, della portata e del letto di un corpo idrico, dalla sottrazione o aggiunta di calore, dall'immissione di rifiuti solidi. L'inquinamento biologico è provocato dall'immissione nell'acqua di composti che rallentano o inibiscono lo sviluppo di quelle specie che normalmente intervengono nei processi di autodepurazione attraverso il loro metabolismo. Tra questi composti si possono ricordare tutte le sostanze acide o basiche che alterano la neutralità dell'acqua naturale, i cationi dei metalli pesanti, i cromati, i cianuri.
L'inquinamento microbiologico è provocato dall'immissione nell'acqua di microrganismi intestinali, tipo i coliformi (Streptococcus, Staphylococcus, ecc.), gli agenti patogeni (Salmonella, Shigella, ecc.), i virus responsabili della trasmissione dell'epatite e della poliomielite.
Sulla base degli effetti dell'inquinamento sull'uso e sul valore ambientale delle acque è possibile la seguente suddivisione:
effetti sull'aspetto dell'acqua
effetti sulla flora e sulla fauna acquatica
effetti generali sull'ambiente
L'aspetto dell'acqua è determinato principalmente dai seguenti fattori: presenza di colore e torbidità. Quest'ultima è causata da solidi sospesi e può essere associata ad un colore che il materiale sospeso conferisce all'acqua. La presenza di torbidità, oltre ad impedire l'utilizzo dell'acqua per molti scopi e a conferirle aspetto ed eventualmente odore e sapore sgradevoli, riduce la quantità di luce solare che penetra in essa. La velocità di fotosintesi viene quindi ridotta con conseguente diminuzione della produzione d'ossigeno necessario per il normale bilancio del corpo idrico.
La presenza di oli minerali e vegetali e di grassi è osservabile poiché si vengono a formare film oleosi. Questa è originata dalla produzione, distribuzione e uso di prodotti petroliferi. Film con spessori elevati tendono a ridurre la velocità con la quale l'acqua assorbe dall'aria oltre a ridurre la percentuale di trasmissione della luce.
L'accumulo eccessivo o persistente formazione di schiuma può essere causata da contaminanti diversi (saponi, detergenti, alcali), ma la causa più comune è la presenza dei tensioattivi. La sostituzione dei tensioattivi anionici non biodegradabili a catena alchilica ramificata (tensioattivi duri) con quelli biodegradabili a catena alchilica lineare (tensioattivi molli) avrebbe dovuto ridurre a modo drastico questo fenomeno. Il suo persistere è da attribuirsi allo scarico di acque parzialmente o completamente non trattate e all'uso, in alcune industrie, di detergenti non-ionici (che sono generalmente duri). Inoltre la presenza simultanea di tensioattivi ionici e non ionici può avere un effetto sinergico, provocando la formazione di schiume che ciascun tensioattivo da solo non produrrebbe.
Se sono presenti contemporaneamente prodotti detergenti e oli e grassi, i primi fanno da veicolo per la trasmissione dei secondi con un effetto ritardante dei processi di autodepurazione.
Un altro fenomeno è l'accumulo di rifiuti, e di scorie superficiali visibile e di banchi di vegetali: l'inquinamento connesso all'accumulo di detriti, contenitori di plastica, oggetti da gettare dopo l'uso, carte ecc. ha non solo un effetto chimico notevole ma anche un riguardevole effetto visivo.
Osservabile inoltre la crescita di "funghi" sul fondo di un corso d'acqua: sul letto di corsi d'acqua che ricevono scarichi industriali di sostanze vegetali si può avere una crescita molto estesa di un batterio filamentoso, lo Sphaerotilus natans con copertura anche dell'intero letto e distruzione della normale fauna.
La flora e la fauna di un'acqua possono essere alterate dagli agenti inquinanti in due modi. Il primo è un'alterazione fisica dell'habitat acquatico in termini di volume, velocità di flusso, natura del letto e trasmissione della luce. Il secondo è legato a variazione chimica dell'acqua e del suo letto.
Una variazione di larghezza, altezza o portata di un corso d'acqua può portare variazioni della vita acquatica. Per esempio una notevole variazione del livello di un lago o di uno stagno aumenta notevolmente la luce trasmessa sul fondo stimolando la fioritura di erbe e l'aumento del tipo o della quantità totale di invertebrati.
Una diminuzione di portata ha come effetto primario l'aumento del tempo di ritenzione dell'acqua nel bacino ed effetti secondari dovuti alla crescita del fitoplancton. L'aumentata concentrazione di fitoplancton altera, infatti, la qualità chimica dell'acqua in seguito all'aumento di fotosintesi e di produzione di materia organica vegetale.
I principali fattori che alterano la qualità chimica dell'acqua o del suo alveo a spese della flora e della fauna sono:aumento di torbidità e di sedimenti originati dal materiale solido sospeso che alterando il bilancio di ossigeno sfavorisce lo sviluppo della vita animale e vegetale. Il deposito di sedimenti sul fondo riduce la popolazione animale perché copre i luoghi usuali di abitazione e di riserva di cibo.
Se i solidi sedimentali sono di natura organica, i fenomeni di decomposizione anaerobica all'interno del fango depositato riducono il numero e la specie di animale presenti.
L'ossigeno disciolto nelle acque naturali che raccolgono gli scarichi contenenti residui organici biodegradabili viene utilizzato per soddisfare la richiesta di ossigeno dei batteri i quali, attraverso processi di ossidazione, metabolizzano le sostanze organiche portandole verso la mineralizzazione. L'attività batterica provoca un consumo di ossigeno e questo viene progressivamente consumato. La ridotta disponibilità di ossigeno altera la natura dei processi chimici. Infatti, mentre in presenza di ossigeno (condizioni aerobiche) i prodotti di decomposizione sono biossido di carbonio, ammoniaca e acido nitrico, acido solforico e acido ortofosforico, in assenza di ossigeno (condizioni anaerobiche) i prodotti di decomposizione sono metano, ammoniaca e ammine, solfuro di idrogeno, fosfina e altri composti di fosforo, ossia i prodotti tossici (H2S) o maleodoranti (ammine, H2S, composti di fosforo). Il processo di depauperamento del contenuto di ossigeno disciolto è accelerato dalla presenza di sedimenti organici che, decomponendosi, esercitano localmente una forte domanda di ossigeno. La presenza di tensioattivi o di film oleosi accelera il processo perché diminuisce la velocità di assorbimento dell'ossigeno dall'atmosfera; anche la presenza di ammoniaca comporta una domanda di ossigeno addizionale per l'ossidazione batterica a nitrati. Infine, se la temperatura dell'acqua viene artificialmente aumentata, la situazione si aggrava ulteriormente perché la velocità di tutti i processi elencati aumenta all'aumentare della temperatura. Al variare delle condizioni di ossigenazione corrisponde una variazione delle specie presenti fino a giungere alla scomparsa della vita animale (per effetto mortale diretto o per migrazioni) e della vita vegetale caratteristiche di un corso d'acqua naturale.
