Università degli Studi di Padova
Corso di Laurea in
Ingegneria per l'Ambiente ed il Territorio
Fondamenti di Biologia, Microbiologia e
Biochimica
Dr. Ing. Tiziana Lai
A.A. 2010-2011
Argomenti
¾Cinetica chimica
¾Parametri caratterizzanti la sostanza organica:
¾BOD: richiesta biochimica di ossigeno;
¾COD: richiesta chimica di ossigeno;
¾ThOD: richiesta teorica di ossigeno;
¾TOD: richiesta totale di ossigeno;
¾TOC: carbonio organico totale;
¾relazione tra i parametri.
¾Azoto, fosforo, cloruri, solfati.
Cinetica chimica
La trasformazione delle specie chimiche di partenza nei
prodotti può avvenire in:
¾ un unico atto reattivo (reazione elementare);
¾ mediante una serie di atti reattivi (con reazioni
intermedie).
Affinché avvenga la reazione:
A+B→C+D
è necessario che:
¾ A e B si urtino;
¾ l’urto sia efficace: le molecole devono possedere energia
sufficiente per far avvenire la reazione (contenuto energetico
uguale o maggiore dell’energia di attivazione) e l’urto deve
avvenire in zone reattive delle molecole stesse.
Se il numero di molecole con energia sufficiente è piccolo gli
urti efficaci sono pochi e la reazione è lenta.
Per accelerare la reazione si può:
¾ fornire energia dall’esterno in modo da far aumentare il
numero di molecole capaci di superare la barriera energetica:
es. fornendo calore ai reagenti, cioè aumentandone la
temperatura e quindi l’energia cinetica delle molecole.
¾ utilizzare un catalizzatore, sostanza che non partecipa alla
reazione ma ne accelera il decorso abbassando l'energia di
attivazione.
Profilo energetico di una reazione
Velocità della reazione
Quando una sostanza A reagisce, essa scompare con una
velocità espressa dalla diminuzione nel numero di moli
nell’unità di tempo; ammettendo di operare a volume
costante, indicando con c la concentrazione:
v = - dc/dt
Molte reazioni, ad una certa temperatura, hanno una velocità
proporzionale alla concentrazione di uno, due o più reagenti:
es. se si considera una reazione in cui A, B, C sono i possibili
reagenti, l’espressione della velocità può scriversi:
v = k · cn
dove c è la concentrazione di un reagente o di più di uno di
essi ed n è l’ordine della reazione.
Reazioni di ordine zero
Le reazioni di ordine zero (n=0) hanno una velocità di reazione
indipendente dalla concentrazione dei reagenti.
v=k
Anche se la reazione è in generale indipendente dalla
concentrazione di substrato, quando la concentrazione di
substrato tende a zero, le reazioni diventano più lente.
Reazioni del primo ordine
Le reazioni del primo ordine (n=1) sono quelle reazioni la cui
velocità dipende dalla concentrazione di un solo reagente
v=k·c
Se consideriamo l’espressione della velocità di reazione:
- dc/dt = k · c
Integrando (per t=0 c=c0)
- dc/c = k · dt
- log (c/c0) = k · t;
oppure :
- ln (c/c0) = k’ · t;
c = c0 · 10 –kt
c = c0 · e –k’t
con k = k'/2,303
Per una reazione del primo ordine riportando in un grafico il
log (c/c0) in funzione di t, si ottiene una linea retta, la
pendenza della retta da il valore di k.
Esempi:
¾ decomposizione di un elemento radioattivo;
¾ dissoluzione dell’ossigeno in acqua;
¾ morte dei microorganismi in seguito al trattamento di
disinfezione (la velocità di scomparsa dei microorganismi è
dipendente dalla concentrazione dei microorganismi vitali);
¾ decomposizione della sostanza organica da parte dei
batteri (misura del BOD)
Reazioni del secondo ordine
Le reazioni del secondo ordine sono quelle reazioni la cui
velocità dipende dal quadrato della concentrazione di uno dei
reagenti o al prodotto della concentrazione di due reagenti
diversi.
v = k · c2
Parametri per la misura della
sostanza organica
Nei liquami, in particolare nei liquami domestici, la sostanza
organica è presente sotto forma di un miscuglio di:
carboidrati, proteine, oli e grassi.
