Schweizerischer Verein des Gas- und Wasserfaches
Société Suisse de l’Industrie du Gaz et des Eaux
Società Svizzera dell’Industria del Gas e delle Acque
Swiss Gas and Water Industry Association
W1015 i
SVGW
SSIGE
SSIGA
SGWA
Edizione maggio 2015
REGOL A M E NTA ZION E
Raccomandazione
Gestione di due sostanze in tracce di origine geogenica,
arsenico e uranio, nell’approvvigionamento dell’acqua potabile
SSIGA, Grütlistrasse 44, casella postale 2110, 8027 Zurigo
Telefono 044 288 33 33, fax 044 202 16 33, www.ssiga.ch
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REGOL A M E NTA ZION E
Raccomandazione
Gestione di due sostanze in tracce di origine geogenica,
arsenico e uranio, nell’approvvigionamento dell’acqua potabile
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Composizione: Multicolor Print AG, Baar
Edizione maggio 2015
Riproduzione vietata
Ordinazione presso l’ufficio della SSIGA
([email protected])
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SOMMARIO
Preface5
1
Scopo e campo di applicazione
6
2
Struttura della Raccomandazione
6
3
Termini e definizioni
7
4
Indice delle abbreviazioni
9
5
Disposizioni legislative e prescrizioni normative
9
5.1
5.2
Leggi e ordinanze
Norme, direttive e linee guida
9
10
6
Situazione attuale
11
6.1
Revisione dell’OSoE
6.2Autocontrollo
11
11
7
12
Sostanze in tracce di origine geogenica: nozioni di base
7.1Arsenico
7.2Uranio
7.3
Rimozione dell’arsenico e dell’uranio con gli attuali processi di trattamento dell’acqua
12
14
15
8
Procedura per la riduzione delle concentrazioni di arsenico e uranio
nell’acqua
17
9
Analisi della situazione
19
9.1
9.2
9.3
9.4
9.5
Rilevamento dello stato di fatto
Valutazione dei dati di base
Valutazione delle concentrazioni di arsenico e/o uranio
Valutazione delle oscillazioni naturali delle concentrazioni
Definizione di misure correttive
19
19
20
20
20
10
Studi preliminari
22
11
Strategie per far fronte a concentrazioni eccessive di As e U nell’acqua
23
11.1
11.2
Possibili soluzioni
Scelta del procedimento in caso di concentrazioni di uranio entro i limiti
23
23
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12
Valutazione di risorse idriche alternative
25
12.1
12.2
12.3
Abbandono di una fonte e sfruttamento di nuove risorse
Uso stagionale
Diluizione / miscelazione
25
25
25
13
Rimozione dell’arsenico e dell’uranio
26
13.1
13.2
13.3
13.4
Possibili metodi di rimozione dell’arsenico
Possibili metodi di rimozione dell’uranio
Sistema a due stadi per la rimozione dell’arsenico e dell’uranio
Scelta di un procedimento ottimale
26
28
30
30
14
Pianificazione degli interventi
32
15
Esercizio e manutenzione degli impianti di miscelazione e filtrazione
34
15.1
15.2
15.3
15.4
Esercizio di un impianto di miscelazione
Esercizio di un impianto di filtrazione
Sicurezza sul luogo di lavoro
Guasti e malfunzionamenti
34
34
36
37
16
Trasporto e smaltimento
38
16.1
16.2
Smaltimento dei residui di filtrazione
Trasporto dei residui di filtrazione
38
39
Bibliografia di approfondimento
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Sommario
PREFACE
L’acqua potabile in Svizzera, per poter essere erogata ai consumatori, deve non solo possedere determinate caratteristiche in termini di aspetto, odore e sapore, ma anche soddisfare precisi requisiti a livello
di igiene e di proprietà fisico – chimiche. I parametri fisico-chimici sono specificati nell’Ordinanza sulle
sostanze estranee e sui componenti (OSoE), la quale fissa, tra l’altro, limiti di concentrazione inderogabili per diversi elementi. Durante la revisione dell’OSoE, il cui nuovo testo è entrato in vigore il 1º gennaio
2014, è stato deciso, alla luce di recenti studi scientifici, di abbassare il valore limite per l’arsenico e
stabilire un valore limite per l’uranio. Dette novità obbligano taluni Comuni svizzeri ad adottare entro il
2019 delle misure correttive. Poiché l’irrigidimento delle disposizioni di legge pone le aziende dell’acqua
potabile svizzere dinanzi a una nuova sfida, da affrontare nel quadro del controllo autonomo, la SSIGA
ha redatto in collaborazione con esperti dell’Eawag una Raccomandazione incentrata sulla gestione di
valori elevati di arsenico e uranio nell’approvvigionamento di acqua potabile.
L’elaborazione del presente Raccomandazione è stata finanziata dal Fondo di ricerca per l’acqua FOWA
(progetto n. 003-12) della SSIGA. La Raccomandazione è stata redatta da Ralph Sonderegger (SSIGA /
Eawag), Paul Borer (Eawag) e Stephan Hug (Eawag) e poi messa in consultazione presso vari gruppi di
lavoro e istituti specializzati (USAV, ACCS, panel interno alla SSIGA).
Qualora lo sviluppo della legislazione e il progresso della tecnica obblighino a modificare il presente
testo, l’ufficio della SSIGA potrà apportare i cambiamenti necessari, purché non siano di natura essenziale.
La Raccomandazione è stata approvata dal Comitato della SSIGA in data 12 marzo 2015 ed è entrata
in vigore il 1º maggio 2015.
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1
Sommario
Scopo e campo di applicazione
La presente Raccomandazione è concepita come una guida per le aziende dell’acqua potabile,
i Comuni, i costruttori di impianti e gli studi di ingegneria. Vuole essere soprattutto un punto di
riferimento per quelle aziende dell’acqua potabile che, in seguito all’abbassamento del valore
limite per l’arsenico e all’introduzione di un valore limite per l’uranio, si trovano ad affrontare la
nuova sfida della gestione delle sostanze di origine geogenica presenti in tracce nell’acqua potabile. Questo documento offre informazioni di base sulla problematica in Svizzera e dà chia­
rimenti sulle misure che le aziende dell’acqua potabile possono adottare nel quadro del controllo autonomo, previsto dalla legislazione sulle derrate alimentari. Oltre a descrivere i possibili
metodi di trattamento dell’acqua contenente arsenico e/o uranio, la Raccomandazione riflette
sugli aspetti economici e offre orientamenti sull’esercizio e la manutenzione degli impianti.
2
Struttura della Raccomandazione
La Raccomandazione si articola nei seguenti punti:
•
Scopo, struttura, termini, definizioni e abbreviazioni – Capitoli 1– 4
•
Leggi, ordinanze, direttive e norme – Capitoli 5 e 6
•
Introduzione alla problematica – Capitolo 7
•
Procedimenti per la riduzione delle concentrazioni di arsenico e uranio – Capitoli 8 e segg
•
Analisi della situazione, studi preliminari, sicurezza dell’approvvigionamento idrico – Capitoli 9 e 10
•
Metodi di rimozione dell’arsenico e dell’uranio – Capitoli 11–13
•
Pianificazione delle misure, esercizio, manutenzione e monitoraggio degli impianti, trasporto e smaltimento dei residui – Capitoli 14–16
Il capitolo conclusivo «Bibliografia di approfondimento» offre dati bibliografici dettagliati.
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3
Sommario
Termini e definizioni
Absorbimento e adsorbimento
Per absorbimento si intende la penetrazione di molecole o ioni non legati o allo stato gassoso
all’interno di un solido. Per adsorbimento si intende l’accumulo e l’adesione di molecole o ioni
non legati o allo stato gassoso sulla superficie di un solido.
Acqua
Acqua non trattata (greggia), quale ad esempio acqua di falda, fiume o lago.
Attività
Numero di trasmutazioni di un radionuclide in un dato intervallo di tempo. L’unità di misura
dell’attività è il becquerel (Bq). 1 Bq equivale a un decadimento al secondo.
Chemiotossicità
Tossicità dovuta all’interazione chimica di una sostanza nociva con gli organi e i tessuti del
corpo (v. Radiotossicità).
Curva di rottura / Rottura
La curva di rottura mostra l’andamento della concentrazione di un inquinante nel flusso in
usci­ta dal filtro o dallo scambiatore di ioni, in funzione del volume d’acqua trattato (espresso in
BV). Si ha una condizione di completa rottura quando la concentrazione di inquinante in uscita
eguaglia la concentrazione dello stesso nel flusso in entrata.
Dose di radiazioni
Misura per l’effetto delle radiazioni ionizzanti sulla materia. La dose assorbita nell’unità di tempo è detta intensità di dose.
Filtrazione a membrana
Processo di separazione che prevede l’uso di una membrana per la separazione di particolari
particelle o molecole dall’acqua. La selettività dipende dalle dimensioni dei pori della membrana. I processi più adeguati alla rimozione di sostanze in tracce sono la nanofiltrazione e
l’osmosi inversa (reverse osmosis).
Hazard Analysis and Critical Control Points (HACCP)
Sistema in uso nell’industria alimentare per la valutazione dei processi di produzione che si
basa su un’analisi preventiva dei pericoli e sul monitoraggio e controllo della filiera in corrispondenza di determinati punti critici di controllo (Critical Control Points, CCP), allo scopo di fornire
sempre derrate alimentari di qualità impeccabile.
Limite critico (valore di intervento)
Valore stabilito in base al sistema HACCP, il cui superamento richiede l’adozione di misure
immediate.
Precipitazione e flocculazione
L’aggiunta di sostanze chimiche, di norma sali di Fe(II), Fe(III) e Al(III), che provoca la formazione di particelle in fase solida e piccoli fiocchi, cui possono legarsi sostanze disciolte. La
formazione di fiocchi permette una più semplice eliminazione di tali sostanze mediante sedimentazione (v. Sedimentazione) o filtrazione.
Quantità adsorbita
Quantità di inquinante accumulatasi sulla superficie dell’adsorbente (materiale filtrante) in rapporto alla sua massa. È spesso indicata in ginquinante per kgadsorbente.
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Sommario
Radiazione ionizzante
Qualunque tipo di radiazione elettromagnetica o di particelle in grado di rimuovere uno o più
elettroni da un atomo o una molecola, producendo ioni o resti di molecole. Si distinguono tre
tipi di radiazione ionizzante:
•
Radiazione alfa: radiazione costituita da particelle alfa (nuclei di elio)
•
Radiazione beta: radiazione costituita da particelle beta (elettroni)
•
Radiazione gamma: radiazione elettromagnetica ad alta energia (radiazione di fotoni)
Radioattività
Proprietà di alcuni nuclei atomici instabili (radionuclidi) di trasmutarsi in nuclei diversi emettendo radiazioni ionizzanti e/o particelle.
Radiotossicità
Tossicità dovuta alla radiazione di un radionuclide nell’organismo.
Rifiuti speciali
Rifiuti che, a causa dei propri effetti nocivi sull’ambiente o sulle persone, vanno sottoposti a
trattamenti speciali.
Scambio ionico
Metodo di scambio o rimozione di taluni ioni dall’acqua. Gli ioni indesiderati o gli inquinanti con
carica elettrica vengono sostituiti con ioni non nocivi.
Sedimentazione
Deposizione e separazione di particelle dall’acqua per effetto della forza di gravità. Quanto
maggiori sono le dimensioni e la densità delle particelle, tanto più elevato è il tasso di sedimentazione.
Speciazione
Distribuzione delle diverse specie di un elemento in un sistema definito e in equilibrio.
Specie
Si definisce specie chimica la precisa forma chimica in cui si presenta un elemento (ad esempio, stato di ossidazione dell’elemento o struttura molecolare dei composti).
Valore limite
Il valore limite è la concentrazione massima di una sostanza che, se superata, rende la derrata
inadatta all’alimentazione umana. I valori limite per le sostanze chimiche presenti nell’acqua
potabile sono fissati nell’Ordinanza sulle sostanze estranee e sui componenti (OSoE).
Volume di letto filtrante (BV)
Volume del materiale filtrante contenuto nel filtro a letto fisso. La quantità d’acqua che può
essere trattata con un determinato filtro a letto fisso è generalmente espressa in bed volume,
ossia numero di volumi di letto filtrante (per es. 10 000 BV).