Con l'aggiunta di sostanze nutritive delle piante (nitrati e fosfati) che danno il fenomeno della eutrofizzazione si provoca una crescita anormale di fitoplancton e di alghe filamentose; tale sviluppo eccessivo riduce la trasmissione della luce e, quindi, la produzione e la disponibilità di alimenti per i pesci. L'aumento di fotosintesi e di respirazione delle piante nell'acqua genera, inoltre, variazione giornaliere nel contenuto di ossigeno disciolto. Altri effetti collegati sono l'aumento di depositi organici sul fondo (che ancora aumenta la domanda di ossigeno) e la crescita di alghe infestanti, alcune delle quali possono produrre composti chimici altamente tossici per i pesci.
Gli effetti generali sull'ambiente possono essere suddivisi in effetti sull'igiene ambientale ed effetti ecologici indiretti. Effetti dannosi hanno ovviamente gli odori provenienti sia da acque in condizioni anaerobiche , sia da sostanze di origine naturale o industriale. Effetti dannosi sull'igiene ambientale sono procurati dallo scarico diretto di liquami domestici in corsi d'acqua o nel mare con tutti i rischi d'infezione connessi. Per quanto riguarda gli effetti ecologici indiretti, si ricordano due dei principali meccanismi. Uno è la concentrazione in piante o organismi animali di sostanze non biodegradabili presenti nell'acqua in basse concentrazioni; le sostanze così concentrate possono essere poi trasmesse agli animali superiori nella catena ecologica. Come esempio si può citare la bioconcentrazione di tracce di insetticidi cloro-organici in invertebrati e la loro trasmissione ai pesci e, quindi, agli uccelli che di questi pesci si nutrono; gli effetti dannosi si riscontrano nel ciclo riproduttivo degli uccelli. Un secondo effetto indiretto è la biotrasformazione a opera di organismi acquatici in sostanze tossiche presenti in basse concentrazioni non dannose in derivati organici molto tossici che, attraverso i pesci, vengono trasmessi all'uomo.
L'UE, cioè l'Unione Europea, ha stabilito
numerose direttive in merito
all'inquinamento che gli stati membri dovrebbero trasformare in leggi, ma non è
sempre così.
Per questo diversi stati, tra cui l'Italia, sono stati richiamati dalla
Commissione Europea per non aver messo in pratica alcune leggi per
prevenire e curare l'inquinamento idrico. Vista l'importanza della tutela
dell'inquinamento, è molto importante rispettare queste regole.
Per essere destinate al consumo umano, le acque devono subire un processo di potabilizzazione, poiché possono contenere diversi tipi di organismi, divisi in microrganismi abitualmente presenti in acque non inquinate, presenti nel suolo e trasportati con le piogge, e batteri di origine fecale di provenienza umane e animale.
Il controllo è necessario poiché l'acqua può diventare il vettore di malattie infettive conseguenti ad inquinamento microbico.
Tra i microrganismi responsabili si ricordano quelli appartenenti alla famiglia delle Enterobacteriaceae (es. Salmonella, Shigella, E.coli enteropatogeno), leptospire, vibrioni del colera, enterovirus, virus dell'epatite A, protozoi come Entoameba e Giarda.
Nei bacini artificiali e laghi naturali di raccolta delle acque destinate alla potabilizzazione, non bisogna escludere la possibilità di sviluppo di microalghe tossiche come la Microcystis, Nodularia, Oscillatoria.
L'OMS (Organizzazione Mondiale della Sanità) classifica le acque da potabilizzare in base al trattamento necessario prima del consumo.
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Classifica |
Trattamento richiesto |
Batteri coliformi in 100 mL |
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I |
Sterilizzazione |
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II |
Coagulazione, filtrazione e sterilizzazione |
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III |
Trattamenti speciali |
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IV |
Acqua inutilizzabile, salvo impossibilità di ricorrere ad altre fonti |
Più di 50000 |
Se più del 40% dei coliformi determinati risulta essere di origine fecale, l'acqua è declassata alla categoria inferiore.