La quantità di sostanza organica presente viene valutata
attraverso misure analitiche indirette, sia chimiche sia
biologiche:
¾BOD: richiesta biochimica di ossigeno;
¾COD: richiesta chimica di ossigeno;
¾ThOD: richiesta teorica di ossigeno;
¾TOD: richiesta totale di ossigeno;
¾TOC: carbonio organico totale.
BOD: richiesta biochimica di ossigeno
(Biochemical Oxygen Demand)
¾
Misura la quantità di ossigeno richiesta dai batteri aerobi
per l’ossidazione biochimica delle sostanze organiche.
¾
Fornisce una misura indiretta delle sostanze organiche
presenti in un campione d’acqua: tanto maggiore è la
concentrazione della sostanza organica tanto maggiore
sarà lo sviluppo dei microorganismi e conseguentemente
anche il consumo di ossigeno necessario per la reazione
biologica.
I composti organici, attaccati dai batteri, si degradano con
formazione di CO2, H2O, NH3, secondo la seguente reazione:
CnHaObNc + (n+a/4-b/2-3/4c)O2 → nCO2 + (a/2-3/2c)H2O + cNH3
Parallelamente alla scomparsa della sostanza organica si
verifica il consumo dell'ossigeno disciolto che rappresenta
una stima indiretta della sostanza organica presente.
La diminuzione della S.O. nel tempo può essere espressa
nella forma:
- dC/dt = k · C
il segno negativo è indicativo della
diminuzione della concentrazione
La reazione biochimica può approssimativamente essere
considerata del primo ordine: la velocità della reazione è
proporzionale alla quantità di S.O. biodegradabile presente
nell'istante considerato.
Curva della sostanza organica residua e della sostanza
organica consumata, complementare della precedente.
Invece di ragionare in termini di sostanza organica si può
considerare rispettivamente il BOD consumato e il BOD
residuo.
Il BODresiduo rappresenta la richiesta di ossigeno per il
completamento della reazione:
- dL/dt = k·L
integrando
L = L0· 10- kt = L0· e - k't
con k = k'/2,303
(1)
L = BODresiduo al tempo t
L0 = BODresiduo al tempo t=0 e cioè il BOD totale (ovvero la
richiesta totale ancora da espletare)
La (1) indica che la quantità di inquinante rimasta, dopo un
tempo t, è una frazione di L0 corrispondente a 10-kt ovvero
che il BOD che deve essere ancora utilizzato è frazione di L0
corrispondente a 10- kt.
Ragionando invece come BOD consumato Y, si ottiene:
Y = L0 - L = L0·(1 – 10 - kt)
(2)
L’andamento di queste curve dipende dal valore della
costante di reazione k che è funzione della temperatura e del
tipo di microorganismi presenti.
La variazione di k con la temperatura segue la relazione:
k = k20 Θ (T-20)
dove:
Θ = 1,056 per T = 20÷30°C e Θ = 1,135 per T = 4÷20°C
Il valore di k (in base 10 per T=20°C) varia con le caratteristiche
del refluo, in genere i valori sono compresi tra 0,02 – 0,13 d-1.
Per reflui civili un valore tipico è pari a 0,1 d-1.
Per un dato refluo il valore della costante k a 20°C può essere
determinato sperimentalmente.
Valori maggiori della costante k spostano la curva del BOD
verso l'alto indicando dunque una maggiore biodegradabilità
del liquame: il parametro k viene definito "costante di
biodegradabilità".
Variazione della curva del BOD consumato per valori di k
crescenti
Riprendendo la reazione di degradazione della sostanza
organica:
CnHaObNc + (n+a/4-b/2-3/4c)O2 → nCO2 + (a/2-3/2c)H2O + cNH3
Questa reazione è dipendente dalla temperatura: per
standardizzare la misura del BOD si è scelto un valore di
riferimento T = 20°C.