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4
Sommario
Indice delle abbreviazioni
As
Arsenico
DVGW
Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches
OMS
Organizzazione mondiale della sanità
SSIGA
Società Svizzera dell’Industria del Gas e delle Acque
U
Uranio
UFAM
Ufficio federale dell’ambiente
UFSP
Ufficio federale della sanità pubblica
USAV
Ufficio federale della sicurezza alimentare e di veterinaria
5
Disposizioni legislative e prescrizioni normative
5.1 Leggi e ordinanze
•
Legge federale sulle derrate alimentari e gli oggetti d’uso (Legge sulle derrate alimentari,
LDerr), 817.0, stato 1º ottobre 2013
•
Ordinanza sulle derrate alimentari e gli oggetti d’uso (ODerr), 817.02, stato 1º gennaio 2014
•
Ordinanza del DFI sui requisiti igienici (ORI), 817.024.1, stato 1º gennaio 2014
•
Ordinanza del DFI sulle sostanze estranee e sui componenti presenti negli alimenti (Ordinanza sulle sostanze estranee e sui componenti, OSoE), 817.021.23, stato 1º gennaio 2014
• Ordinanza del DFI concernente l’acqua potabile, l’acqua sorgiva e l’acqua minerale,
817.022.102, stato 1º gennaio 2014
•
Legge sulla radioprotezione (LRaP), 814.50, stato 1º gennaio 2007
•
Ordinanza sulla radioprotezione (ORaP), 814.501, stato 1º gennaio 2014
•
Ordinanza tecnica sui rifiuti (OTR), 814.600, stato 1º luglio 2011
•
Ordinanza sul traffico di rifiuti (OTRif), 814.610, stato 1º maggio 2014
•
Ordinanza del DATEC sulle liste per il traffico di rifiuti, 814.610.1, stato 1º gennaio 2010
•
Accordo europeo per il trasporto internazionale delle merci pericolose su strada (ADR)
Tutte le leggi e le ordinanze della Confederazione così come le rispettive versioni emendate
possono essere scaricate dall’indirizzo www.admin.ch/ch/i/sr/sr.html.
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Sommario
5.2 Norme, direttive e linee guida
5.2.1 Norme
•
DVGW Technische Regel Arbeitsblatt W 213-5 (A) (2013). Filtrationsverfahren zur Partikelentfernung. Teil 5: Membranfiltration. DVGW, Bonn, Germania*
• DVGW Technische Regel Arbeitsblatt W 216 (2004). Versorgung mit unterschiedlichen
Trinkwässern. DVGW, Bonn, Germania*
•
DVGW Technische Regel Arbeitsblatt W 218 (1998). Flockung in der Wasseraufbereitung
– Flockungstestverfahren. DVGW, Bonn, Germania*
•
DVGW Technische Regel Arbeitsblatt W 249 (2012). Entfernung von Arsen, Nickel und
Uran bei der Wasseraufbereitung, DVGW, Bonn, Germania*
•
DVGW Technische Mitteilung Hinweis W 253 (2008). Trinkwasserversorgung und Radioaktivität. DVGW, Bonn, Germania*
•
DVGW-Rundschreiben W 01/08. Uran im Roh- und Trinkwasser – Aktueller Sachstand und
Empfehlungen des DVGW*
* Disponibile solo in tedesco
5.2.2 Direttive e raccomandazioni della SSIGA
•
SVGW W1: Richtlinie für die Qualitätsüberwachung in der Trinkwasserversorgung**
•
SVGW W4: Direttiva per la distribuzione dell’acqua**
•
SVGW W10: Richtlinie für Projektierung, Ausführung und Betrieb von Quellfassungen**
•
SVGW W1002: Empfehlung für ein einfaches Qualitätssicherungssystem für Wasserversorgungen**
•
SVGW W1005: Empfehlung zur strategischen Planung von Wasserversorgungen
** Disponibile solo in tedesco e francese
Le suddette direttive e raccomandazioni possono essere acquistate presso la SSIGA, casella
postale 2110, 8027 Zurigo (www.ssiga.ch).
5.2.3 10/41
Linee guida e orientamenti all’esecuzione
•
Ufficio federale della sanità pubblica (UFSP), 2010. Procedimenti riconosciuti di preparazione dell’acqua potabile
•
Ufficio federale della sanità pubblica (UFSP), 2005. Lettera informativa n. 109: mezzi e
procedimenti autorizzati per la preparazione e la disinfezione dell’acqua potabile
•
Organizzazione mondiale della sanità (OMS), 2011. Guidelines for drinking-water quality.
Fourth Edition. World Health Organization, Switzerland, Geneva. ISBN: 978-92-4-154815-1
•
United States Environmental Protection Agency (EPA), 2003. Arsenic Treatment Technology Evaluation Handbook for Small Systems. Environmental Protection Agency, United
States of America, Washington, D.C.
•
United States Environmental Protection Agency (EPA), 2000. Technologies and Costs for
Removal of Arsenic from Drinking Water. Environmental Protection Agency, United States
of America, Washington, D.C.
•
Bundesministerium für Bildung und Forschung e Associazione tedesca delle aziende di
distribuzione di gas e acqua (DVGW), 2009. Schlussbericht zum Verbundprojekt Uranentfernung in der Trinkwasseraufbereitung
•
Suva, 2012. Factsheet – Radiazioni ionizzanti. www.suva.ch/arbeitsmedizin.
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Sommario
6
Situazione attuale
6.1 Revisione dell’OSoE
Il 1º gennaio 2014 è entrata in vigore la nuova versione dell’Ordinanza sulle sostanze estranee
e sui componenti (OSoE). L’OSoE stabilisce le concentrazioni massime (valori di tolleranza e
valori limite) delle sostanze estranee e dei componenti ammessi negli alimenti, dunque anche
nell’acqua potabile. Per la definizione dei valori limite, l’Ufficio federale della sanità pubblica
(UFSP) ha fatto riferimento alle linee guida dell’OMS – Guidelines for drinking-water quality (OMS, 2011), alle Direttive dell’Unione Europea, a documenti redatti da gruppi di esperti,
nonché ad accertamenti svolti dall’UFSP stesso (Bucheli et al., 2012). La revisione dell’OSoE
ha comportato modifiche di rilievo in relazione alle sostanze in tracce di origine geogenica, in
particolare l’abbassamento del valore limite per l’arsenico da 50 µg/l a 10 µg/l e l’introduzione
di un valore limite per l’uranio pari a 30 µg/l.
L’abbassamento del valore limite per l’arsenico poggia su nuovi studi tossicologici ed epidemiologici compiuti dall’OMS. In passato, si riteneva che il limite di 50 µg/l fosse adeguato a
garantire una sufficiente tutela della salute. Recenti valutazioni, tuttavia, individuano la soglia
massima in 10 µg/l.
Quanto all’uranio, prima della revisione l’OSoE fissava unicamente i valori massimi per l’attività
specifica dei radionuclidi della serie dell’uranio negli alimenti (valore massimo per le derrate
alimentari liquide: 10 Bq/kg). L’ordinanza non dava alcuna indicazione in merito alla tossicità
chimica dell’uranio. Per questo elemento, tuttavia, la tossicità chimica (nefrotossicità) è un
aspetto ben più rilevante della radioattività. Per tale ragione, si è deciso di rispecchiare nel
testo dell’OSoE la Raccomandazione dell’OMS fondata su studi epidemiologici e di imporre il
valore limite di 30 µg/l.
Allo scopo di facilitare il compito ai Comuni e alle aziende dell’acqua potabile chiamate ad adeguarsi alla nuova situazione normativa, è stato fissato un periodo di transizione di cinque anni.
Entro il 1º gennaio 2019 – data a partire dalla quale la fornitura ai consumatori di acqua potabile
con concentrazioni di arsenico e uranio eccedenti i valori limite sarà tassativamente vietata – le
aziende dell’acqua potabile dovranno adottare misure volte alla riduzione del contenuto di arsenico e uranio. Va detto, a ogni modo, che le nuove disposizioni legali riguardano un numero
esiguo di Comuni, prevalentemente nella regione delle Alpi (v. cap. 7.1.3 e 7.2.3).
6.2 Autocontrollo
Conformemente al principio dell’autocontrollo, ogni azienda dell’acqua potabile è chiamata ad
analizzare e valutare secondo il sistema HACCP le caratteristiche fisiche, chimiche e microbiologiche dell’acqua captata. La valutazione deve poggiare su risultati di misurazioni che offrano
una panoramica della qualità dell’acqua in diverse condizioni atmosferiche e permettano, così,
di appurarne le naturali oscillazioni. Le basi legali per l’applicazione di questo strumento di
assicurazione della qualità sono date dalle disposizioni in materia di autocontrollo, contenute
nell’Ordinanza sulle derrate alimentari e gli oggetti d’uso (ODerr).
Il sistema HACCP consente di riconoscere tempestivamente i pericoli specifici per la salute del
consumatore e di garantirne il controllo. Esso prevede l’analisi del processo di produzione alla
ricerca di potenziali pericoli e la definizione di misure atte alla loro eliminazione o riduzione. Per
«pericolo» si intende una condizione di inquinamento dell’acqua potabile capace di mettere a
rischio la salute del consumatore. Una «situazione di pericolo» è da intendersi come un evento
o una circostanza che provoca o può provocare un inquinamento.
Il metodo HACCP serve, inoltre, a identificare i punti critici di controllo (Critical Control Points,
CCP). Un CCP è un punto o passaggio nel flusso di processo in corrispondenza del quale è
possibile, mediante l’applicazione di un procedimento controllabile e verificabile, evitare, annullare o ridurre a livelli accettabili un pericolo. Si ha un CCP se per quel determinato stadio
del processo è possibile:
•
Adottare misure mirate all’eliminazione o alla riduzione dei pericoli.
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Sommario
•
Definire parametri di monitoraggio e limiti critici il cui superamento determina l’attuazione
delle misure stabilite.
•
Effettuare un monitoraggio continuo o, almeno, quasi continuo.
Fondamentalmente, ove si abbia una situazione critica di pericolo che non può essere controllata attraverso il monitoraggio di parametri misurabili di continuo, è necessario rinunciare
all’uso dell’acqua in questione per la fornitura di acqua potabile.
I suddetti requisiti, propri del sistema HACCP e il cui rispetto è parte integrante dell’autocontrol­
lo, valgono senza limiti di sorta anche per le acque contenenti arsenico e uranio in concentrazioni problematiche, ossia eccedenti i valori limite dell’OSoE. In mancanza di un monitoraggio
continuo dei limiti critici nei CCP relativi alla rimozione dell’arsenico e/o dell’uranio, l’utilizzo
dell’acqua potabile è permesso solo ed esclusivamente se essa, seppur sottoposta ad un
trattamento insufficiente, non comporta un pericolo acuto per la salute. Tuttavia ciò non esime l’azienda dell’acqua potabile dall’obbligo di fornire la maggiore protezione possibile e di
darne dimostrazione nel quadro dell’autocontrollo. Qualora non sia possibile controllare la fase
di rimozione dell’arsenico e/o dell’uranio per mezzo di parametri di monitoraggio continuo o
quasi continuo, vanno fissati altri parametri di sorveglianza (discontinua) che forniscano una
protezione adeguata. Tale protezione deve approssimarsi il più possibile al livello raggiungibile
con il sistema HACCP.
7
Sostanze in tracce di origine geogenica: nozioni di base
7.1 Arsenico
7.1.1 Proprietà
L’arsenico è un semimetallo tossico naturalmente presente nella crosta terrestre in oltre 200
diversi minerali, in particolare nei minerali solforati. Si trova, inoltre, in sedimenti, acque e
organi­smi. Una combinazione di processi naturali e antropogenici causa la mobilizzazione
dell’arsenico, che in tal modo finisce nelle acque sotterranee e potabili. La mobilizzazione
naturale – dovuta a fenomeni di degradazione meteorica e dissoluzione di minerali, come pure
all’attività biologica e vulcanica – è di gran lunga il meccanismo più significativo. Le attività
dell’uomo – industria mineraria, preparazione dei metalli, impiego di combustibili fossili, uso
di pesticidi contenenti arsenico e di additivi con As nei mangimi animali – può tradursi in concentrazioni eccessive di arsenico nel terreno e nella falda a livello locale. La mobilizzazione
dell’arsenico nel sottosuolo dipende essenzialmente dalle condizioni geochimiche predominanti e si verifica soprattutto in carenza di ossigeno (potenziale di riduzione < 200 mV). In
condizioni fortemente riducenti con alte concentrazioni di composti ridotti dello zolfo, si ha
la precipitazione di vari solfuri. In ambienti ossidanti, l’arsenico si trova soprattutto in forma
pentavalente (arseniato, As(V)), la quale, fortemente adsorbita su fasi solide, è meno mobile
rispetto alla forma ridotta trivalente (arsenito, AS(III)).
7.1.2 Chimica dell’arsenico in ambiente acquatico
Nell’acqua, l’arsenico è presente in via quasi esclusiva nelle forme inorganiche trivalente (arsenito, AS(III)) e pentavalente (arseniato, As(V)). La precisa forma chimica è determinata dal potenziale di riduzione e dal valore pH (v. speciazione in figura 1). Dove vi è abbondanza di ossigeno (condizioni ossidanti) predomina l’arseniato, dove l’ossigeno scarseggia prevale
l’arsenito. La forma chimica è un aspetto decisivo per la mobilità e l’abbattimento dell’arsenico
nelle acque sotterranee e potabili. Le condizioni redox determinano lo stato di ossidazione
dell’arsenico, mentre il valore pH condiziona la dissociazione dell’arseniato e dell’arsenito. A
pH inferiore a 9.2, l’arsenito si trova sotto forma di acido arsenioso H3AsO3 con carica neutra.