Possono essere considerate potabili le acque con:
- assenza di organismi patogeni o parassiti
assenza di E.coli in 100 mL
assenza di streptococchi fecali in 50 mL
assenza di clostridi solfito riduttori in 20 mL
I valori-limite raccomandati dall'OMS relativi alla qualità dell'acqua destinata al consumo umano dal punto di vista batteriologico sono i seguenti:
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Parametro |
Limite massimo (per 100mL) |
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Acqua trattata all'ingresso del sistema di distribuzione |
Coliformi fecali |
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Conformi totali |
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Acqua non trattata all'ingresso del sistema di distribuzione |
Coliformi fecali |
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Coliformi totali |
3, in qualsiasi campione 0, in uno qualsiasi dei due campioni consecutivi 0, nel 98% dei campioni prelevati in un anno |
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Sorgenti non canalizzate |
Coliformi fecali |
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Coliformi totali |
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Acqua imbottigliata da bere |
Coliformi fecali |
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Coliformi totali |
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Sorgenti di emergenza di acqua da bere |
Coliformi fecali |
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Coliformi totali |
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Si riporta ora una tabella dei parametri microbiologici da determinare ai sensi della direttiva CEE 80/778 (D.P.R. 24/5/88, n. 236)(*):
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Volume del campione in mL |
Valori guida (VG) |
Concentrazione massima ammissibile (CMA) |
Osservazioni |
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Coliformi totali |
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Non più del 5% dei campioni esaminati nell'arco dell'anno, e non più di due campioni consecutivi prelevati nello stesso punto, possono eccedere tale limite; in ogni caso mai il contenuto di coliformi totali può essere superiore a 5 per 100 mL. La presenza di coliformi fa ritenere l'acqua sospetta; in tal caso si dovranno avviare indagini e prendere i provvedimenti del caso |
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Coliformi fecali |
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Streptococchi fecali |
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Spore di clostridi solfito-riduttori |
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Computo delle colonie su agar: - a 36°C - a 22°C |
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Ogni superamento di tali valori, che persista durante prelievi successivi, richiede indagini e accertamenti appropriati. Per le acque disinfettate i valori all'uscita dagli impianti di disinfezione devono essere nettamente inferiori ai valori riscontrati prima del trattamento |
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Computo delle colonie su agar per acque confezionate in recipienti chiusi: a 36°C a 22°C |
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I valori CMA devono essere nelle 12 ore successive al confezionamento: durante tale periodo l'acqua dei campioni va mantenuta a temperatura costante |
AVVERTENZA I parametri riportati sono quelli il cui controllo garantisce in linea generale la qualità delle acque potabili. In alcuni casi, sia in relazione delle caratteristiche idrogeologiche del bacino di alimentazione della risorsa idrica ovvero a fenomeni naturali, sia per interferenza con insediamenti industriali o urbani, devono essere tenuti sotto controllo,con idonea frequenza, anche parametri non contemplati nella tabella, ma che comunque possono rappresentare fattori di rischio per la popolazione. La ricerca dei parametri in questione è effettuata con metodiche predisposte dall'Istituto Superiore di Sanità.
Fermo restando quanto disposto nell'avvertenza sopra riportata, a giudizio dell'autorità sanitaria competente potrà essere effettuata la ricerca concernente i seguenti parametri accessori:
1) alghe; 2) batteriofagi anti E.coli; 3)elminti; 4) enterobatteri patogeni; 5) enterovirus; 6) funghi; 7) protozoi; 8) Pseudomonas aeruginosa; 9) stafilococchi patogeni
Tali parametri vanno ricercati con le metodiche di cui all'avvertenza. Devono comunque essere costantemente assenti nelle acque potabili gli enterovirus, i batteriofagi anti E.coli, gli enterobatteri e gli stafilococchi patogeni.
I caratteri microbiologici vanni riferiti alle acque che all'esame ispettivo presentano i caratteri organolettici (sapore, odore, colore) tali da farne presumere la potabilità.
Un'acqua può essere definita pura e quindi esente da pericoli se la flora batterica è composta solo da microrganismi adatti alla vita idrica, devono però essere scarsi come numero e di natura non patogena. Un tempo l'esame batteriologico era basato su un'analisi quantitativa della conta dei germi, oggi invece viene richiesta un'analisi qualitativa. L'esame batteriologico non consiste però nella ricerca dei batteri patogeni perché non solo un esame negativo non sempre indica totale e reale assenza, ma al momento della ricerca possono essere assenti nel campione di acqua in esame ed inquinarlo successivamente.
L'acqua viene ritenuta sospetta d'inquinamento quando la flora microbica è abbondante e composta da microbi superficiali e soprattutto fecali. L'esame batteriologico consiste nella ricerca e numerazione di germi: fluidificanti la gelatina (non più usata), cromogeni (abbondanti sulla superficie del terreno), muffe (abbondanti sulla superficie del terreno), germi coltivabili a 37°C (abbondanti nel suolo), germi coltivabili a 20°C (facies microbica acqua), germi indicatori d'inquinamento fecale (sono B.coli fecali come Escherichia, Klebsiella, Enterobacter, Citrobacter, Streptococchi del gruppo D o Enterococchi, Sporigeni, il genere Salmonella, i batteri anaerobi (gruppo dei Clostridi solfito-riduttori)
Per poter effettuare un controllo sul cattivo uso delle acque si deve disporre di mezzi di rilevamento e di misurazione dell'inquinamento idrico. Di solito non si esegue l'esame microscopico del sedimento di un'acqua poiché il deposito deve essere assente.
La qualità dell'acqua viene rilevata attraverso l'analisi batteriologica con la ricerca di forme batteriche a bastoncello, aerobie ed anaerobie facoltative, gram negative, non sporigene che fermentano il lattosio con produzione di acido e gas.
Con richiesta biochimica di ossigeno (BOD) si indica la quantità di sostanze organiche presenti nelle acque e nei reflui che si può determinare mediante la misurazione dell'ossigeno consumato dai microrganismi. Questo è proporzionale alla quantità di materia organica presente nel corpo idrico. Su questo principio si basa il BOD.
Il monitoraggio chimico integra i monitoraggi microbiologici per fornire dei risultati sulla qualità dell'ambiente nel suo insieme ed individuare eventuali difficoltà nell'opera di autodepurazione e di riequilibrio che ogni ecosistema possiede. Le analisi chimiche sono relative ai parametri imposti dalla legge 152 e anche dalla direttiva CEE 80/778. I parametri da controllare sono divisi in specifici e aspecifici. I primi comprendono le analisi dei composti azotati, la determinazione di cloruri, tensioattivi e metalli pesanti (quali il cromo). Con parametri aspecifici si intende invece la conducibilità, la torbidità e l'ossidabilità. La prima analisi da effettuare è la conducibilità a 20°C ossia un parametro relativo a sostanze in soluzione nell'acqua campionata. Questo parametro dipende dalle componenti ioniche dell'acqua e costituisce quindi una misura indiretta del contenuto salino. La determinazione avviene mediante conduttometri che esprimono il valore in S/cm..
La torbidità è una prova di valutazione supportante ai parametri organolettici; tale parametro è indice delle sostanze in sospensione, specie di quelle colloidali come le argille.
L'ossidabilità è relativa alle sostanze organiche, ma più correttamente relativa all'ossidabilità del permanganato. E'un metodo di ossidazione a caldo con KMnO4 in ambiente acido. In queste condizioni solo le sostanze organiche meno resistenti subiscono ossidazione, mentre vengono ossidati taluni ioni inorganici come ad esempio gli ioni ferroso e nitroso.