Il completamento della reazione avviene dopo un tempo
teoricamente infinito, è necessario pertanto stabilire dopo
quanti giorni si può ritenere concluso il test.
La reazione (2) può essere scritta:
BOD = BODtot·(1 - 10 – kt )
k = 0,1 d-1 (liquame urbano, T = 20°C) e per t = 20 giorni
si ottiene:
BOD20 = BODtot (1-10-0,1·20) = 0,99 BODtot
Un tempo di 20 giorni risulta però ancora troppo lungo per
un’analisi di routine, si è dunque scelto un periodo di analisi di
5 giorni.
Dalla relazione
BOD = BODtot·(1 – 10 – kt)
k = 0,1 d-1 (liquame urbano, T = 20°C) e per t = 5 giorni
BOD5 = BODtot·(1 – 10 - 0,1 ·5) = 0,68·BODtot
Il BOD5 rappresenta circa il 68% del BOD effettivamente
presente in un liquame urbano.
Il valore di BOD ottenuto è espresso in mg/l di O2 consumato.
Il periodo di 5 giorni è un intervallo di tempo tale da consentire
di eliminare le interferenze provocate da una cattiva
acclimatazione dei batteri e le interferenze dovute alla
nitrificazione dell’ammoniaca.
In caso di non buona acclimatazione (b) si verifica una
diminuzione
dell'attività
batterica
che
si
ripercuote
nell'andamento della curva teorica (a).
Un'altra possibile interferenza è dovuta all'ossidazione
dell'ammoniaca.
Se nel campione non è presente solo sostanza carboniosa
(curva a) ma anche quella azotata (curva b), dopo un certo
periodo di tempo si verifica un aumento del valore del BOD
rispetto
a
quello
teorico,
dovuto
all'ossidazione
dell'ammoniaca (processo di nitrificazione) che è stata
prodotta dall'idrolisi delle proteine.
Il processo di nitrificazione è dovuto alla presenza, accanto ai
batteri eterotrofi che utilizzano la sostanza carboniosa, di
batteri autotrofi che utilizzano l'ossigeno per ossidare
l'ammoniaca a nitriti e nitrati secondo le reazioni:
2NH3 + 3O2 → 2NO2- + 2H+ + 2H2O nitrosomonas
2NO2+ O2 + 2H+ → 2NO3- + 2H+
nitrobacter
Questa ulteriore richiesta di ossigeno può essere definito
"BOD di secondo stadio" e si manifesta dopo circa 6÷10 giorni
dall'inizio della reazione biologica.
I batteri autotrofi, avendo una velocità di riproduzione assai più
bassa di quella degli eterotrofi, hanno bisogno di quel periodo
di tempo per raggiungere un numero tale di individui da
richiedere una quantità di O2 rilevabile.
Misura del BOD
La misura del BOD è basata sulla determinazione
dell'ossigeno disciolto presente nel campione durante la
reazione aerobica che si sviluppa ad opera dei batteri.
Metodo per diluizione
Il metodo prevede che un piccolo volume del campione da
analizzare venga diluito con acqua distillata satura di
ossigeno e contenente i nutrienti necessari alle attività
metaboliche dei microorganismi.
Dopo aver misurato il valore dell’ossigeno disciolto (OD)
all'inizio del test (che sarà assai vicino al valore di
saturazione a 20°C: 9,2 mg/l), il campione viene posto in un
contenitore ermeticamente chiuso e mantenuto in assenza
d'aria e a 20°C per il tempo prefissato e cioè 5 giorni.
Alla fine del test si ripete la misura dell'OD ancora presente
e dalla differenza con quello iniziale si deduce il consumo
che si è verificato. Dal rapporto di diluizione si ricaverà il
BOD del campione originario.
Non conoscendo il valore iniziale di BOD, occorrerà
procedere per tentativi preparando diversi campioni a
differenti diluizioni in modo che in almeno uno di essi siano
soddisfatte le seguenti condizioni:
- il valore dell'O.D. non scenda mai a valori inferiori a 1 mg/l,
per non inibire la crescita batterica;
- il valore dell'ossigeno consumato sia almeno uguale a 2
mg/l ed in ogni caso sia compreso tra il 30 e l'85 % di quello
originariamente presente, per una corretta determinazione
analitica.