Quanto all’arseniato, a pH compreso tra 6 e 9 – valori tipici per l’acqua potabile – predominano
gli anioni (dunque ioni con carica negativa) H2AsO4- e HAsO42-. Poiché caratterizzato da carica
neutra, l’arsenito è più difficile da rimuovere rispetto all’arseniato, ragion per cui è di norma
necessaria la preossidazione dell’As(III) ad As(V) (v. cap. 13.1.1). Nelle acque superficiali,
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Sommario
Frazione della specie (in %)
l’arsenico è presente oltre che in composti inorganici anche in forme organiche, le quali, tuttavia, sono generalmente poco rilevanti per l’acqua potabile (Smedley and Kinniburgh, 2002). Fig. 1 Speciazione dell’arseniato (a sinistra) e dell’arsenito (a destra) in funzione del valore pH (forza ionica: 0.001 M;
grafico creato con Visual Minteq, versione 3.0, 2012)
7.1.3 Arsenico nell’acqua potabile in Svizzera
La Svizzera conta tre regioni in cui l’arsenico è naturalmente presente in concentrazioni elevate: la Svizzera settentrionale, con le sue molte sorgenti termali e minerali contenenti arsenico; il Canton Giura, il cui suolo è ricco di calcari e argille ferruginose; e le Alpi, dove si trovano
giacimenti di minerali metalliferi e rocce cristalline ad alto contenuto di As. Varie campagne
di misurazione hanno mostrato come le acque di singole sorgenti superino in parte i nuovi
valori limite, in particolare nel Canton Ticino (Val d’Isone, Val Colla, Malcantone, Barbengo e
Morcote), nel Cantone dei Grigioni (Valposchiavo) e nel Canton Vallese (nella zona circostante
Martigny, nella Lötschental, Nikolaital e Valle di Goms) (Pfeifer and Zobrist, 2002).
Una delle suddette campagne di misurazione (Haldimann et al., 2005) ha comportato l’analisi
di 1297 campioni d’acqua raccolti presso sorgenti e impianti dell’acqua potabile pubblici di
tutti i Comuni del Canton Vallese. In 89 campioni (6,9%) provenienti da 33 diversi Comuni sono
state misurate concentrazioni di arsenico superiori ai 10 μg/l. Per il Canton Vallese, comunque,
non è stato possibile dimostrare un legame significativo tra la presenza di arsenico nell’acqua
potabile e l’insorgere del cancro (Brüschweiler et al., 2005).
7.1.4 Ripercussioni sulla salute
La tossicità dell’arsenico dipende dalla forma chimica e dallo stato di ossidazione. La tossicità
più alta si riscontra nell’arsina (AsH3), composto volatile. L’arsenito (AS(III)), forma trivalente e
più mobile dell’arsenico, è sostanzialmente più nocivo dell’arseniato (As(V)), forma pentavalente. I composti organici dell’arsenico sono, in genere, molto meno tossici rispetto ai composti inorganici. Nell’acqua potabile, l’arsenico si trova prevalentemente sotto forma di arseniato
(in condizioni ossidanti) e di arsenito (in condizioni riducenti).
In termini di ripercussioni sulla salute, l’arsenico può avere effetti acuti ed effetti cronici. Tra i
sintomi dell’avvelenamento acuto da arsenico figurano vomito, diarrea, insensibilità agli arti,
crampi muscolari e, in casi estremi, morte. Per l’acqua potabile l’intossicazione acuta non
è rilevante. Problematica, invece, è l’assunzione prolungata (cronica) di arsenico mediante il
consumo d’acqua. L’assunzione continua di concentrazioni tra i 50 e i 100 μg/l può causare
iperpigmentazione e lesioni cutanee, vari tipi di cancro (pelle, polmoni, reni, fegato e prostata)
e menomazioni diverse (diabete, aborto, lesioni a carico degli organi, ecc.). Concentrazioni di
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Sommario
arsenico inferiori ai 50 μg/l non hanno, di norma, effetti visibili, ma aumentano nondimeno il
rischio di insorgenza del cancro. L’Agenzia internazionale per la ricerca sul cancro (International Agency for Research on Cancer, IARC) classifica l’arsenico come sostanza di categoria 1
(avente effetti cancerogeni accertati sull’uomo), il che significa che esistono prove sufficienti
della sua cancerogenicità nell’uomo. Si stima che il rischio addizionale di insorgenza del cancro dovuto al consumo giornaliero di acqua potabile con una concentrazione di arsenico pari
a 50 μg/l sia dell’ordine di 1:100 (Smith et al., 1999).
7.2 Uranio
7.2.1 Proprietà
Frazione della specie (in %)
L’uranio è un metallo pesante di origine geogenica naturalmente presente nella crosta terrestre
in numerosi minerali (2,7–3,0 mg/kg). Si trova in particolare sotto forma di minerale accessorio
in rocce magmatiche contenenti silicati (quali il granito). È tra gli elementi più pesanti presenti
in natura e si compone di quattro radioisotopi (con numero di massa 238, 236, 235 e 234).
Tutti gli isotopi emettono radiazioni alfa (attività specifica dell’uranio naturale: 25.6 Bq/mg) e
si caratterizzano per tempi di dimezzamento lunghi, che possono raggiungere i 4,5 miliardi di
anni. Gli isotopi U-238 e U-235 sono nuclidi genitori di due catene di decadimento naturali
(serie del radio e serie dell’attinio), che portano alla formazione di altri elementi radioattivi quali
il radio e il radon. Oltre alla radioattività, l’uranio si distingue per un’elevata reattività e la tendenza a legarsi ad altri elementi formando una molteplicità di composti. La presenza di uranio
nelle acque sotterranee e superficiali è conseguenza del dilavamento di depositi naturali, delle
attività minerarie e della preparazione dei minerali, delle emissioni dell’industria nucleare, della
combustione del carbone e di altri combustibili fossili nonché dell’utilizzo di concimi fosfatici
contenenti uranio. Le alte concentrazioni di uranio nelle acque potabili svizzere sono dovute
primariamente a fenomeni di origine geogenica (Bucheli et al., 2012). Come per l’arsenico, anche nel caso dell’uranio le condizioni redox sono determinanti per la mobilità dell’elemento. In
natura, gli stati di ossidazione +4 e +6 sono stabili. Mentre i composti dell’uranio tetravalente
di origine naturale sono pressoché insolubili, i composti ossidati dell’uranio esavalente si sciolgono bene nell’acqua.
Fig. 2 Speciazione dell’uranio in un sistema acqua-carbonato chiuso
Concentrazione dell’uranio: 28 μg/l; concentrazione del carbonato: 60 mg/l come CO32- (1 mM); senza calcio (a sinistra) e con 20 mg/l di calcio (a destra); grafico creato con Phreeqc (versione 3)
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7.2.2 Sommario
Chimica dell’uranio in ambiente acquatico
L’uranio è diffuso ubiquitariamente nell’ambiente acquatico, ma di norma in concentrazioni ridotte. Concentrazioni elevate si trovano soprattutto in acque sotterranee ossidate e contenenti
carbonati. Là dove il potenziale di riduzione è basso, l’uranio è per lo più immobilizzato (U(IV) insolubile, ad esempio UO2). Responsabile della buona solubilità dell’uranio esavalente è lo ione
uranile [UO2]2+, che forma complessi stabili con una molteplicità di leganti (carbonato, fosfato,
ecc.) e si presenta in svariate specie a seconda del pH e degli ioni presenti. Lo ione (catione)
uranile predomina in ambienti acquatici molto acidi. Mano a mano che il valore pH aumenta, si
formano complessi di uranile a carica neutra o con una o più cariche negative. In acque contenenti carbonati, con pH tra 6 e 12, la speciazione è data da complessi uranile-carbonato (v.
fig. 2). Lo ione uranile forma diversi complessi con svariati altri leganti (fosfato, solfato, cloruro
e fluoruro). Anche certi leganti organici – tra i quali il più importante per l’acqua potabile è la
sostanza organica naturale (Natural Organic Matter, NOM) – possono formare complessi con
l’uranio. Di grande rilevanza sono il calcio e il magnesio, giacché entrambi influenzano la speciazione dell’uranio. Il calcio, in particolare, porta alla formazione dei complessi Ca2UO2(CO3)30
e CaUO2(CO3)32- a pH tra 6 e 10 (v. fig. 2). Tali complessi di ioni alcalino terrosi possono influire
negativamente sul comportamento di absorbimento e adsorbimento dell’uranio. La precisa
conoscenza della specie chimica è dunque fondamentale per valutare i metodi di abbattimento dell’uranio. A titolo di esempio, in figura 2 è rappresentata la speciazione dell’uranio in un
sistema acqua-carbonato chiuso, con e senza calcio.
7.2.3 Uranio nell’acqua potabile in Svizzera
Le concentrazioni di uranio nell’acqua potabile in Svizzera sono in generale molto ridotte.
Ciononostante, a livello locale è possibile riscontrare valori elevati. Tra il 2003 e il 2011, la concentrazione di uranio nell’acqua potabile è stata oggetto di un esteso rilevamento su tutto il
territorio nazionale, che ha visto la raccolta di 5548 campioni (Stalder et al., 2012). Nel 2% dei
campioni – tutti provenienti dal Canton Friburgo, dal Cantone dei Grigioni, dal Canton Ticino
e dal Canton Vallese – sono state osservate concentrazioni di uranio tra i 15 e i 30 μg/l. In sei
Comuni (tutti situati nel Canton Vallese; 0,3% dei campioni) le concentrazioni hanno superato
i 30 μg/l.
7.2.4
Ripercussioni sulla salute
Per valutare il potenziale di rischio dell’uranio per l’organismo, occorre innanzitutto distinguere
tra radiotossicità e chemiotossicità.
La radiotossicità dipende dal decadimento dell’uranio e dalla conseguente emissione di radiazioni alfa. L’esposizione alle radiazioni causate dall’uranio presente nell’acqua contribuisce in
modo assai limitato all’esposizione media totale (BfS, 2009).
Al contrario, la chemiotossicità – dunque la tossicità dovuta all’interazione chimica dell’uranio
assorbito con gli organi e i tessuti del corpo – è ritenuta più grave. L’uranio è una sostanza nefrotossica (ha effetti simili, seppur leggermente più leggeri, a quelli del piombo o del cadmio).
La tossicità dell’uranio dipende sia dalla dose assunta che dalla forma chimica dell’elemento.
Gran parte dell’uranio assorbito viene eliminata attraverso i reni; la parte restante si accumula nei reni o nelle ossa. Un’assunzione massiccia di uranio in un breve lasso di tempo può
provocare gravi lesioni ai reni. Quanto ad un’assunzione prolungata (ad esempio attraverso il
consumo di acqua potabile), al momento non è stato possibile dimostrarne in modo univoco
la nefrotossicità. Sono stati osservati, a ogni modo, accenni di cambiamento della funzione
renale che fanno supporre un’azione tossica di tipo cronico (OMS, 2005; Kurttio et al., 2002).
7.3
Rimozione dell’arsenico e dell’uranio con gli attuali processi di trattamento dell’acqua
L’arsenico e l’uranio sono relativamente difficili da rimuovere con l’impiego dei procedimenti
di potabilizzazione dell’acqua attualmente in uso (v. Procedimenti riconosciuti di preparazione
dell’acqua potabile, opuscolo scaricabile dal sito web dell’USAV). Informazioni dettagliate al
riguardo sono riportate nel documento Regel-Arbeitsblatt W 249 della DVGW.
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7.3.1 Sommario
Arsenico
L’arsenico può essere rimosso, almeno in parte, con i tradizionali procedimenti di trattamento
dell’acqua descritti di seguito. Il processo di precipitazione e flocculazione con sali di ferro o
di alluminio per l’eliminazione delle particelle responsabili della torbidità comporta, in genere,
la simultanea diminuizione dell’arsenico e può essere impiegato come metodo mirato alla sua
rimozione (cap. 13.1.3). Anche il trattamento di deferrizzazione e demanganizzazione possono
avere come effetto secondario la rimozione dell’arsenico, a condizione che l’acqua presenti
un contenuto di ferro sufficientemente alto. In funzione della qualità dell’acqua, possono essere necessari l’aggiunta di ferro (ed eventualmente di un ossidante) e la regolazione del pH.
I processi a membrana – quali la nanofiltrazione o l’osmosi inversa – possono a propria volta
ritenere l’arsenico (cap. 13.1.4). Essi sono utilizzati in primo luogo per la separazione di micro­
organismi (ultrafiltrazione) o sostanze in tracce (nanofiltrazione), per l’addolcimento e/o la dissalazione dell’acqua (osmosi inversa), tuttavia possono avere come effetto collaterale positivo
la rimozione dell’arsenico. Lo stesso può dirsi degli scambiatori di ioni realizzati con gruppi basici forti, i quali eliminano, sì, l’arseniato, ma non mediante un processo selettivo, bensì in pa­
rallelo all’allontanamento degli ioni concorrenti solfato e nitrato. Contrariamente all’arseniato,
l’arsenito non può essere eliminato in modo efficace con membrane e scambiatori di ioni. Va
detto, infine, che altri procedimenti – quali la deacidificazione mediante aerazione o la disinfezione (o bollitura) – non incidono sulla concentrazione di arsenico nell’acqua.