Importantissime sono le analisi dei composti azotati. L'azoto può essere presente in forma organica, ammoniacale, nitrosa o nitrica; nessuna di queste forme presenta di per sé un altro grado di tossicità, ma non devono comunque essere superati certi limiti imposti dalla legge. Per le forme di azoto (sotto forma di ione ammonio, nitrito e nitrato) in particolare tali limiti sono molto severi, per quanto suggerito dalla tossicità diretta di queste forme organiche. La loro presenza nelle acque è quasi esclusivamente di origine organica e come tale rappresenta un indizio di processo putrefattivo in atto. L'azoto nitrico è infatti indice delle ultime tappe di degradazione delle sostanze organiche provenienti sia dia rifiuti animali che dalla decomposizione degli animali stessi:
protidi aminoacidi ammoniaca nitriti nitrati
Naturalmente lo ione nitrato non può essere utilizzato come spia di questo processo di degradazione in quanto le piccole quantità di nitrati che hanno questa origine, sono nascoste da quantità ben maggiori di origine animale. L'azoto ammoniacale può venire determinato mediante metodo spettrofotometrico di assorbimento condotto a 420 nm, utilizzando la reazione di Nessler. Anche i nitriti possono essere determinati mediante spettrofotometria, ma utilizzando la reazione di Gries. I nitrati allo stesso modo ma con il metodo della brucina. I parametri relativi alle forme di azoto vengono espressi in mg/L.
Un'altra analisi relativa ai parametri specifici è la determinazione dei cloruri, questi anioni sono generalmente tolleranti per valori dell'ordine di 10 ppm, salvo situazioni particolari, come ad esempio nei casi di infiltrazioni di acque saline di dubbia qualità. La loro determinazione avviene con il metodo di Mohr.
Altra analisi molto importante è la determinazione dei tensioattivi, tramite metodo MBAS (Methylen Blue Active Substances) in assorbimento molecolare dopo estrazione della coppia ionica in cloroformio. I tensioattivi anionici rientrano nella classe degli inquinanti organici, rilevabili allo spettrofotometro UV-visibile, in quanto i questi formano col blu di metilene un composto azzurro estraibile col cloroformio.
Le ultime analisi riguardano i componenti tossici come per esempio i metalli pesanti come il cromo. Per il cromo vengono fissati due limiti di legge distinti in relazione ai principali stati di ossidazione del metallo. Infatti per il cromo trivalente sono tollerate quantità circa dieci volte superiori rispetto al cromo esavalente. La determinazione del cromo totale viene effettuata in assorbimento atomico a 358 nm con atomizzatore a fornetto di grafite mentre il cromo esavalente si determina in assorbimento molecolare dopo reazione con difenilcarbazide. Anche il piombo, il cadmio ed il nichel si determinano in assorbimento atomico con la tecnica di atomizzazione elettrochimica. Tutti i metalli pesanti hanno un'azione diretta e negativa sull'organismo umano.
Lo studio degli indicatori biologici per la valutazione della qualità dell'acqua si è andato diffondendo come importante strumento complementare di monitoraggio dei corsi d'acqua si è andato via via diffondendo.Vengono prese in esame le comunità di organismi macroinvertebrati che vivono sul fondo dei corsi d'acqua (comunità macrobentoniche): in base alla tipologia ed al numero di specie presenti in un determinato tratto di fiume, si può risalire al grado di contaminazione.
Per poter eseguire un'indagine quali-quantitativa microbiologica del campione è però necessario tener conto che: molti microrganismi acquatici non possono essere isolati perché non crescono bene sui terreni di coltura di laboratorio; sono di difficile prelievo; la vitalità di molti organismi diminuisce durante l'intervallo che intercorre tra la raccolta del campione ed il suo trasferimento in laboratorio; la raccolta di campioni dalla profondità richiede un'apparecchiatura di campionamento specializzata.
I microrganismi in questione (Irudunei, Platelminti, Crostacei, Molluschi, larve di Insetti, Oligocheti.)sono tutti di piccole dimensioni (da 0,5 mm a qualche cm), vengono definiti bentonici poiché vivono sul fondo del corso d'acqua e risultano tutti più o meno sensibili alle modificazioni che si possono venire a creare nell'ambiente acquatico. I macroinvertebrati occupano tutti i livelli della piramide trofica (detritivori, erbivori, carnivori) e sono un esempio di fauna stanziale, per questo motivo costituiscono indicatori molto precisi: le forme più sensibili, non potendosi allontanare scompaiono.
Una degradazione della qualità biologica di un corso d'acqua si ripercuote quindi rapidamente sulla loro biodiversità. Comprendono diverse categorie di organismi: raccoglitori, trituratori, filtratori (che si nutrono di materiale organico morto in decomposizione), raschiatori (che si nutrono di periphyton (frammenti vegetali del fondo) e sono quindi erbivori, predatori che si nutrono di altri organismi di dimensioni inferiori.
Questi aspetti danno la possibilità di ottenere un indice biotico (Extended Biotic Index) che attesti la qualità del corso d'acqua in funzione delle specie presenti e dal numero di esemplari per specie.
L'indice biotico esteso (modificato da Ghetti nel 1997) permette di determinare la Classe di Qualità (5 classi indicate in numeri romani). L'I.B.E. classifica la qualità di un fiume su una scala che va da 1 (massimo degrado) a 12-13 (qualità ottimale). Viene indicata una tabella di conversione dei valori IBE in Classi di Qualità, con il relativo giudizio e colore per la rappresentazione in cartografia. I valori intermedi tra le due classi vanno rappresentati mediante colori alternati relativi alle due classi:
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Classi di qualità |
Valore di IBE |
Giudizio |
Colore di riferimento |
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Classe I |
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Ambiente non inquinato o comunque non alterato in modo sensibile |
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Classe II |
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Ambiente con moderati sintomi di inquinamento o di alterazione |
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Classe III |
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Ambiente inquinato o comunque alterato |
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Classe IV |
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Ambiente molto inquinato o comunque molto alterato |
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Classe V |
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Ambiente eccezionalmente inquinato o alterato |
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Il "certificato di qualità" del fiume viene quindi assegnato dagli stessi organismi che in esso vivono. Un corso d'acqua può definirsi di buona qualità quando riesce a conservare le comunità di organismi che naturalmente dovrebbero vivere in quell'ambiente. Permette quindi di esprimere un giudizio complementare al controllo fisico e chimico: l'analisi chimica non è in grado di mettere in evidenza la presenza di uno scarico saltuario poiché fornisce solo dei risultati istantanei, invece il macrobenthos vivendo costantemente assume una "memoria storica". Il metodo chimico invece è più sensibile nel mettere in luce le differenze del carico inquinante. I due metodi possono quindi completamente integrarsi. La mappa della qualità biologica può diventare un utile strumento non solo per avere informazioni sullo stato di salute del corso d'acqua ma anche per individuare le corrette procedure di progettazione del territorio.