Metodo respirometrico
Il campione viene introdotto in una cella chiusa ed in
presenza d'aria e viene mantenuto a 20°C e costantemente
agitato.
Man mano che si verificano le reazioni biologiche
aerobiche,
si
verifica
anche
la
solubilizzazione
dell'ossigeno presente nell'aria sovrastante la qual cosa
provoca una depressione nella medesima atmosfera. Per
mantenere la pressione parziale dell’ossigeno costante si
sfrutta una reazione elettrolitica in grado di produrre
ossigeno in funzione delle variazioni di pressione registrate
all’interno dello strumento di misura.
Il BOD viene misurato in base all’intervallo di tempo durante
il quale si è provveduto al rifornimento dell’O2 e alla
quantità di O2 prodotta dalla cella elettrolitica.
PC
Sistema di
controllo
Reattore
Generatore Manometro
di O2
Nei respirometri di prima concezione (respirometro di
Gilson e Warburg) la misura dell'O2 consumato veniva
valutato direttamente tramite la misura della depressione
effettuata mediante manometro.
Affinché la misura sia attendibile è necessario che la CO2
emessa dalla respirazione batterica venga fissata (quindi
eliminata dall'atmosfera) per questo si utilizza un composto
alcalino (idrossido di potassio KOH) che neutralizza la CO2
con formazione d’acqua.
Limiti nella misura del BOD
Affinché la prova del BOD dia risultati significativi occorre che
siano soddisfatte diverse condizioni:
- verificare che nel campione non parta la reazione biologica
degradativa prima dell'inizio dell'analisi nel laboratorio;
- garantire durante la prova le condizioni ambientali adatte alla
vita dei microorganismi (assenza di sostanze tossiche,
presenza di elementi nutrienti indispensabili per la crescita
batterica quali azoto, fosforo ed altri oligoelementi, tenore di
ossigeno disciolto sufficientemente alto);
- garantire la presenza dei ceppi batterici poiché, in caso
contrario sarà necessario procedere ad un apposito inoculo.
Queste ultime due condizioni sono garantite nei liquami di
tipo urbano, non necessariamente nei reflui industriali.
Nei liquami di origine industriale il valore del rapporto
BOD5/BODtot varia da liquame a liquame e di conseguenza
il valore del BOD5 da solo da un'informazione solo parziale
e non ben collegabile al quantitativo totale della sostanza
organica presente.
Inoltre il liquame industriale può non contenere una
popolazione batterica in grado di metabolizzare la S.O.
presente e quindi la misura del BOD risulta alterata. Per
poter fare un'analisi del BOD è pertanto necessario
procedere ad un inoculo di batteri (liquame domestico) e
sarà comunque necessario del tempo (20÷30 giorni) per
l'acclimatazione dei ceppi batterici che si devono
selezionare.
Possono essere inoltre presenti sostanze tossiche che
inibiscono l'azione e la vita batterica, oppure il liquame
può essere carente degli elementi nutritivi (principalmente
azoto e fosforo) necessari per la riproduzione batterica.
Per ovviare a tutti questi inconvenienti si possono
utilizzare misure chimiche per la determinazione della
richiesta di ossigeno, per la cui procedura il tempo
necessario è dell'ordine delle ore invece che dei giorni.
COD: richiesta chimica di ossigeno
(Chemical Oxygen Demand)
La misura si basa su una reazione di ossidazione chimica
tramite un reagente ossidante (bicromato di potassio), dal cui
consumo si può risalire al consumo di ossigeno ed
indirettamente al tenore della sostanza organica.
Il valore di COD ottenuto è espresso in mg/l di O2 consumato.
Il valore di COD è in genere maggiore di quello ricavabile dal
BOD in quanto:
1) molte sostanze organiche che sono difficilmente ossidabili
per via biologica possono essere ossidabili per via chimica;
2) il bicromato di potassio può ossidare anche sostanze
inorganiche (solfuri, sali di metalli che non sono al loro
massimo stato di ossidazione es. Fe2+ che si ossida facilmente
a Fe3+ ecc.), questo comporta una misura in eccesso della
sostanza organica presente nel campione;
3) alcune sostanze presenti nel campione possono risultare
tossiche per i batteri influenzando la misura del BOD ma
non la misura del COD.