7.3.2 Uranio
I procedimenti elencati di seguito, in uso per la potabilizzazione dell’acqua, sono relativamente
poco efficaci per la rimozione dell’uranio. In linea di principio, ne permettono l’eliminazione,
ma con evidenti svantaggi dal punto di vista delle condizioni di esercizio e dello smaltimento dei materiali filtranti. La filtrazione mirata alla deferrizzazione permette la parziale rimozione dell’uranio in funzione del contenuto di ferro nell’acqua e della concentrazione dell’uranio
stesso, senza garantire, comunque, il rispetto del valore limite. Neanche la flocculazione
(mediante sistemi integrati di flocculazione-filtrazione o flocculazione-sedimentazione) ottiene un’eliminazione completa dell’uranio. L’efficienza del processo dipende soprattutto dalla
concentrazione di uranio, dal valore pH, dalla durezza dell’acqua e dal flocculante utilizzato. I
fanghi prodotti contenenti uranio vanno smaltiti correttamente. I processi a membrana – quali
la nanofiltrazione o l’osmosi inversa – permettono, dal canto proprio, una buona rimozione
dell’uranio dall’acqua, come dettagliatamente illustrato nel capitolo 13.2.2.
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Sommario
8
Procedura per la riduzione delle concentrazioni di arsenico e uranio nell’acqua
La procedura qui descritta è concepita per la riduzione mirata delle concentrazioni di arsenico
e uranio nell’acqua potabile nelle aziende distributrici. Le tecnologie specifiche per la rimozione dell’arsenico e dell’uranio possono eventualmente essere utilizzate in combinazione con gli
impianti esistenti (di addolcimento, regolazione del pH, ecc.). Il modus operandi raccomandato
è rappresentato nella figura 3.
Commenti alla figura 3:
•
Analisi della situazione
In questa prima fase, si procede alla raccolta e all’analisi dei dati a disposizione.
•
Studi preliminari
Qualora i dati disponibili non siano sufficienti, è necessario effettuare misurazioni e/o rilevazioni ad hoc. È possibile, nella fattispecie, che si debbano eseguire misurazioni addizionali per quantificare i livelli di arsenico e uranio nell’acqua potabile. E’ imprescindibile
disporre di una solida base di dati per pianificare adeguatamente le misure da adottare.
•
Scelta del metodo La scelta del metodo dipende in larga misura dalla specifica concentrazione di arsenico e
uranio così come dalla qualità dell’acqua (durezza, pH, ecc.). La scelta di un procedimento ottimale di trattamento dell’acqua avviene, di norma, in collaborazione con il fabbricante
dell’impianto o con uno studio di ingegneri. Il tipo di trattamento dipende, inoltre, dalle
caratteristiche del luogo (condizioni di spazio, bisogno di spazio addizionale, ecc.).
•
Pianificazione degli interventi
Il piano degli interventi per la riduzione delle concentrazioni di As e U nell’acqua potabile
deve includere indicazioni concrete sullo svolgimento del progetto e direttive per la costruzione e manutenzione degli impianti nonché per il controllo dei processi.
•
Realizzazione del progetto
In questa fase, si attuano le disposizioni contenute nel piano degli interventi e si procede
alla messa in esercizio degli impianti per la rimozione dell’arsenico e/o dell’uranio.
•
Monitoraggio dei processi
Il monitoraggio dei processi è assolutamente indispensabile per garantire la fornitura ininterrotta di un’acqua potabile di qualità ineccepibile.
•Manutenzione
La manutenzione degli impianti è necessaria per garantirne un funzionamento sicuro (controllo, revisione, ripristino e riparazione).
I capitoli seguenti illustrano in dettaglio i singoli punti della procedura sopra descritta.
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Sommario
Analisi della situazione
Capitolo 9 e figura 4
Studi preliminari
Capitolo 10
Scelta del metodo
Capitoli 11–13; figura 5
Piano degli interventi
Capitolo 14
Realizzazione del progetto
Monitoraggio e
valutazione dei processi
Capitolo 15
Fig. 3 Diagramma di flusso della procedura raccomandata per la riduzione delle concentrazioni di arsenico e
uranio nell’acqua potabile
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Sommario
9
Analisi della situazione
9.1
Rilevamento dello stato di fatto
Per poter stabilire quale sia l’opzione migliore per il trattamento dell’acqua, è necessario dotarsi di una solida base di dati circa la situazione di partenza (stato di fatto). In sostanza,
occorre verificare se la sorgente/fonte di captazione sia o possa essere utilizzata in ottemperanza alle disposizioni di legge (zona di protezione e concessione), se essa sia rilevante per
l’approvvigionamento idrico di una determinata zona e se il suo sfruttamento sia sostenibile in
un’ottica economica. Una risposta negativa a tali domande rende del tutto superflue una di­
spendiosa raccolta di dati e un’approfondita valutazione dei metodi di trattamento dell’acqua.
Ciò detto, l’analisi della situazione passa innanzitutto per la raccolta dei dati disponibili (misurazioni del laboratorio cantonale e/o delle aziende) sulla qualità dell’acqua e sulle sostanze in
essa contenute (v. tab. 1). Poiché una singola misurazione è raramente rappresentativa, i dati
dovrebbero fare riferimento a rilevamenti compiuti su un ampio periodo di tempo e includere,
oltre a valori di misurazione dell’arsenico e dell’uranio, dati generali relativi alla qualità e composizione dell’acqua. Per giudicare se la base di dati a disposizione sia sufficientemente solida
e completa da permettere una pianificazione ottimale degli impianti, è possibile fare ricorso alla
tabella 1 riportata nel capitolo 10. Essa costituisce una lista di controllo utile a chiarire quali parametri condizionino la pianificazione degli impianti di trattamento dell’acqua, la loro efficienza
e la loro durata. L’acquisizione dei dati sulla qualità dell’acqua dovrebbe avvenire in corrispondenza di tutte le sorgenti captate, al fine di differenziare chiaramente quali di esse eccedano i
valori limite. In caso si facciano confluire le acque di più fonti in una sola linea di approvvigionamento, risulta utile effettuare misurazioni sull’acqua miscelata. In linea di principio, sarebbe
bene compiere misurazioni in corrispondenza del maggior numero possibile di punti nell’intero
sistema idrico (sorgente, opera di captazione, vasca di accumulo, rete di distribuzione), per
stabilire se le concentrazioni varino o meno al suo interno. Per individuare eventuali variazioni
nella rete di distribuzione, andrebbero effettuate misurazioni presso le utenze (punto finale
della rete stessa). Sarebbe opportuno, poi, conoscere la qualità dell’acqua di altre fonti idriche
presenti nella zona, in modo da poter eventualmente prendere in considerazione la possibilità
di diluire l’acqua della fonte primaria o di usare risorse alternative.
Prima di prendere una decisione sulle misure da adottare, oltre al controllo della qualità
dell’acqua, vi sono altri aspetti da chiarire. La stima del fabbisogno idrico della popolazione
cui è destinata l’acqua di una determinata fonte ad esempio, è di grande importanza per il
dimensionamento di un possibile impianto. A tale scopo, è possibile effettuare un primo calcolo approssimativo sulla base del numero degli abitanti e di un consumo presunto di 142 l
d’acqua per persona al giorno. Tale quantità – che non tiene conto dell’acqua erogata ai settori
dell’artigianato, dell’industria e dell’agricoltura – corrisponde al consumo d’acqua medio delle
utenze domestiche in Svizzera, secondo una statistica condotta dalla SSIGA nel 2013. Qualora
esista un piano generale di utilizzazione delle acque, esso può, talvolta, fornire informazioni
dettagliate sull’offerta e sulla domanda dei servizi di approvvigionamento idrico. Naturalmente,
il corretto dimensionamento rientra nelle responsabilità del costruttore dell’impianto; ciononostante lo svolgimento di studi preliminari può essere di grande aiuto. La disponibilità di
spazio è a sua volta un elemento da prendere in considerazione: a seconda delle dimensioni
dell’impianto, si dovrà disporre di più o meno spazio. Il fabbricante dell’impianto è sempre
chiamato a valutare le necessità di spazio e a visitare il luogo di installazione, ma una valuta­
zione preliminare può fornire una prima idea all’esperto. Non bisogna scordare, infine, che siti
di installazione difficilmente accessibili implicano spesso costi supplementari.
La valutazione dei dati di base è il primo passo dell’analisi della situazione. L’intera procedura
è illustrata in figura 4.
9.2
Valutazione dei dati di base
In caso di assenza di misurazioni o in presenza di dati insufficienti o poco affidabili, è doveroso
compiere studi preliminari sulla qualità dell’acqua e sulle concentrazioni di arsenico e uranio.
Per indicazioni dettagliate al riguardo, vedi capitolo 10.
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9.3 Sommario
Valutazione delle concentrazioni di arsenico e/o uranio
Qualora le concentrazioni di arsenico e/o uranio misurate eccedano i valori limite fissati
nell’OSoE, è obbligatorio adottare opportune misure volte alla loro riduzione. La scelta del metodo più idoneo è oggetto del capitolo 11. La figura 5 offre ulteriori suggerimenti.
9.4 Valutazione delle oscillazioni naturali delle concentrazioni
Spesso le concentrazioni delle diverse sostanze nell’acqua non sono costanti, bensì soggette
ad oscillazioni stagionali dovute, ad esempio, alle precipitazioni o alla variazione del tempo
di permanenza nell’acquifero. Di conseguenza, è possibile che una data sostanza, sebbene
ecceda il valore limite in un determinato momento dell’anno, non arrivi a superarlo nell’arco
dell’intero anno. Al fine di appurare se e in quale misura esista un andamento oscillatorio delle
concentrazioni di arsenico e di uranio nell’acqua potabile, è raccomandabile compiere misurazioni in stagioni e in condizioni meteorologiche diverse. Va tenuto conto, inoltre, della possibilità che eventi estremi comportino oscillazioni di breve durata.
La disponibilità di dati misurati su lunghi lassi di tempo (nel migliore dei casi nel corso di interi
anni) consente di valutare i margini di oscillazione delle concentrazioni. Se tutti i valori permangono entro il limite prestabilito e le oscillazioni sono moderate (senza mai eccedere il valore
limite), non sono necessarie azioni correttive.
Qualora, invece, le oscillazioni nell’acqua siano notevoli e possano tradursi in concentrazioni
eccedenti il limite fissato per l’arsenico e l’uranio nell’acqua potabile, è d’obbligo individuare
i punti critici di controllo in base al sistema HACCP (Direttiva W1 della SSIGA) e stabilire, per
ognuno di essi, opportuni valori critici. In via complementare, ove non si abbiano dati certi
sull’oscillazione delle concentrazioni nell’acqua, è possibile adottare un approccio conservativo e stabilire i valori indicativi di 7 µg/l per l’arsenico e 20 µg/l per l’uranio. Se tutte le concentrazioni rilevate mediante misurazione si collocano al di sotto di tali valori, si può essere
relativamente certi che eventuali oscillazioni nell’acqua non comportino il superamento dei
valori limite nell’acqua potabile.
9.5
Definizione di misure correttive
Quando le concentrazioni di arsenico e uranio sono prossime al valore limite o superano i
valori indicativi stabiliti, è consigliabile svolgere controlli periodici sulla qualità dell’acqua. La
frequenza delle misurazioni di routine va fissata in modo da sviluppare, entro circa tre anni, una
base di dati affidabile per la valutazione della qualità dell’acqua.
Se le concentrazioni di arsenico e uranio non eccedono i valori limite, sono soggette ad oscillazioni moderate o permangono entro i valori indicativi, non è necessario intervenire con misure
correttive.
Se, al contrario, si ha un superamento continuo o occasionale dei valori limite, si devono adottare opportune misure correttive (cap. 11–13).
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Sommario
L’uso della fonte di captazione è importante, conforme
alla legge, economicamente
sostenibile?
No
Abbandono della fonte
Si
Si hanno dati significativi
sulla qualità dell’acqua
(arsenico e uranio compresi)?
No
Studi preliminari
Capitolo 10
Si
L’arsenico e l’uranio
rispettano i valori limite?
No
Scelta del metodo
Capitoli 12 e 13; figura 5
Si
È possibile escludere
oscillazioni naturali che
eccedono i valori limite?
Si
No
Le concentrazioni
misurate rientrano
tutte nei valori indicativi
As 7 µg/l e U 20 µg/l?
No
Si
Frequenti controlli di routine
Si
I valori misurati rispettano
tutti i valori limite?
Capitoli 9.4 e 9.5
No
Nessuna misura necessaria
Fig. 4 Diagramma di flusso della procedura di analisi della situazione
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10
Sommario
Studi preliminari
Se non si possiedono dati o se i dati disponibili sono insufficienti o poco affidabili, è necessario svolgere degli studi preliminari. Per poter definire il miglior processo di trattamento
dell’acqua, è essenziale dotarsi di dati di base solidi, non solo sulle concentrazioni dell’arsenico
e dell’uranio, ma anche sulla composizione dell’acqua nel suo complesso e su parametri generici quali pH, conduttività elettrica, ecc. La scelta delle misure da adottare, infatti, dipende in
larga misura dalla qualità dell’acqua. In tabella 1, si riporta una lista dei principali parametri da
misurare e controllare oltre alle concentrazioni di arsenico e uranio.