I macroinvertebrati si raccolgono tra la ghiaia del fondo facendo uso di un retino a maglie di 0,5 mm di lato e vengono raccolti in vaschette in modo da poter successivamente procedere all'identificazione e al conteggio. L'esame più completo viene effettuato in laboratorio con l'aiuto dello stereomicroscopio. Si può quindi risalire all'IBE. Una volta fatta l'identificazione si procede al raggruppamento per ordine o famiglie. Per il calcolo si prende in considerazione il più sensibile tra quelli raccolti. Si osserva poi se gli esemplari appartengono a una o più unità sistematiche. Queste rappresentano i livelli di classificazione dei macroinvertebrati, superiori alla specie. In base al numero totale di unità sistematiche si trova il valore EBI assegnato. Il valore sarà più alto se le unità saranno più di una:la presenza di più specie (biodiversità) è sempre un indice positivo. Si riporta la griglia per il calcolo dell'EBI:
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Gruppi faunistici che determinano con la loro presenza l'ingresso orizzontale in tabella |
Numero totale delle Unità sistematiche (U.S.) costituenti le comunità (secondo ingresso) |
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Plecotteri (Leuctra°) |
Più di una U.S. Una sola U.S. |
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Efemerotteri (BAETIDAE e CAENIDAE°°) |
Più di una U.S. Una sola U.S. |
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Tricotteri |
Più di una U.S. Una sola U.S. |
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Gommaridi, Atiidi, Palemonidi |
Tutte le U.S. sopra assenti |
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Asellidi |
Tutte le U.S. sopra assenti. |
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Oligocheti e Chironomidi |
Tutte le U.S. sopra assenti |
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Tutti a taxa precedenti assenti |
Possono essere presentiorganismi a respirazione aerea |
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Legenda:
°: nelle comunità in cui Leuctra è presente come unico taxon di Plecotteri e cono contemporaneamente Efemerotteri (tranne BAETIDAE o CAENIDAE), Leuctra deve essere considerata al livello di Tricotteri al fine dell'entrata orizzontale in tabella
°°:nelle comunità in cui sono assenti i Plecotteri (tranne eventualmente Leuctra e fra gli Efemerotteri sono presenti solo BAETIDAE o CAENIDAE l'ingresso orizzontale in tabella avviene al livello dei Tricotteri
-: giudizio dubbio, per errore di campionamento, per presenza di organismi di drift erroneamente considerati nel computo, per ambiente non colonizzato adeguatamente, per tipologie non valutabili con l'EBI (per esempio sorgenti, acque di scioglimento di nevai, acque ferme, zone deltizie, salmastre, ecc.)
*: questi valori di indice vengono raggiunti raramente nelle acque correnti italiane. Si tratta in genere di ambienti a elevata diversità, ma occorre evitare la somma di biotipologie (incremento artificioso della ricchezza in taxa).
E'eccezionale l'attività di autodepurazione del fiume che ne conserva la naturalità, ciò è garantito dall'integrità della vegetazione riparia e dallo stato di salute delle rive nell'insieme. Queste sono il tratto di unione tra l'area circostante ed il corso d'acqua e possiedono diverse funzioni come quella di agire da filtro meccanico per trattenere sedimenti e filtro biologico delle sostanze nutrienti come per esempio azoto e fosforo che causano il fenomeno dell'eutrofizzazione. Le fasce riparie (chiamate anche ecotoni fluviali), influenzano la temperatura delle acque e conseguentemente anche la solubilità dell'ossigeno, favorendo i processi aerobi e non quelli putrefattivi, migliorano le escursioni termiche e favoriscono l'organizzazione di molte nicchie ecologiche. Si può definire eccezionale il contributo della vegetazione delle rive alla presenza delle comunità che vivono all'interno delle acque (biocenosi); infatti l'apporto di foglie e frammenti vegetali fornisce disponibilità di cibo per gli organismi acquatici, invertebrati, rettili, mammiferi ed uccelli.
La metodica I.F.F. è stata messa a punto dall' Azienda Nazionale della Protezione dell'Ambiente- A.N.P.A. e consente di esaminare tratti omogenei dei corsi d'acqua sotto 14 diversi aspetti rilevati con la specifica scheda. La metodica è stata strutturata per essere applicata ad ogni corso d'acqua e prevede la compilazione di schede "in campo", cioè percorrendo le rive del corso d'acqua e cambiando scheda quando varia qualcuna delle caratteristiche osservate. Le informazioni da rilevare sono effettuate per entrambe le rive e comprendono:
vegetazione delle fasce riparie (ampiezza, tipologia, continuità)
condizioni idriche
conformazione delle rive e morfologia dell'alveo
strutture di ritenzione
erosione
componente vegetale in alveo (macrofite)
detrito (stato di decomposizione della sostanza organica)
comunità macrobentonica.
Tutti questi aspetti vengono sottoposti a valutazione approfondita e possono essere presi in considerazione per la formazione di un indice con un minimo di 14 punti ed un massimo di 300. Questo indice è suddivisibile in 5 classi di qualità, per rappresentare graficamente la qualità funzionale del fiume. Sono quindi informazioni che possono essere utili per chi deve proteggere o intraprendere azioni di ripristino. Ogni livello è rappresentato con un colore diverso che può essere riportato nella cartografia allo scopo di creare una mappa della funzionalità fluviale. Con questa indagine si rilevano le graduali differenze nei vari tratti del corso d'acqua.