¾
Vantaggio nella misura del COD rispetto alla misura del
BOD è il tempo 2,5 ore circa rispetto ai 5 giorni rispetto al
BOD.
Misura del COD
Il metodo prevede l’ossidazione delle sostanze organiche ed
inorganiche, presenti in un campione liquido, mediante una
soluzione di bicromato di potassio (K2Cr2O7).
Lo ione bicromato (Cr2O7)2- è un forte ossidante in soluzioni
acide.
La reazione che si sviluppa mettendo a contatto il campione di
liquame con la soluzione di bicromato acidificata (con acido
solforico) e mantenendola ad elevata temperatura con una
sorgente termica esterna, è la seguente:
CnHaOb + cCr2O72- + 8cH+ → nCO2 + (a+8c/2)H2O + 2cCr3+
dove:
c = 2n/3 + a/6 - b/3
con riduzione del bicromato a cromo trivalente.
Per facilitare la reazione si usa un catalizzatore (Ag2SO4) ma
può capitare che alcuni composti non riescano ugualmente
ad ossidarsi, come gli idrocarburi aromatici e la piridina.
Una interferenza da tenere sotto controllo è quella dei
cloruri che normalmente sono presenti, sia nelle acque di
approvvigionamento che di scarico, in elevate quantità. I
cloruri infatti interferiscono con lo ione bicromato nel
seguente modo:
6Cl- + Cr2O72- + 14H+ = 3Cl2 + 2Cr2 3+ + 7H2O
provocando un ulteriore consumo dell'agente ossidante.
Questa interferenza può essere eliminata con l'aggiunta di
solfato mercurico (HgSO4) in quanto lo ione mercurico si
combina con lo ione cloruro per formare il complesso
cloruro di mercurio, difficilmente ionizzabile:
Hg2+ + 2Cl- = HgCl2
L’analisi prevede di operare con un eccesso di ossidante
per avere la sicurezza che la sostanza organica sia
completamente ossidata; quindi si misura la quantità
residua di bicromato tramite titolazione con il solfato
ferroso-ammonico in quanto lo ione ferroso può far
svolgere la seguente reazione:
6Fe2++ Cr2O72- + 14H+ → 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O
La fine della titolazione, cioè la scomparsa dello ione
bicromato, è data dalla variazione di colore provocato dalla
presenza di un adatto indicatore (la ferroina).
Per il calcolo del COD occorre tuttavia procedere all'analisi
del bianco: analisi con la stessa procedura una quantità di
acqua distillata pari a quella del campione utilizzato.
La differenza tra il consumo di titolante che si è verificato
nel bianco e quello che si è verificato nell'analisi del
campione si ricava il consumo di ossidante effettivo che
viene espresso in termini di equivalenti di ossigeno.
La formula per il calcolo del COD è la seguente:
Il COD = ( A- B) · N · 8 · 1000 / ( ml di campione)
dove:
A = ml di titolante consumato nel "bianco"
B = ml di titolante consumato col campione
N = normalità della soluzione di Fe(NH4)2·(SO4)2
8 = peso equivalente dell'ossigeno.
Il prodotto (A-B)·N fornisce gli equivalenti di titolante
consumato nella reazione, moltiplicando tale quantità per il
peso equivalente dell'ossigeno si ricavano i mg di O2
consumati che, divisi per i ml di campione e moltiplicati per
il fattore 1000, risulteranno espressi in mg/l.
ThOD: richiesta teorica di ossigeno
(Theoretical Oxygen Demand)
Richiesta stechiometrica di ossigeno necessaria per
l’ossidazione dei composti organici.
La sua valutazione si basa sulla conoscenza della formula
chimica di un composto organico considerando che tutto il
carbonio presente sia ossidato a CO2 e tutto l’azoto sia
ossidato a NO3.