Parametro
Descrizione
Concentrazione di ossigeno
Informazioni sulle condizioni redox, valutazione dello
stato di ossidazione dell’arsenico e dell’uranio
pH
Valutazione della speciazione dell’arsenico e
dell’uranio
Alcalinità
Valutazione del contenuto di acido carbonico e
bicarbonato disciolti (corrosività dell’acqua),
importante per la speciazione dell’uranio
Durezza totale
Valutazione della composizione dell’acqua con cationi
disciolti Ca2+ e Mg2+, importante per la speciazione
dell’uranio
Conduttività elettrica
Valutazione della composizione dell’acqua (determinata dalle concentrazioni degli ioni principali disciolti)
Cationi principali:
Ca2+, Mg2+, K+, Na+
Valutazione degli effetti sull’adsorbimento
dell’arsenico e dell’uranio e sulla speciazione
dell’uranio
Anioni principali:
HCO3-, Cl-, SO42-, NO3- (H2SiO4)
Valutazione della competizione negli scambiatori
di ioni
Carbonio organico disciolto
Valutazione della competizione negli scambiatori
di ioni
Ferro (Fe) e manganese (Mn)
disciolti
Informazioni sulle condizioni redox e sullo stato
di ossidazione dell’arsenico e dell’uranio
Fosfato
Valutazione della competizione con l’arsenico nei
meccanismi di adsorbimento
Torbidità
Condiziona l’efficienza degli scambiatori di ioni
Tab. 1 Lista di controllo per il rilevamento dei dati
I dati disponibili sulla qualità dell’acqua, raccolti dall’azienda dell’acqua potabile o dal laboratorio cantonale vanno senz’altro raccolti. Se essi costituiscono una base di dati affidabile e
comprendono valori di osservazione per tutti i parametri elencati in tabella 1, non è necessario
svolgere studi preliminari aggiuntivi.
Qualora siano disponibili altre risorse idriche sfruttabili per la produzione di acqua potabile o
per la miscelazione, è importante disporre anche di dati sufficienti sulla composizione di queste
acque e sulle rispettive concentrazioni di arsenico e uranio.
Infine, ove non disponibili, andrebbero acquisite o almeno stimate anche le informazioni circa
la portata della sorgente e il consumo idrico dell’area di distribuzione. Le misurazioni della portata devono tenere conto delle possibili oscillazioni temporanee. La conoscenza o la stima del
consumo idrico della zona è essenziale per il dimensionamento di un impianto di trattamento
dell’acqua.
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Sommario
11 Strategie per far fronte a concentrazioni eccessive di As e U nell’acqua
11.1 Possibili soluzioni
Fondamentalmente, per far fronte al problema di livelli eccessivi di arsenico e uranio nell’acqua,
le opzioni a disposizione sono due: la valutazione di risorse idriche alternative (cap. 12) e il
trattamento delle acque delle fonti di approvvigionamento in uso mediante impianti di abbattimento (rimozione) di As e U (cap. 13). La valutazione di sorgenti alternative potenzialmente
sfruttabili fa parte del sistema (regionale) di gestione delle acque e consente, in determinate
circostanze, di adottare misure tecnicamente più semplici ed economicamente più convenienti, quali l’utilizzazione diretta di fonti di approvvigionamento più idonee o la miscelazione delle
acque troppo contaminate con acque contenenti quantità inferiori di arsenico e uranio allo
scopo di ridurre le concentrazioni totali. Come mostrato in figura 5, la valutazione di risorse
idriche alternative dovrebbe costituire il primo passo (v. cap. 12 per maggiori dettagli). Se tale
valutazione non dà risultati favorevoli, la seconda opzione è l’abbattimento dell’arsenico e/o
dell’uranio nell’acqua potabile. In questo caso, per scegliere una soluzione ottimale, occorre
innanzitutto chiarire se l’acqua contenga solo arsenico, solo uranio o entrambi gli elementi
(v. cap. 13).
11.2 Scelta del procedimento in caso di concentrazioni di uranio entro i limiti
Anche qualora la concentrazione di uranio non ecceda il valore limite, essa va sempre tenuta presente nella scelta del procedimento di rimozione selettiva dell’arsenico. Uno studio
di ricerca compiuto dall’Eawag (Borer et al., 2015) ha mostrato come un filtro a letto fisso a
base di (idr)ossido di ferro trattenga non solo l’arsenico, ma anche l’uranio, specialmente nelle
acque dolci. Ciò può tradursi nell’accumulo dell’uranio in specifici impianti per la rimozione
dell’arsenico, con la conseguente produzione di materiale radioattivo che occorre avviare, poi,
ad un corretto smaltimento. Per questo, nel caso in cui le concentrazioni di uranio, seppur
moderate, possano avere come risultato un accumulo significativo dell’elemento nel materiale
filtrante, è bene prendere in considerazione l’installazione a monte di un impianto di rimozione
selettiva dell’uranio (v. cap. 13.3).
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Sommario
Si
Abbandono della fonte /
della captazione
Si
Diluizione dell’acqua potabile
con acqua priva di As e/o U
Capitolo 12
È possibile utilizzare
un’altra fonte idrica?
No
È possibile diluire l’acqua?
No
Si
Trattamento combinato
Solo l’arsenico*
Trattamento specifico
per l’arsenico
Solo l’uranio
Trattamento specifico
per l’uranio
Capitolo 13
L’arsenico e l’uranio
superano il valore limite?
* S
e l’uranio è presente in concentrazioni tali da far prevedere un accumulo dell’elemento in impianti di filtrazione
per la rimozione dell’arsenico, si consultino le raccomandazioni sul trattamento combinato (cap. 13.3).
Fig. 5 Diagramma di flusso della procedura di scelta del procedimento
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Sommario
Valutazione di risorse idriche alternative
In determinate circostanze, l’utilizzo di fonti di approvvigionamento di acqua alternative caratterizzate da minori concentrazioni di sostanze di origine geogenica, permette di evitare il
ricorso a impianti di trattamento dell’acqua. Un tale approccio può rivelarsi meno costoso e
dispendioso rispetto al trattamento e va, dunque, sempre preso in esame. Per valutare correttamente la fattibilità del progetto, occorre disporre di dati di base solidi.
12.1
Abbandono di una fonte e sfruttamento di nuove risorse
In caso si decida di abbandonare definitivamente una fonte e iniziare a sfruttare nuove risorse caratterizzate da una minore concentrazione di sostanze di origine geogenica, bisogna
accertarsi che queste dispongano di quantitativi d’acqua sufficienti a garantire la sicurezza
dell’approvvigionamento idrico. In alternativa, si può optare per uno sfruttamento più intenso
di fonti idonee già in uso – sempre nel rispetto della loro capacità di portata naturale – o per un
maggior utilizzo dell’acqua potabile di altre reti (principio dell’interconnessione intelligente). Lo
sfruttamento di una nuova sorgente e l’allacciamento a una rete diversa possono comportare
costi elevati legati all’eventuale necessità di realizzare nuove infrastrutture (condotte, serbatoi,
ecc.). Un aumento dei costi di esercizio può derivare, poi, dalla necessità di pompare l’acqua
fino a località di distribuzione che si trovano a quote più alte rispetto alla fonte.
12.2 Uso stagionale
Se il superamento dei valori limite è circoscritto a specifici periodi dell’anno, si può valutare
la possibilità di fare un uso stagionale della captazione in questione. Tale soluzione, tuttavia,
può essere presa in considerazione solo ed esclusivamente se si hanno dati sufficienti circa la
dinamica delle concentrazioni. Nei periodi di non utilizzo della fonte, l’acqua potrebbe essere
prelevata da risorse idriche alternative (come illustrato nel cap. 12.1) o miscelata / diluita con
l’acqua di sorgenti diverse a basso contenuto di arsenico e/o uranio (cap. 12.3). Un’altra possibilità sarebbe sottoporre l’acqua a trattamento solo nei periodi in cui si prevede un superamento dei valori limite (sempre che si conosca la dinamica delle concentrazioni).
12.3 Diluizione / miscelazione
La diluizione o miscelazione di acque ad alto contenuto di arsenico e/o uranio con altre che ne
sono prive può essere un modo economico di garantire il rispetto dei valori dettati dalla legge.
Tale soluzione, tuttavia, è ragionevole solo se le concentrazioni di arsenico e uranio eccedono
i valori limite in misura moderata, giacché in caso contrario si renderebbero necessari ingenti
volumi di acque con concentrazioni ridotte dei due elementi. Le acque destinate alla diluizione
o miscelazione dovrebbero, inoltre, caratterizzarsi per una composizione chimica abbastanza
simile, onde evitare problemi di corrosione nella rete di distribuzione (cfr. Direttiva W4 della
SSIGA, Nota tematica 5, e Foglio di lavoro W 216 della DVGW).
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13
Sommario
Rimozione dell’arsenico e dell’uranio
Quando per ragioni tecniche o economiche non è possibile ricorrere a risorse idriche alternative, bisogna prendere in esame l’opzione del trattamento dell’acqua. Poiché l’arsenico e
l’uranio possiedono proprietà chimiche differenti, è necessario impiegare procedimenti di trattamento dell’acqua diversi (fig. 5). Ove entrambe le sostanze siano presenti in concentrazioni
eccessive, la scelta migliore è un sistema di trattamento a due stadi (cap. 13.3).
13.1 Possibili metodi di rimozione dell’arsenico
Tra i metodi più usati per la rimozione (abbattimento) dell’arsenico dall’acqua potabile, figura
innanzitutto l’adsorbimento dei composti di arsenico su (idr)ossidi di metallo, i quali possono trovare impiego come mezzi adsorbenti solidi (in letti filtranti) o prodotti di reazione dopo
l’addizione di flocculanti (sali). I processi a membrana e gli scambiatori di ioni sono altri possibili
metodi. A seconda dello stato di ossidazione in cui si trova l’arsenico, può essere necessario
un pretrattamento con agenti ossidanti. Se oltre all’arsenico l’acqua contiene anche considerevoli concentrazioni di uranio (entro il valore limite), si raccomanda di consultare il capitolo 13.3.
Qualora l’acqua si caratterizzi per condizioni ossidanti (sia, dunque, ricca di ossigeno), si può
presumere che l’arsenico sia presente soprattutto in forma ossidata (As(V)) e che il passaggio
preliminare dell’ossidazione possa essere saltato.
13.1.1 Pretrattamento: ossidazione dell’arsenito
A pH inferiore a 9.2, l’arsenito si trova primariamente sotto forma di specie con carica neutra,
per propria natura scarsamente propensa all’adsorbimento su (idr)ossidi di metallo. Per tale
ragione, esso va sottoposto innanzitutto ad un pretrattamento di ossidazione. Il processo di
ossidazione da arsenito ad arseniato non assicura l’eliminazione dell’arsenico e deve sempre
essere seguito da un procedimento quale l’adsorbimento o la flocculazione. Per l’ossidazione
di As(III) è possibile utilizzare gli ossidanti tradizionali elencati di seguito.
•Cloro
Il cloro può essere somministrato in forma gassosa (Cl2) oppure – soluzione più agevole
negli impianti di piccole dimensioni – quale soluzione di ipoclorito o ipoclorito ottenuto per
elettrolisi. Il dosaggio dipende fondamentalmente dalla presenza di altre sostanze ridotte.
Tra i vantaggi dell’utilizzo del cloro vanno citati la rapida ossidazione dell’arsenico e i costi
relativamente bassi. Bisogna tenere conto, però, anche dei potenziali rischi: il cloro va
maneggiato con grande cautela e stoccato in condizioni di sicurezza. L’impiego del cloro
può, inoltre, causare la formazione di sottoprodotti indesiderati nell’acqua potabile, soprattutto in caso di dosaggio sbagliato e di un’alta concentrazione di sostanza organica
naturale (Natural Organic Matter, NOM).
•Ozono
Tra gli ossidanti tradizionalmente usati per la preparazione dell’acqua, l’ozono è senz’altro
quello più potente e di più rapida azione, ma è anche tra i più cari. Il sistema è sostanzialmente inadeguato agli impianti più piccoli per ragioni di sicurezza.
•Permanganato
Il permanganato (comunemente utilizzato nei procedimenti di abbattimento di ferro e manganese) trova a propria volta impiego nell’ossidazione dell’arsenito. Il procedimento non
comporta la formazione di sottoprodotti indesiderati grazie alla rapida trasformazione di
As(III) in As(V). Il permanganato è, tuttavia, difficile da manipolare, è relativamente costoso
e causa la formazione di particelle di MnO2 che vanno poi eliminate mediante filtrazione.
Una dose eccessiva di permanganato può avere come risultato la colorazione dell’acqua.
•
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Ossigeno, Fe(II), ferro metallico e H2O2
Presi da soli e in concentrazioni ridotte, l’ossigeno e il perossido di idrogeno (H2O2) non
causano l’ossidazione di As(III). In combinazione con Fe(II) e Fe0, invece, comportano
l’ossidazione dell’arsenito e il legame dell’arseniato alle fasi di (idr)ossido di ferro risultanti.
Tali procedimenti, tuttavia, non sono ancora idonei all’applicazione in impianti per l’acqua
potabile.