Come già stabilito, la buona salute di un fiume può essere indicata dall'abbondanza delle specie viventi che esso può ospitare: la biodiversità è lo specchio della qualità dell'ambiente. Dove sono presenti molti organismi, possiamo presumere che siano presenti buone condizioni di vita(spazio, nutrienti, temperatura, pH, ecc.). Si rende necessaria un'identificazione dei tipi di batteri presenti, che possono fornire informazioni sullo stato dell'ecosistema. L'analisi microbiologica ci permette di ottenere utili informazioni sulla presenza o meno di alcuni batteri che, se presenti, indicano un inquinamento, oppure si possono trovare microrganismi con caratteristiche di tolleranza alle sostanze xenobiotiche(estranee all'ambiente naturale) come per esempio i metalli pesanti, composti organici clorurati, idrocarburi, ecc.
L'analisi microbiologica tradizionale si basa sull'osservazione delle caratteristiche fenotipiche, siano esse morfologiche (forma, dimensione, aspetto, colore della colonia) o fisiologiche (metabolismi). In linea di massima, al fine di avere un quadro generale delle condizioni igieniche del campione si procede ad una conta batterica totale. Questo parametro non offre elementi specifici di valutazione , ma indica valori generici sul contenuto microbico. E' comunque da considerarsi un dato analitico molto importante per avere un'impressione in merito al campione da analizzare. Per la determinazione della carica microbica di solito si semina 1mL di ogni diluizione di campione in piastra di terreno PCA con tecnica agar-germi. Si versa 15-20 mL di terreno agarizzato sterile sciolto mantenuto ad una temperatura di circa 50°C. Si agita delicatamente per miscelare il campione col terreno e si attende la solidificazione. Le piastre vengono incubate capovolte per evitare il deposito della condensa sul terreno. L'incubazione avviene a 36°C per 24 ore, per il conteggio delle colonie di origine animale, a 22°C per 72 ore per il conteggio di colonie di origine ambientale. Dopo l'incubazione si contano le colonie cresciute. Per il conteggio si utilizzano piastre con numero di colonie da 30 a 300.
In alternativa alla tecnica agar-germi si può eseguire una semina in superficie depositando sul terreno 0.1 mL del campione sulla superficie di una piastra di PCA sterile utilizzando una pipetta sterile. Si distribuisce su tutta la superficie con zampa di formica sterile e si incubano le piastre capovolte. Si contano sempre le piastre con numeri di colonie da 30 a 300. Il risultato ottenuto va espresso in U.F.C./mL = numero di colonie per fattore di diluizione.
Si procede con la ricerca degli indicatori di inquinamento fecale che rivestono importanza e significato fondamentale nel giudizio di qualità microbiologica per gli alimenti e le acque. I microrganismi scelti come indicatori (non sono necessariamente patogeni) sono presenti costantemente ed in gran quantità nelle feci e risultano facilmente rilevabili in laboratorio. La presenza di questi organismi testimonia la possibile e concomitante presenza di germi patogeni a trasmissione orofecale come per esempio vibrioni, salmonella, virus enterici. Come microrganismi indicatori di inquinamento fecale si ricercano coliformi totali, coliformi fecali, streptococchi fecali, clostridi solfito riduttori.
I coliformi totali sono alcuni generi di batteri appartenenti alla famiglia delle Enterobacteriaceae come per esempio Citrobacter, Escherichia, Klebsiella, Enterobacter. Si tratta di bacilli gram negativi, asporigeni, aerobi-anaerobi facoltativi, in gradi di fermentare il lattosio con produzione di acidi e gas. La specificazione "totali" indica la diffusione ambientale (acque, suolo, vegetazione)ma che, non essendo verificata la possibilità di svilupparsi nell'ambiente esterno mantenendosi in modo autonomo, si presumono eliminati con le feci dall'intestino dell'uomo e degli animali. Grazie alla loro capacità di sopravvivere a lungo nell'ambiente esterno, la loro presenza potrebbe indicare anche un inquinamento non recente.
Invece con il termine coliformi fecali vengono indicati quei coliformi di sicura e diretta origine fecale, che hanno cioè un habitat all'interno dell'intestino dell'uomo e degli animali. La specie più rappresentativa è l' Escherichia coli. Sono testimoni di un inquinamento fecale recente ed il loro rinvenimento viene considerato un indice molto significativo della possibile concomitante presenza di specie patogene. I coliformi fecali vengono ricercati incubando le colture alla temperatura di 44°C.
Un valore tassonomico preciso a quello dei coliformi può essere assegnato agli streptococchi fecali. Si tratta di diverse specie di streptococchi appartenenti al gruppo D (Str.faecalis, faecium, bovis, equinus, avium.). Le prime due specie sono tipiche dell'intestino dell'uomo e di altri animali e possono trovarsi anche su molti vegetali. Lo Str.bovis si trova nell'intestino di ovini, bovini ed altri ruminanti; lo Str.equinus si trova nelle feci del cavallo. Str.avium è tipico dei polli ma può essere rinvenuto anche nell'intestino di altri animali. Si tratta comunque di cocchi gram positivi, disposti a catenella o a coppie. Sono immobili, asporigeni, spesso capsulati, catalasi positivi. Aerobi anaerobi-facoltativi, asporigeni.
I clostridi solfito-riduttori sono invece bacilli gram positivi, sporigeni, mobili, anaerobi, in parte capsulati e sono presenti nelle feci dell'uomo e degli animali ma anche nel terreno e nell'ambiente in generale. Tra questi per quanto riguarda la contaminazione delle acque viene ricordato il Cl.perfringens che, grazie alle spore che sono in grado di resistere a lungo nell'ambiente, è indicatore di inquinamento fecale di vecchia data, particolarmente in caso di assenza di coliformi. Al pari degli streptococchi fecali, la loro presenza nelle acque clorate indica un trattamento non adeguato.
Le operazioni da effettuare per l'analisi dell'acqua potabile sono:
prelievo
preparazione piastre
semina
incubazione
conta delle colonie (UFC)
Nonostante ciò che si possa pensare il campionamento riguarda una delle fasi più importanti dell'analisi, infatti bisogna seguire determinati accorgimenti per non incorrere in un inquinamento da parte dell'operatore e falsare quindi l'analisi stessa. Il campione di acqua va raccolto in un recipiente sterile e, se il prelievo viene effettuato da rubinetto o pompa, bisogna prima pulirne accuratamente l'imboccatura con alcol e fare scorrere l'acqua per qualche tempo prima di procedere con il prelievo. Se l'acqua viene prelevata da un bacino o una cisterna è opportuno l'impiego di sistemi che consentano di riempire sterilmente dei flaconi al di sotto della superficie.Queste operazioni devono essere eseguite rispettando i criteri di sterilità e quindi utilizzando dei guanti. Una volta prelevato, il campione va analizzato entro le 24 ore successive al prelievo e comunque conservato in frigorifero a +4°C fino al momento dell'analisi.