¾
ESEMPIO 1. Calcolare la richiesta teorica di ossigeno dell’ACIDO
ACETICO
CH3COOH + 2 O2 → 2CO2 + 2H2O
ThOD = 2 molO2/mol acido acetico =
= 2 molO2/mol acido acetico x 32g/molO2 =
= 64 gO2/mol acido acetico
¾
ESEMPIO 2. Calcolare la richiesta teorica di ossigeno di 1.67 · 10-3 M
di glucosio
C6H12O6 + 6 O2 → 6CO2 + 6H2O
ThOD = 6 molO2/mol glucosio x 1,67·10-3 mol glucosio/litro x
32g/molO2 = 321mgO2/litro
¾
ESEMPIO 3. Calcolare la richiesta teorica di ossigeno della GLICINA
In una prima fase il carbonio organico e l’azoto vengono ossidati a
CO2 e NH3
CH2NH2COOH + 3/2 O2 → 2CO2 + NH3 + H2O
In una seconda fase l’ammoniaca viene ossidata prima ad nitriti e poi
a nitrati
NH3 + 3/2 O2 → HNO2 + H2O
HNO2 + 1/2 O2 → HNO3
ThOD = (3/2 + 3/2 + 1/2) molO2/mol glicina =
= 7/2 molO2/mol glicina x 32g/molO2 = 112 gO2/mol glicina
TOD: richiesta totale di ossigeno
(Total Oxygen Demand)
¾
Quantità di ossigeno necessaria per la combustione della
sostanza organica
E' un metodo strumentale in cui le sostanze organiche e,
in misura minore, quelle inorganiche sono convertite in
prodotti finali stabili dopo combustione in apposita
camera con catalizzatore al platino.
Il valore del TOD è determinato attraverso la registrazione
del contenuto di ossigeno presente nel gas di trasporto e
la sua misura può essere ottenuta rapidamente.
TOC: carbonio organico totale
(Total Organic Carbon)
In questo test si valuta la quantità di CO2 che si forma
con l’ossidazione della sostanza organica.
La misura si ottiene per combustione ad alta
temperatura: il carbonio organico si ossida a CO2 e
quest'ultima viene rilevata mediante un analizzatore
all'infrarosso.
Tramite acidificazione ed aerazione del campione prima
dell'analisi si elimina il contributo dovuto alla presenza di
carbonio inorganico sul carbonio totale presente,
misurando quindi solo il carbonio organico.
TOC = TC - IC
Relazione tra i parametri
Tra i diversi parametri che misurano la sostanza organica
il loro valore numerico per un dato campione segue
generalmente il seguente ordine:
ThOD > TOD > COD > BOD5 > TOC
La richiesta teorica é sempre la più alta mentre i valori dei
parametri analitici risentono dell’entità dell’ossidazione
applicata.
Il TOC rappresenta il valore più basso perché espresso in
termini di carbonio ossidato e non di ossigeno.
Azoto
L’azoto nelle acque può essere presente in diverse forme:
¾ azoto organico;
¾ azoto ammoniacale;
¾ azoto nitroso;
¾ azoto nitrico.
L’azoto organico viene convertito in azoto ammoniacale che
per effetto dei batteri autotrofi viene convertito in azoto
nitroso (forma instabile) ed in azoto nitrico che rappresenta il
prodotto finale dell’azione batterica.
L’azoto ammoniacale comprende sia l’ammoniaca che lo ione
ammonio:
NH3 + H+ ↔ NH4+
L’equilibrio è funzione del pH.
La forma NH3 è molto tossica: una concentrazione di
ammoniaca libera superiore a 0,2mg/l può provocare la morte
di diverse specie ittiche.
La concentrazione di ammoniaca libera può essere
controllata mantenendo un pH<8 e in generale una
concentrazione di azoto ammoniacale inferiore a 10mg/l.
Diagramma qualitativo delle diverse frazioni di azoto.
Es. Contaminazione da scarichi fognari in un corso d’acqua.
L’elevato contenuto di azoto organico e ammoniacale è
indicazione di una contaminazione recente, se è elevato il
contenuto di azoto nitrico l’inquinamento è avvenuto nel
passato.