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Sommario
13.1.2 Adsorbimento in filtri a letto fisso
I procedimenti di adsorbimento in impianti a letto fisso sono adatti alla rimozione delle sostanze in tracce dall’acqua potabile e costituiscono, di fatto, un metodo molto diffuso. Se correttamente realizzati, gli impianti di questo tipo si caratterizzano per una lunga vita utile, una grande
sicurezza di funzionamento e costi di manutenzione ridotti. Per la rimozione dell’arsenico si
ricorre in genere a materiali adsorbenti granulari a base di (idr)ossidi di metallo. I più comuni
sono l’idrossido ferrico, l’allumina attiva rivestita di ferro e l’allumina attiva granulare. Nella
pratica si sono affermati in particolare gli (idr)ossidi di ferro, che rispetto agli ossidi di alluminio presentano un più elevato potere adsorbente in un campo di valori pH più ampio. Durante
il processo, le zone di adsorbimento sul materiale filtrante si vanno saturando. Prima che la
concentrazione di arsenico in uscita raggiunga il valore limite, il materiale del filtro a letto fisso
va sostituito. La frequenza della sostituzione dipende dal dimensionamento dell’impianto e
dalla concentrazione di arsenico nell’acqua e viene calcolato con precisione dal fabbricante
dell’impianto.
La capacità massima di adsorbimento dipende dalle proprietà dell’adsorbente (superficie specifica, struttura minerale, ecc.) e dai parametri dell’acqua. Valori pH elevati e grandi concentrazioni di anioni concorrenti (ad esempio fosfati) riducono la vita utile dei filtri adsorbenti. Un
tipico impianto a letto fisso a idrossido ferrico granulare è, di norma, realizzato in modo tale
da garantire una velocità di filtrazione da 5 a 15 m/h e un tempo di contatto nel letto di oltre 3
minuti (da 3 a 10 minuti) (Foglio di lavoro W 249 della DVGW). In queste condizioni, con concentrazioni di arsenico nell’acqua comprese tra i 10 e i 50 μg/l, tenori ridotti di fosfati e silicati
e pH inferiore a 8, si possono raggiungere quantità adsorbite pari a 1–10 g di arsenico per kg
di adsorbente secco.
Uno studio di ricerca compiuto dall’Eawag (Borer et al., 2015) ha messo in luce come i mezzi
adsorbenti tradizionalmente a disposizione (quali l’idrossido ferrico granulare o il Bayoxide
E33) permettano di trattare circa 40 000–50 000 BV d’acqua dolce (durezza totale: 6.2 °f) prima
che la concentrazione di arsenico in uscita (concentrazione di arsenico in entrata: 40 – 50 μg/l)
superi il valore limite di 10 μg/l.
Attualmente sono in commercio molteplici mezzi adsorbenti che trovano impiego in tutto il
mondo. La scelta cade sull’uno o sull’altro a seconda della composizione dell’acqua. Il dimensionamento dell’impianto e la scelta dell’adsorbente più idoneo sono di responsabilità del
fabbricante. Il costo degli (idr)ossidi di ferro va dai 6 ai 12 franchi al chilo.
13.1.3 Precipitazione e flocculazione
L’aggiunta di opportuni flocculanti, in particolar modo sali di ferro e alluminio, permette
un’efficace rimozione dell’arsenico dall’acqua potabile. Oltre all’arsenico, questo procedimento elimina anche altre sostanze disciolte nell’acqua, come ferro, manganese, fluoruri e fosfati.
Durante la flocculazione, l’arsenico è rimosso in tre modi: (1) precipitazione (formazione di composti insolubili di arsenico con ferro o alluminio); (2) coprecipitazione (adesione dell’arsenico a
ossidi di ferro o di alluminio precipitanti); e (3) adsorbimento (adesione dell’arsenico disciolto a
ossidi di metallo precipitati). L’eliminazione dei precipitati avviene a mezzo di sedimentazione
e filtrazione o semplicemente per filtrazione (flocculo-filtrazione). In un’ottica impiantistica, ciò
si traduce nella progettazione e installazione di un’adeguata vasca per la sedimentazione e
l’addizione dei flocculanti, nonché di un impianto di filtrazione (filtro a sabbia rapido).
Il dosaggio del flocculante dipende dalla composizione dell’acqua, e in special modo dalle concentrazioni di arsenico e fosfati e dal pH. In linea di massima, si può dire che la concentrazio­ne
molare del ferro o dell’alluminio dovrebbe corrispondere almeno a 10–30 volte la concentrazione molare dell’arsenico. Tipicamente, il dosaggio di sali di ferro o di alluminio va da 0,6 a
12 mg/l. Alte concentrazioni di ioni concorrenti (ad esempio fosfati o silicati) possono rendere
necessarie dosaggi maggiori. Nella pratica, i sali di ferro hanno mostrato prestazioni migliori
rispetto ai sali di alluminio.
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13.1.4 Processo a membrana
Come accennato nel capitolo 7.3.1, le membrane sintetiche polimeriche utilizzate nei processi
di nanofiltrazione e osmosi inversa possono essere usate anche per la rimozione dell’arsenico
dall’acqua potabile. Una membrana trattiene tutte le sostanze di dimensioni maggiori del dia­
metro effettivo dei pori. Sia la nanofiltrazione che l’osmosi inversa – entrambi processi ad alta
pressione – sono idonee all’abbattimento dell’arsenico. L’osmosi inversa è adeguata alla rimozione sia dell’arseniato che dell’arsenito.
Siccome l’acqua deve essere fatta passare attraverso la membrana ad alta pressione, questo metodo di abbattimento dell’arsenico risulta più costoso rispetto ai procedimenti sopra
descritti (adsorbimento e flocculazione). Inoltre, giacché trattiene anche altre sostanze, il processo a membrana modifica profondamente la composizione chimica dell’acqua, con il conseguente rischio di un aumento della corrosività dell’acqua depurata. Una membrana, infine,
tende a sporcarsi facilmente, ad esempio quando nell’acqua sono presenti grandi quantità di
sostanza organica.
13.1.5 Scambio ionico
Le resine anioniche caratterizzate da gruppi basici forti possono trovare impiego nella rimozione dell’arsenico. Il principio di funzionamento si fonda sullo scambio dell’arsenico (sotto forma
di arseniato) con anioni aventi densità di carica simile (spesso cloruri). A seconda della composizione dell’acqua, con il metodo dello scambio ionico è possibile trattare da 300 a 60 000 BV.
Va detto, però, che questo procedimento non consente l’eliminazione di As(III) e che certe sostanze contenute nell’acqua (solfati, nitrati, Fe(III), solidi disciolti) possono limitare ampiamente
l’efficienza del processo. Ciò vale in modo particolare per i solfati, tanto è vero che conviene
prendere in considerazione lo scambio ionico per l’eliminazione dell’arsenico solo in presenza
di concentrazioni di solfati inferiori a 25 mg/l.
13.2 Possibili metodi di rimozione dell’uranio
Nella maggior parte dei casi, l’eliminazione dell’uranio avviene per mezzo di scambiatori di
ioni. Il vantaggio principale è la possibilità di rigenerare le resine sature di uranio, operazione
compiuta, di norma, dal fabbricante dell’impianto. Le resine possono essere rigenerate fino a
6 –7 volte.
In linea teorica, la rimozione dell’uranio dall’acqua può essere realizzata anche con procedimenti diversi (membrana, flocculazione, adsorbimento), i quali esigono, però, un successivo
smaltimento dei solidi o fanghi radioattivi difficilmente rigenerabili risultanti dal processo.
13.2.1 Scambio ionico
Il metodo più ampiamente utilizzato per la rimozione selettiva dell’uranio è lo scambio ionico con resine anioniche caratterizzate da gruppi basici. Impianti di questo tipo permettono
l’eliminazione sicura e completa dell’uranio persino da acque con concentrazioni superiori a
100 μg/l. In funzione della composizione dell’acqua, la durata di uno scambiatore di ioni può
andare dai 50 000 ai 300 000 BV (Foglio di lavoro W 249 della DVGW). In condizioni favorevoli,
la quantità ritenuta può raggiungere i 10–30 g di uranio per kg di resina. Poiché un impianto
a scambio ionico attua una rimozione selettiva dell’uranio, esso non altera profondamente la
composizione dell’acqua. Non richiede, inoltre, l’impiego di sostanze chimiche aggiuntive e,
diversamente da altri procedimenti (adsorbimento, membrana, precipitazione), non produce
rifiuti contenenti uranio difficilmente rigenerabili. L’apparecchiatura ha un funzionamento semplice e stabile e necessita solo di controlli di routine (perdita di pressione nello scambiatore di
ioni, concentrazioni di uranio in uscita).
L’altezza del letto di resina è, di norma, pari a 1–2 m. Poiché il processo di scambio è rapido,
il recipiente può essere dimensionato per velocità a letto vuoto da 10 a 50 m/h. In funzione
dell’altezza del letto, ciò suppone una portata specifica da 5 a 50 BV all’ora (Foglio di lavoro
W 249 della DVGW).
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Sommario
A garanzia di un corretto funzionamento dello scambiatore di ioni, il flusso in entrata dovrebbe
presentare le qualità fisico – chimiche proprie dell’acqua potabile. In particolare, si dovrebbe
assolutamente evitare una separazione della calcite nello scambiatore. In impianti con velocità
a letto vuoto elevate (superiori a 20 m/h), la torbidità dell’acqua dovrebbe essere inferiore a
0.1 FNU (Formazine Nephelometric Unit) e il contenuto di ferro e manganese dovrebbe essere
minore di 0,01 mg/l (Foglio di lavoro W 249 della DVGW).
La quantità massima di Uranio ritenuta nella resina e, pertanto, la durata dell’impianto dipendono fondamentalmente dalla composizione dell’acqua. Oltre che dalla concentrazione di uranio nell’acqua, la capacità di adsorbimento dello scambiatore di ioni è condizionata dal valore
pH e dalle concentrazioni di DOC, solfati, calcio, magnesio e carbonati. I solfati competono direttamente con l’uranio per lo scambio ionico, mentre calcio, magnesio e carbonati modificano
la speciazione dell’uranio in modo tale da rendere impossibile o difficoltoso lo scambio di ioni.
Poiché l’uranio è un elemento radioattivo, l’utilizzo di impianti per la sua rimozione deve adempiere alle disposizioni della Legge sulla radioprotezione e dell’Ordinanza sulla radioprotezione.
Per maggiori informazioni sulla problematica della radioattività negli impianti di filtrazione, vedi
capitoli 15 e 16.
13.2.2 Processo a membrana
La nanofiltrazione e l’osmosi inversa sono procedimenti adatti alla rimozione pressoché completa dell’uranio dall’acqua potabile. Il grado di efficienza dipende dal tipo di membrana utilizzato e può essere ben superiore al 95%. Poiché il principio di funzionamento si fonda sulla
ritenzione di tutte le sostanze più grandi dei pori della membrana, il processo di eliminazione
non è selettivo. Ciò comporta la rimozione di componenti fondamentali quali cloruri, solfati,
calcio, magnesio, ecc., in quantità che – a seconda della specifica membrana utilizzata – vanno
dal 45 al 100%. Ciò implica una profonda alterazione della composizione chimica dell’acqua.
Il processo a membrana produce scarti quali l’acqua di lavaggio contenente uranio ed eventual­
mente membrane contaminate, entrambi aspetti da chiarire nel dettaglio.
13.2.3 Altri procedimenti
Flocculazione e precipitazione
In linea di principio, la rimozione dell’uranio mediante flocculazione e filtrazione e/o sedimentazione è possibile. Studi condotti in Germania (DVGW, 2009, Schlussbericht zum Verbundprojekt Uranentfernung in der Trinkwasseraufbereitung) hanno mostrato come flocculanti a
base di soluzioni di polialluminio siano più idonei allo scopo rispetto a soluzioni a base di sali
di ferro. Un pH basso nell’acqua, d’altro canto, favorisce la separazione dell’uranio. Se non si
abbassa il pH in acque a durezza media o elevata, è difficile che l’uranio possa essere rimosso
mediante flocculazione. A ogni modo, si dovrebbe optare per il metodo della flocculazione /
precipitazione solo se si hanno già gli impianti adeguati (filtri, vasche di sedimentazione, filtri
rapidi a sabbia, ecc.). Bisogna avere cura, inoltre, di garantire lo smaltimento a norma dei fanghi contenenti uranio.
Adsorbimento su (idr)ossidi di ferro
In alternativa alle resine a scambio ionico, per la rimozione dell’uranio è possibile ricorrere –
almeno a livello teorico – ad (idr)ossidi di metalli solidi. Il loro impiego risulta comunque problematico, in quanto la composizione dell’acqua incide fortemente sulla capacità del sistema.
Studi condotti in Germania hanno mostrato come impianti di questo tipo, se utilizzati per il trattamento di acque dure, si caratterizzino per una durata molto ridotta e una capacità massima
di adsorbimento dell’uranio sostanzialmente inferiore agli scambiatori di ioni. In caso di acque
dolci, invece, la capacità di adsorbimento è maggiore (studio dell’Eawag, 2013/14). Minori
quantità adsorbibili implicano una vita utile dell’impianto più corta e una maggiore necessità
di materiale filtrante, la cui rigenerazione, per altro, è difficile o del tutto impossibile. Lo smaltimento dei residui radioattivi richiede sempre una speciale attenzione (v. cap. 16.1).