Le tecniche che possono venire utilizzate sono le membrane filtranti e la tecnica MPN.
Con la prima tecnica la determinazione avviene filtrando volumi noti del campione attraverso un filtro microbiologico sterile con pori di diametro adatto a trattenere i microrganismi che si vogliono contare. Dopo la filtrazione, si depone il filtro sulla superficie di un terreno agarizzato sterile generico o selettivo in base alla ricerca effettuata. Grazie alla porosità del filtro le sostanze per capillarità passeranno dal mezzo di coltura alla superficie superiore della membrana, favorendo lo sviluppo di colonie tipo. Si incuba e si contano le colonie cresciute sul filtro, esprimendo il risultato in U.F.C./mL.
I vantaggi di questa tecnica sono:
si ottengono risultati entro 16-24 ore
maggiore accuratezza in quanto avviene una conta diretta
riduzione della spazio occupato (le piastre sono meno ingombranti dei tubi)
minore laboriosità nell'esecuzione delle analisi
esame di un volume d'acqua maggiore rispetto all'MPN, quindi più rappresentativo dell'intero campione.
I limiti sono l'eccessiva selettività nei confronti delle cellule batteriche in quanto le membrane vengono poste subito a temperature selezionate; assenza delle semine in terreni di arricchimento.
La tecnica MPN (Must Probable Number) viene utilizzata per la numerazione di vari microrganismi in terreno liquido. Il calcolo MPN è basato sull'ipotesi che i microrganismi siano distribuiti nel campione in modo casuale. Per questo motivo in una serie di provette si inocula lo stesso volume di campione, il numero di microrganismi in ogni inoculo potrà variare. Il grado di precisione del metodo sarà quindi in funzione del numero di provette inoculate: si allestiscono più serie di tre o cinque provette ciascuna mettendo in tutte le provette della serie lo stesso quantitativo di campione. Contando il numero di provette positive per ogni serie si ottiene una combinazione di cifre cui corrisponde, sulle apposite tabelle, il numero più probabile di microrganismi per g o mL.
Si riporta un esempio di tabella del numero più probabile per g o mL di campione utilizzando gruppi di 3 provette inoculati con 1, 0.1, 0.01 mL o g di campione:
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Numero di provette che danno reazione positiva su 3 provette inoculate con |
MPN |
Limiti fiduciali al |
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1mL |
0.1 mL |
0.01 mL |
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|||
|
|
|
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<0.1 <0.1 <10 |
|
<0.1 |
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I vantaggi di questa tecnica sono:
fase di semina preliminare e di conferma che permette alle specie più esigenti e a quelle meno numerose di ampliare la loro fase logaritmica
l'utilizzazione di terreni liquidi permette di avere a disposizione il materiale per più tempo senza che si inquini
la tecnica non richiede strumentazione specifica
con particolari accorgimenti (substrati fluorogenici) è possibile ottenere risultati in 4 ore
Gli svantaggi che pone questa tecnica sono: risultati finali dopo 48-96 ore; è molto meno preciso della conta in piastra; è costosa e laboriosa; i risultati possono essere inficiati da fenomeni di interferenza (flora microbica concorrente e contenuti di nitrati nell'acqua in esame).
Una serie di lavori di comparazione tra i due metodo ha dimostrato che esiste un margine di errore: entrambi i metodi possono dare falsi positivi e falsi negativi che alterano i risultati. Inoltre è stato dimostrato che la torbidità può interferire sulle analisi seguite con MF, mentre altri parametri chimico-fisici (calore, pH, durezza, ecc.) non interferiscono con i risultati. Comunque i due metodi devono essere comparabili.
Schematicamente si possono riassumere i metodi analitici di riferimento per i parametri microbiologici per l'analisi dell'acqua potabile:
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Coliformi totali per 100 mL CMA=0 Coliformi totali per 100mL CMA=0 |
METODO MPN Seminare almeno un matraccio con 50 mL ed una serie di 5 tubi con 10 mL di campione per ciascun tubo di brodo lattosato doppio concentrato. Incubare a 36°C 1°C per 24+24 ore. I tubi positivi (presenza di gas) devono essere sottoposti a conferma in brodo lattosio bile verde brillante a 36 1°C per 24+24 ore. Sulla base della positività su tale terreno (produzione di gas) riportare il valore come MPN/100 mL di campione. |
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METODO MF Filtrare 100 mL di campione attraverso membrana filtrante. Incubare su M-Endo agar per 24 ore a 36 1°C. Contare le colonie rosse. Riportare il valore a 100 mL di campione. |
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Coliformi fecali per 100 mL CMA=0 |
METODO MPN I tubi positivi di brodo lattosato di cui al parametro precedente devono essere sottoposti a conferma in tubi di EC-broth per 24 ore a 44.5 0.2°C in bagnomaria. Sulla base della positività su tale terreno (produzione di gas) riportare il valore come MPN/100 mL di campione. |
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METODO MF Filtrare 100 mL di campione attraverso membrana filtrante. Incubare su m-FC agar a 44 0.2°C per 24 ore in bagnomaria. Comtare le colonie blu. Riportare il valore a 100 mL di campione |
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Streptococchi fecali per 100 mL CMA=0 |
METODO MPN Seminare almeno in matraccio con 50 mL ed una serie di tubi di Azide Dextrose broth doppio concentrato con 10 mL di campione per ciascun tubo. Incubare a 36 1°C per 24+24 ore. I tubi positivi (torbidi) devono essere sottoposti a conferma in Ethyl Violet Azide broth per 24+24 ore a 36 1°C. Leggere i tubi positivi (torbidi con deposito porpora sul fondo). Riportare il valore come MPN/100 mL di campione. |
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METODO MF Filtrare 100 mL di campione attraverso membrana filtrante. Incubare su KF-streptococcus agar a 36 |
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Spore di clostridi solfito riduttori CMA=0 |