L’azoto organico e l’azoto ammoniacale sono misurati con il
metodo Kjeldahl: l’azoto organico viene convertito ad azoto
ammoniacale mediante digestione acida con acido solforico
(H2SO4) e solfato di potassio (K2SO4), viene quindi misurato
l’azoto ammoniacale che viene espresso come N.
Questa misura rappresenta l’azoto totale Kjeldahl (TKN),
somma dell’azoto organico e dell’azoto ammoniacale.
Per determinare il solo azoto organico si procede prima
all’eliminazione dell’ammoniaca per distillazione.
L’azoto nitroso e nitrico vengono analizzati separatamente
tramite spettrofotometria UV-VIS.
Le varie forme di azoto hanno differenti unità di misura, per
poterle sommare è quindi necessario convertirle nella stessa
unità.
Es. Calcolare l’azoto totale presente in un liquame
contenente 30mg/l di TKN, 25mg/l di NO2- e 2mg/l di NO3-.
Soluzione:
Il TKN è espresso in termini di azoto
Per poter sommare tutti i termini dobbiamo esprimere tutto in
termini di azoto:
Ntot = 30 mgTKN/l + 25 mgNO2- · (14 mgN/46mgNO2-) + 25
mgNO3- · (14 mgN/62mgNO3-) = 38,05 mgN/l
Fosforo
Il fosforo assume importanza fondamentale nei fenomeni di
eutrofizzazione dei corpi idrici essendo il principale elemento
limitante la crescita algale.
Il fosforo è presente nelle acque come:
¾ ortofosfato (sale dell’acido ortofosforico H3PO4);
¾ polifosfato (polimeri ottenuti per condensazione di due o
più ortosfosfati con eliminazione di una molecola d’acqua e
che per idrolisi originano ortofosfati);
¾ fosforo organico (per decomposizione da parte dei batteri
si forma ortosfosfato).
Il fosforo viene determinato tramite spettrofotometria UV-VIS
dopo la conversione di tutte le forme di fosforo in ortofosfati
grazie ad una digestione acida.
I risultati vengono espressi in mgP/l.
Cloruri
I cloruri (Cl-) sono presenti in natura e non causano
inconvenienti anche se in concentrazioni elevate: solo a
concentrazioni superiori a 250 mg/l conferiscono sapore
all’acqua.
I prodotti di rifiuto del metabolismo umano rilasciano un
contenuto in cloruri pari a quello assimilato col cibo e
l’acqua, le acque di scarico risultano quindi ricche in cloruri.
I cloruri non vengono rimossi né per adsorbimento nel suolo
né per processi biologici di autodepurazione.
I cloruri vengono
(titolazione).
misurati
con
metodo
volumetrico
Solfati
Lo ione solfato è molto diffuso nelle acque naturali; ha effetti
dannosi per l’uomo se presente nelle acque di
approvvigionamento in concentrazioni superiori a 250mg/l, ha
effetti industriali possono creare incrostazioni nelle caldaie e
negli scambiatori di calore.
Nelle acque di rifiuto il processo di riduzione dei solfati a
solfuri, in condizioni anaerobiche, comporta la formazione di
composti odorigeni (1) e la corrosione delle condotte fognarie
(2).
(1) SO42- + S.O. → S2- + H2O + CO2
S2- + 2H+ → H2S
L’odore è collegato alla formazione di idrogeno solforato e
dipende dal pH.
(2) H2S + 2O2 → H2SO4
Il problema della corrosione è dovuto alla presenza negli
scarichi fognari di particolari batteri aerobi in grado di
ossidare l’idrogeno solforato con formazione di acido
solforico che essendo un acido forte è in grado di di
danneggiare le condotte.
I solfati vengono determinati con un metodo gravimetrico e
torbidimetrico.
Altri composti dello zolfo:
ƒ solfuri (derivati dall’acido solfidrico H2S)
ƒ solfiti (derivati dall’acido solforoso H2SO3)
ƒ tiosolfati (derivati dall’acido tiosolforico H2S2O3)