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13.3 Sommario
Sistema a due stadi per la rimozione dell’arsenico e dell’uranio
Qualora sia la concentrazione di arsenico che quella di uranio eccedano i valori limite, o le alte
concentrazioni di arsenico si accompagnino a valori di uranio in grado di causare un accumulo
significativo dell’elemento durante il trattamento dell’acqua (aspetto, questo, da chiarire con
il fabbricante dell’impianto), è consigliabile dotarsi di un sistema di trattamento dell’acqua a
due stadi. Un tale impianto si compone, di norma, di uno scambiatore di ioni per l’eliminazione
selettiva dell’uranio, seguito da un filtro a letto fisso a base di (idr)ossidi di ferro per la rimozio­
ne dell’arsenico. La rigenerazione della resina a scambio ionico satura di uranio va sempre
affidata ad un’azienda autorizzata e i residui contenenti uranio possono essere riutilizzati, ad
esempio, nell’industria nucleare. Un doppio stadio di trattamento dell’acqua evita la produzione di residui radioattivi che dovrebbero essere avviati ad un costoso smaltimento dei rifiuti.
Quando è probabile che il trattamento comporti la formazione di residui ad alto contenuto sia
di arsenico che di uranio, è bene evitare procedimenti monostadio quali filtri a letto fisso a base
di (idr)ossidi di ferro o processi a membrana. Come illustrato nel capitolo 11.2, un impianto di
adsorbimento dell’arsenico su (idr)ossidi di ferro – per fare un esempio – può, in determinate
circostanze (acqua dolce), rimuovere contemporaneamente anche ingenti quantità di uranio.
La scelta di un sistema a uno o due stadi andrebbe discussa con il fabbricante dell’impianto e
la questione dello smaltimento o riciclaggio dei residui dovrebbe essere chiarita già nella fase
iniziale del progetto.
Una possibile alternativa per la rimozione dell’arsenico da acque contenenti anche uranio
(sempre entro il valore limite) è l’impiego di un precipitante (ad esempio sali di Fe(II) o Fe(III))
seguito da filtrazione (a sabbia). Prove di laboratorio hanno mostrato (Borer et al., 2015) come
un processo basato sulla precipitazione dell’arsenico per aggiunta di Fe(II) in dosi di 0,5–2 mg/l
e sulla successiva filtrazione comporti la rimozione dell’arsenico dall’acqua senza una sostanziale ritenzione dell’uranio. Tuttavia, prima di poter raccomandare la precipitazione con sali
di ferro unita a filtrazione rapida a sabbia quale semplice metodo per la rimozione selettiva
dell’arsenico in presenza di uranio, sono necessarie esperienze su larga scala. Se si verificasse
che, nonostante la scarsa affinità, l’uranio si accumula nel filtro a sabbia o nei fanghi, andrebbe
chiarita la questione del trattamento e dello smaltimento del materiale risultante. Vanno analizzati, inoltre, il dimensionamento del filtro rapido a sabbia e altri aspetti funzionali (durata del
filtro, efficienza della rimozione delle particelle, controlavaggio, eventuale correzione del pH
dopo l’immissione dei sali di ferro, ecc.).
13.4 Scelta di un procedimento ottimale
Non esiste un metodo universale di eliminazione dell’arsenico e dell’uranio. Il procedimento
migliore è quello di volta in volta più adeguato alla qualità chimica dell’acqua, che deve essere
appurata mediante studi preliminari sui parametri generali.
La scelta dell’impianto e del dimensionamento più idonei andrebbe affidata ad esperti (fabbricanti di impianti di provata esperienza, studi di ingegneri, ecc.). In linea di principio, si consiglia
di fare riferimento al riquadro 1, nel quale sono riportate raccomandazioni specifiche per la
realtà svizzera. In caso di elevati valori di arsenico, è preferibile, soprattutto per le aziende
dell’acqua potabile di piccole dimensioni, l’adozione di impianti a letto fisso a base di (idr)ossidi di ferro. La precipitazione con Fe(II) e Fe(III) è un’opzione valida per le aziende più grandi
e per situazioni particolari. In caso di elevati valori di uranio, la soluzione più opportuna è uno
scambiatore di ioni. Qualora l’acqua da trattare presenti alte concentrazioni sia di arsenico che
di uranio (per quest’ultimo non necessariamente al di sopra del valore limite), è bene dotarsi di
un sistema a due stadi (scambiatore di ioni e letto filtrante di (idr)ossidi di ferro). L’UFSP elenca
tra i procedimenti di trattamento dell’acqua potabile riconosciuti e ammessi in Svizzera l’uso di
ossidi di ferro e alluminio, la filtrazione, l’ossidazione (clorazione, ozonizzazione) e lo scambio
ionico.
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Sommario
In Svizzera, le acque che presentano alte concentrazioni di arsenico e/o uranio sono, di
norma, ricche di ossigeno. Non richiedono dunque la pre-ossidazione dell’arsenito, visto
che l’arsenico in esse contenuto si trova già in forma pentavalente (arseniato). Nei cantoni
di montagna interessati dalla problematica, l’acqua è prevalentemente dolce. Gli impianti
di filtrazione a base di (idr)ossidi di ferro, di conseguenza, adsorbono relativamente bene
anche l’uranio. Per evitare problemi tecnici di smaltimento dei materiali, si tenga conto del
seguente schema:
Acqua dolce
Acqua dura
Arsenico > VL
Uranio > VL
Scambiatore di ioni seguito
da filtro a (idr)ossido di ferro
Scambiatore di ioni seguito
da filtro a (idr)ossido di ferro
Arsenico > VL
Uranio < VL,
ma con possibile
accumulo nel filtro
Scambiatore di ioni seguito
da filtro a (idr)ossido di ferro
(ev. precipitazione selettiva di
As*)
Impianto di filtrazione a
(idr)ossido di ferro*
(ev. precipitazione selettiva di
As*)
Arsenico > VL
Uranio < VL, nessun
accumulo nel filtro
Impianto di filtrazione a
(idr)ossido di ferro
Impianto di filtrazione a
(idr)ossido di ferro
Arsenico < VL
Uranio > VL
Scambiatore di ioni
Scambiatore di ioni
* In caso non si preveda l’accumulo indesiderato di uranio in questa fase del processo né la conseguente
formazione di rifiuti contenenti uranio difficilmente rigenerabili.
Riquadro 1 Raccomandazioni per la scelta del procedimento in Svizzera
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14 Sommario
Pianificazione degli interventi
L’analisi della situazione e gli studi preliminari sulla qualità chimica dell’acqua, così come la
raccolta di dati relativi alle risorse idriche disponibili, al fabbisogno idrico, alle possibilità di
ampliamento dell’infrastruttura esistente e ai costi previsti, sono tutti aspetti fondamentali per
la valutazione delle misure da adottare. I Comuni interessati possono definire in collaborazio­
ne con studi di ingegneria, progettisti e costruttori di impianti le misure da intraprendere nel
quadro del sistema regionale di gestione delle acque (sfruttamento di fonti di approvvigio­
namento alternative, miscelazione con acque aventi concentrazioni di arsenico e/o uranio
inferiori) oppure prendere in considerazione l’impiego di impianti di trattamento dell’acqua.
Se ci si orienta verso il trattamento dell’acqua, è bene osservare i punti elencati di seguito, da
discutere e concertare con i fabbricanti degli impianti (tab. 2).
Lista di controllo: Aspetti da chiarire per la costruzione dell’impianto
Tipo di impianto e dimensionamento
Finanziamento
Monitoraggio
Smaltimento / riciclaggio dei materiali filtranti e dei residui
Trasporto dei materiali filtranti e dei residui
Istruzione del personale operativo
Radioprotezione (analisi isotopica)
Tab. 2 Lista di controllo dei punti da chiarire con il fabbricante dell’impianto
Commenti alla tabella 2:
•
Tipo di impianto e dimensionamento
La scelta di un sistema a uno o due stadi e il dimensionamento dei singoli stadi dipende in
larga misura dalla qualità dell’acqua e dalle concentrazioni di uranio e arsenico. Va trattata,
inoltre, la questione delle condizioni logistiche e dell’eventuale necessità di spazi aggiuntivi (adeguamento dell’infrastruttura).
•
Finanziamento I costi di costruzione, manutenzione ed esercizio degli impianti vanno chiariti con i rispettivi costruttori.
•
Monitoraggio Le concentrazioni di arsenico e uranio in uscita dall’impianto vanno sottoposte a controlli
periodici. Quanto più tali concentrazioni si avvicinano al valore limite, tanto maggiore deve
essere la frequenza dei controlli. Deve essere monitorata anche la pressione idraulica
dell’impianto di filtrazione, al fine di assicurarne il perfetto funzionamento (per maggiori
dettagli, v. cap. 15).
•Smaltimento
Il tema dello smaltimento o riciclaggio dei materiali filtranti saturi va discusso nel dettaglio
con i fabbricanti degli impianti e con le imprese, nazionali ed eventualmente estere, autorizzate a prenderli in consegna. Per i materiali o i residui contenenti uranio da inviare
all’estero per la rigenerazione è necessaria un’autorizzazione dell’UFSP. Occorre chiarire a
chi spetta la richiesta della domanda di autorizzazione presso l’UFSP (v. anche cap. 16).
•Trasporto
L’aspetto del trasporto di materiali filtranti saturi destinati alla rigenerazione (uranio) e/o di
rifiuti speciali (arsenico) nel territorio nazionale va trattato in via preliminare con i fabbricanti degli impianti e con le imprese autorizzate (v. cap. 16).
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Sommario
•Istruzione
Di norma, i controlli e i lavori di manutenzione agli impianti sono di competenza dei fabbricanti. Va chiarito, a ogni modo, se il personale operativo debba farsi carico di compiti di
manutenzione soggetti ad autorizzazione. La priorità, in questo ambito, è la protezione
delle persone. In particolare, nel caso di impianti per la rimozione dell’uranio (radioattività),
bisogna affidare esclusivamente a personale addestrato gli interventi di manutenzione che
comportano un alto rischio di esposizione alle radiazioni ionizzanti (ad esempio, la sostituzione delle resine a scambio ionico contenenti uranio). Nel campo della sicurezza sul luogo
di lavoro e delle misure da adottare per ridurre l’esposizione del personale alle radiazioni
ionizzanti, la SUVA può fornire informazioni utili.
•
Radioprotezione / analisi isotopica (solo in caso di impianti per la rimozione dell’uranio)
L’uranio decade in altri nuclidi radioattivi (radio, radon) che, seppur presenti in genere in
concentrazioni ridotte, emettono radiazioni più forti rispetto all’uranio naturale. Per stimare
l’esposizione totale alle radiazioni è utile compiere un’analisi dei nuclidi presenti nel materiale filtrante saturo. Anche questa problematica andrebbe discussa con il fabbricante
dell’impianto (v. anche cap. 15.3).
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Sommario
Esercizio e manutenzione degli impianti di miscelazione e filtrazione
I procedimenti per la riduzione delle concentrazioni di arsenico e/o uranio nell’acqua potabile
comprendono passaggi che vanno sorvegliati secondo i principi del sistema HACCP mediante il
monitoraggio continuo o quasi continuo di opportuni parametri (v. cap. 6.2). Poiché il contenuto
di arsenico o uranio non può essere monitorato in continuo, è necessario combinare misurazioni
continue della portata dell’acqua in entrata all’impianto con misurazioni periodiche della concentrazione di arsenico e/o uranio.
15.1
Esercizio di un impianto di miscelazione
15.1.1 Regolazione del rapporto di miscelazione
Il rapporto di miscelazione dipende dalle concentrazioni massime di As e U nelle acque da misc­
elare. Esso va calcolato in modo tale che le concentrazioni di arsenico e/o uranio nell’acqua
miscelata permangano al di sotto dei rispettivi valori indicativi.
15.1.2 Controllo del processo
La quantità di acqua con le concentrazioni maggiori (l’acqua potabile da diluire) viene regolata
in funzione della portata della risorsa idrica con la minore concentrazione di As e/o U e del
rapporto di miscelazione calcolato.
15.1.3 Monitoraggio di un impianto di miscelazione controllata
In un impianto di miscelazione, dove l’acqua ad alto contenuto di arsenico e/o uranio è diluita
mediante un processo mirato, devono essere monitorati i seguenti parametri:
15.2 •
misurazione continua della portata dei singoli flussi in entrata;
•
analisi regolare della concentrazione di arsenico e/o uranio nell’acqua miscelata e nei flussi in entrata (a cadenza almeno trimestrale).
Esercizio di un impianto di filtrazione
15.2.1 Aspetti fondamentali per un corretto esercizio
Oltre ai punti illustrati nel capitolo 14 (v. tab. 2), vanno discussi con il fabbricante o fornitore di
un impianto di filtrazione anche i seguenti aspetti tecnici:
•
Possibili conseguenze del cambiamento delle caratteristiche dell’acqua (non solo in termini di concentrazione di arsenico e uranio, ma anche a livello di pressione, temperatura,
conduttività, pH, torbidità, concentrazione degli ioni principali e del carbonio organico
disciolto).