METODO MPN Distribuire il campione da seminare in 10 provettoni nella quantità di circa 12 mL per ogni provettone. Immergere i provettoni a bagnomaria a 80°C per 10 minuti. Raffreddare rapidamente sotto acqua corrente. Seminare in ragione di 10 mL per tubo in 10 tubi di terreno al solfito di sodio già predisposto. Raffreddare sotto acqua corrente ed incubare a 36 1°C per 24+24 ore. Contare le colonie nere di almeno 3 mm di diametro. Riportare il valore a 100 mL di campione. |
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Conteggio delle colonie su agar per 1 mL a 36°C VG=10 E a 22°C VG=100 |
Seminare in agar germi aliquote da 1 mL dei campioni in 6 piastre Petri. Utilizzare l'agar per il conteggio delle colonie (Plate Count Agar). Incubare 3 piastre a 36 1°C per 48 ore e 3 piastre a 22°C per 3 giorni. Contare le colonie con idoneo sistema di ingrandimento su fondo scuro. Rilevare il valore medio per ogni 3 piastre. Riportare il valore come colonie per 1 mL di campione |
Le acque superficiali possono ospitare diversi tipi di batteri che costituiscono una comunità microbica specifica. Il numero dei batteri presenti dipende dai nutrienti e dalle qualità chimico-fisiche dell'habitat. L'immissione di reflui fognari o di sostanze tossiche possono alterare profondamente l'equilibrio di una comunità microbica. Di solito le sostanze inquinanti possono far aumentare la quantità di microrganismi ed abbattere la biodiversità esistente. Con le tecniche molecolari si è voluto individuare i ceppi batterici presenti in modo da avere un valore della biodiversità microbica, e mediante le singole impronte ottenere anche informazioni su eventuali tipi di inquinamento intervenuti nel tempo. Infatti i singoli ceppi batterici possono svelare le caratteristiche abiotiche dell'ambiente acquatico in relazione alle loro capacità metaboliche (la presenza ad esempio di batteri tolleranti il fenolo può indicarne un inquinamento). L'elemento non tradizionale di queste tecniche è dovuto all'utilizzo di metodi molecolari che agiscono sul DNA dei vari ceppi e permettono in questo modo di valutare le differenze, individuando una specie di "carta d'identità" dello specifico batterio (il fingerprint o impronta molecolare). Il confronto con le banche dati permette di risalire all'identificazione, poiché i ceppi della maggior parte dei microrganismi sono "schedati". Ci troviamo di fronte ad una metodica innovativa che sicuramente richiede un'interpretazione dei dati molto attenta e necessariamente comparata con i risultati delle analisi chimiche e microbiologiche convenzionali.
Per risalire all'identità batterica ci si basa sull'amplificazione di un gene ubiquitario dei ceppi batterici in esame e codificante per una subunità ribosomiale. Il gene possiede parti costanti ed altre interne variabili dove maggiormente avvengono mutazioni spontanee e sono proprio queste che consentono di individuare le differenze genetiche dei vari ceppi batterici. Si tratta quindi di effettuare le seguenti operazioni:
estrazione del DNA dalle colonie batteriche
identificazione con primers specifici e amplificazione del gene 16rS mediante la tecnica chiamata PCR capace di produrre 10 miliardi di copie di un frammento di DNA in poche ore
frammentazione del gene 16rS attraverso l'azione degli enzimi di restrizione che sono delle particolari "forbici" molecolari capaci di riconoscere specifiche sequenze di basi ripetitive (palindromi) e quindi romperne i legami
elettroforesi degli amplificati su gel di agarosio contenente bromuro di etidio, che permette l'osservazione del loro profilo genetico (l'"impronta molecolare". Questa appare agli UV come un codice a barre).
Raggruppamento degli isolati batterici mediante il loro profilo genetico
Estrazione e purificazione del DNA da gel di agarosio
Sequenziamento del DNA dei geni dei vari tipi di batteri individuati, cioè identificazione della sequenza di basi azotate dei geni
Identificazione dei ceppi batterici tramite le banche dati che mettono a confronto le sequenze individuate con quelle note
Vi sono due tipi di soluzioni al problema dell'inquinamento:
NATURALI: i fiumi che sono sempre stati in grado di depurarsi autonomamente perché contengono dei batteri che decompongono le sostanze organiche provenienti dai resti di esseri viventi morti.
UMANE: i moderni depuratori, nei quali i liquami passano attraverso tre fasi distinte di trattamento. La prima, detta trattamento primario, comprende una serie di processi fisici o meccanici di rimozione dei detriti più grossolani, di sedimentazione delle particelle in sospensione e di separazione delle sostanze oleose. Nella seconda fase, detto trattamento secondario, si ossida la materia organica dispersa nei liquami. La terza fase, detta trattamento terziario, ha lo scopo di rimuovere i fertilizzanti per mezzo di processi chimico-fisici. Ci sono altre soluzioni come la riduzione della concentrazione di inquinanti sottoponendo il materiale ad un trattamento preventivo prima di scaricarlo nella rete fognaria e l'uso di bacini di decantazione o di vasche per la depurazione dei liquami.
S.Campatoli, P.F. Ghetti, A. Minelli, S. Ruffo - Manuale per il riconoscimento dei macroinvertebrati delle acque dolci italiane - Vol.1 ANPA -Agosto 1994
S.Campatoli, P.F. Ghetti, A. Minelli, S. Ruffo - Manuale per il riconoscimento dei macroinvertebrati delle acque dolci italiane - Vol.2 ANPA -Agosto 1994
G. Sansoni - Atlante per il riconoscimento dei macroinvertebrati nei corsi d'acqua italiani - 4a edizioneANPA - 2001
Fitter - Manuel - La vita nelle acque dolci - Franco Muzzio editore
IFF Indice di funzionalità fluviale - 2a edizione ANPA - giugno 2003
Materiale fornito dal Centro Sperimentale per lo studio dell'analisi del suolo - Dipartimento di Scienze e Tecnologie agroambientali - Facoltà di agraria - Università di Bologna
F. Fanti - Microbiologia, immunologia e laboratorio - Calderini ed agricole - giugno 2005
P. Briano - Chemistry, microbiology & biotecnology - Edisco
www.ica-net.it/pascal
www.ec.gc.ca/water
www.europa.eu.int
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