Alla luce dei dati sulla qualità dell’acqua, il produttore dell’impianto deve indicare quali
parametri vadano monitorati in continuo (differenza di pressione in un impianto di filtrazione a letto fisso, torbidità e valore pH dell’acqua, ecc.) e quali misure vadano adottate in
caso di superamento del limite critico.
•Pretrattamento
La maggior parte degli impianti di filtrazione sono provvisti di uno stadio di prefiltrazione
per la rimozione di determinate particelle. Il fabbricante o fornitore dell’impianto è chiamato a fornire le informazioni e le istruzioni necessarie al monitoraggio e alla sostituzione del
suddetto filtro.
•
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Messa o rimessa in funzione
Il produttore o fornitore deve illustrare il procedimento di messa o rimessa in funzione
dell’impianto. Le indicazioni riguardano la quantità minima di scarto di filtrazione e le condizioni per l’immissione del filtrato nella rete di distribuzione.
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Sommario
•Controlavaggio
Occorre definire se, con quale frequenza e secondo quale modalità sia necessario svolgere il controlavaggio.
•
Tempi di inattività
È importante chiarire con il produttore o fornitore quali ripercussioni possa avere
sull’impianto un eventuale periodo di fermo macchina e quale procedimento si debba seguire per la messa in funzione dopo il tempo di inattività.
15.2.2 Durata di esercizio
La durata esatta di esercizio di un impianto dipende dal suo dimensionamento, dal procedimento, dal consumo idrico, dalle concentrazioni di arsenico e uranio nell’acqua e dalla qualità
dell’acqua. Tenendo conto di tutti questi fattori, il fabbricante elabora una stima della durata
di esercizio dell’impianto, che riporta per iscritto sotto forma di curva di rottura. Il riquadro 2
propone due esempi di calcolo che mostrano come si possa stimare approssimativamente la
durata di un impianto di filtrazione per la rimozione dell’arsenico e di un impianto per la rimozione dell’uranio.
I due esempi in basso illustrano il calcolo da effettuare per determinare la durata di esercizio
di un impianto di filtrazione e di uno scambiatore di ioni prima che sia necessario sostituire
il materiale.
(a) Impianto di filtrazione per la rimozione dell’arsenico
Per la rimozione dell’arsenico da un’acqua di una certa qualità, si mette in esercizio un impianto di filtrazione a letto fisso a base di idrossido ferrico granulare (volume del filtro a letto
fisso: 1 m3; CHF 6000–9000/m3). Secondo le stime del fabbricante, l’impianto può ridurre la
concentrazione di arsenico da 40 μg/l a meno di 10 μg/l per 40 000–50 000 BV. Presupponendo un consumo idrico di 200 m3 al giorno, per garantire una concentrazione di arsenico
nel flusso in uscita dal filtro conforme alle prescrizioni di legge il materiale filtrante andrà
sostituito ogni 200–250 giorni.
(b) Scambiatore di ioni per la rimozione dell’uranio
In funzione della qualità dell’acqua, uno scambiatore di ioni possiede tempi di esercizio più o
meno lunghi. Supponendo che l’impianto possa funzionare fino a raggiungere la quantità adsorbita di 10 g U/l, che esso contenga 1 m3 di resina a scambio ionico (CHF 10 000–14 000/
m3), che la concentrazione di uranio nell’acqua sia pari a 35 μg/l e che ogni giorno debbano
essere trattati 200 m3 d’acqua, sarà necessario cambiare il materiale ogni 1400 giorni circa.
Il preciso dimensionamento e l’esatta valutazione della durata di esercizio dell’impianto vanno eseguiti dal fabbricante in funzione della qualità dell’acqua da trattare.
Riquadro 2 Esempi di calcolo della durata di un impianto di filtrazione e di uno scambiatore di ioni
15.2.3 Monitoraggio di un impianto di filtrazione
La determinazione dei parametri di monitoraggio e dei limiti critici di un impianto di filtrazione
dipende dal tipo di procedimento scelto. In linea di principio, è necessario eseguire un controllo regolare dell’acqua in ingresso e dell’acqua filtrata, mediante l’analisi del valore pH, delle
concentrazioni di arsenico e uranio, della torbidità e di altri parametri in caso di cambiamento
delle caratteristiche dell’acqua (v. tab. 1, cap. 10). Detto controllo è tanto più opportuno qualora si verifichino alterazioni del normale esercizio dell’impianto (pulizia delle vasche dell’acqua
e delle condotte, sostituzione del filtro o del materiale filtrante, periodi di inattività, ecc.). La
definizione dei parametri da analizzare e della periodicità dei test deve garantire che le misurazioni compiute consentano un controllo efficace della qualità dell’acqua sottoposta a esame
(Direttiva W1 della SSIGA).
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Sommario
Monitoraggio di un impianto per la rimozione dell’arsenico
In un filtro a letto fisso a base di (idr)ossido di ferro vanno monitorati i seguenti parametri:
•
misurazione continua della portata e della perdita di pressione;
•
analisi regolare della concentrazione di arsenico nel filtrato (indicativamente ogni 5000 BV).
Quando il materiale filtrante è ancora fresco, si consiglia di compiere l’analisi dei valori di
arsenico ogni 5000 BV. Ciò permette di ricavare la curva di rottura specifica per l’impianto e
di adeguare opportunamente il programma di monitoraggio. La frequenza delle misurazioni
deve poi aumentare mano a mano che le concentrazioni di arsenico nel filtrato si avvicinano
al valore indicativo. La curva di rottura va ricalcolata in occasione di ogni nuovo riempimento
dell’impianto, al fine di riconoscere tempestivamente eventuali differenze di qualità del materiale filtrante (soprattutto in caso si utilizzino materiali di fornitori diversi).
Monitoraggio di un impianto per la rimozione dell’uranio
In uno scambiatore di ioni vanno monitorati i seguenti parametri:
•
misurazione continua della portata e della perdita di pressione;
•
analisi regolare della concentrazione di uranio nel filtrato (indicativamente ogni 20 000 BV).
Anche in questo caso, è consigliabile aumentare la frequenza delle misurazioni di controllo via
via che ci si avvicina al termine della durata stimata, alla luce della curva di rottura specifica.
15.3 Sicurezza sul luogo di lavoro
Nell’esercizio e nella manutenzione di un impianto di filtrazione dell’arsenico e dell’uranio, è
imprescindibile osservare alcune indicazioni di sicurezza, specialmente a livello di radioprotezione e in occasione della sostituzione dei materiali filtranti contenenti uranio e/o arsenico.
15.3.1 Radioprotezione
L’uranio si accumula nello scambiatore di ioni, il che comporta un aumento dell’attività nel letto
filtrante. L’uranio è un elemento naturale radioattivo che si trasmuta in altri nuclidi radioattivi
(nuclidi figli) con emissione di radiazioni alfa (decadimento alfa). Fintanto che il materiale contenente uranio non viene assorbito dall’organismo, la radiazione alfa non comporta un particolare problema. I nuclidi figli, tuttavia, possono caratterizzarsi per radiazioni gamma, la cui
pericolosità non va sottovalutata. Per tale ragione, è d’obbligo il rispetto di speciali disposizioni
normative in materia di sicurezza sul luogo di lavoro, e più nello specifico in tema di radioprotezione. Studi condotti in Germania (DVGW, 2009, Schlussbericht zum Verbundprojekt Uranentfernung in der Trinkwasseraufbereitung) hanno mostrato come la manipolazione di scambiatori
di ioni contenenti uranio negli impianti idrici, comporti una dose addizionale annua di radiazioni
pari al massimo ad un decimo della dose media che raggiungono per fonti naturali i gruppi di
popolazione non esposti a radiazione nell’ambiente di lavoro. Ciononostante, sarebbe bene effettuare un calcolo dell’esposizione alle radiazioni nel momento in cui l’impianto raggiunge per
la prima volta la piena saturazione. A tal fine occorre svolgere un’analisi dei nuclidi, necessaria
anche per l’esportazione dei rifiuti contenenti uranio (cap. 16.1). Particolarmente problematico è il radio, elemento radioattivo derivante dal decadimento dell’uranio. In un sistema a due
stadi – scambiatore di ioni seguito da filtro a letto fisso a base di (idr)ossidi di ferro – il radio si
accumula solo nel filtro a letto fisso. Ad ogni modo, secondo lo studio già citato (DVGW, 2009,
Schlussbericht zum Verbundprojekt Uranentfernung in der Trinkwasseraufbereitung), la dose
addizionale di radiazioni dovuta al radio è minima.
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Sommario
15.3.2 Sostituzione del materiale
I materiali filtranti contenenti arsenico sono classificati come rifiuti speciali tossici, quelli contenenti uranio come rifiuti radioattivi. In linea di massima bisogna rispettare le seguenti indicazioni.
La sostituzione del materiale dovrebbe essere effettuata sempre da personale addestrato. Siccome l’operazione è di competenza del fabbricante dell’impianto, in genere questa condizione
viene rispettata.
15.4 •
È importante indossare opportuni indumenti protettivi: guanti, tuta, stivali, mascherina per
naso e bocca e occhiali di protezione.
•
La sostituzione del materiale andrebbe svolta preferibilmente in condizioni di umidità media o elevata, per minimizzare il rischio di inalazione di particelle di polvere contaminate.
•
Il corretto confezionamento del materiale è un presupposto essenziale per il suo trasporto
sicuro fino al sito di smaltimento o rigenerazione.
•
Per quel che riguarda i rifiuti contenenti uranio, è consigliabile limitare il più possibile il
tempo di esposizione alle radiazioni ionizzanti ed evitare il contatto diretto nonché
l’assorbimento del materiale.
Guasti e malfunzionamenti
In genere, un impianto di filtrazione è di facile utilizzo e raramente soggetto a guasti. Ciononostante, è bene discutere con il fabbricante le misure da adottare in caso di malfunzionamento.
Analizzando insieme i possibili scenari, ci si prepara a garantire un approvvigionamento di
acqua potabile senza interruzioni e di eccellente qualità.
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Sommario
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Trasporto e smaltimento
16.1 Smaltimento dei residui di filtrazione
16.1.1 Smaltimento dei rifiuti contenenti uranio
Per lo smaltimento dei rifiuti contenenti uranio si hanno fondamentalmente tre possibilità:
•
deposito in discarica
•
valorizzazione /smaltimento termico (incenerimento)
•
rigenerazione e riutilizzo
Per lo smaltimento dei residui radioattivi risultanti dal trattamento dell’acqua potabile vanno osservate le disposizioni della Legge sulla radioprotezione e dell’Ordinanza sulla radioprotezione.
Per via dell’alto potere calorifico superiore (> 6000 kJ/kg), le resine a scambio ionico sature
di uranio non possono, di norma, essere depositate in discarica. Un loro smaltimento come
scorie radioattive, d’altro canto, non è ragionevole in termini economici.
Poiché l’uranio è un materiale riciclabile, l’opzione migliore è la rigenerazione. Una resina a
scambio ionico può essere rigenerata mediante un procedimento multistadio e poi riutilizzata per il trattamento dell’acqua. Questo servizio è offerto attualmente da diverse aziende
tedesche.
Per l’esportazione dei materiali contenenti uranio è necessario ottenere un’apposita autorizzazione presso l’UFSP. A tale scopo, bisogna dimostrare di voler spedire il materiale all’estero
per sottoporlo a rigenerazione (e non quale rifiuto). Occorre fornire, inoltre, informazioni circa
l’effettiva quantità di uranio adsorbita, il quantitativo di materiale che si intende esportare, le
misure di sicurezza adottate e i risultati dell’analisi dei nuclidi per la valutazione delle radiazioni
(art. 78 dell’Ordinanza sulla radioprotezione). In genere, il fabbricante dell’impianto si fa carico
sia di questo compito che del trasporto (cap. 16.2). Si tratta, tuttavia, di un punto da chiarire in
via preliminare con l’azienda interessata.
16.1.2 Smaltimento dei rifiuti contenenti arsenico
I materiali filtranti contenenti arsenico (idrossidi di ferro, idrossidi di alluminio) possono essere
smaltiti in discarica. Ai sensi dell’allegato 2 dell’OTR, essi possono essere depositati in discariche per sostanze residue a condizione che sia possibile dimostrare che la concentrazione di
arsenico nell’eluito non supera il valore limite di 0,1 mg/l.
Le possibilità di smaltimento andrebbero discusse già in fase iniziale con le rispettive imprese
di smaltimento, trattando non da ultimo la questione dei costi.
Ai sensi dell’art. 2 dell’OTRif, i materiali filtranti contenenti arsenico ((idr)ossidi di ferro, (idr)ossidi
di alluminio) sono da considerarsi rifiuti speciali e il loro smaltimento deve avvenire in conformità alle disposizioni di legge (OTR, OTRif). I rifiuti speciali possono essere consegnati solo ad
imprese autorizzate (art. 4 dell’OTRif).
L’azienda fornitrice è tenuta ad informare l’impresa di smaltimento circa la provenienza, la
composizione e le caratteristiche dei rifiuti e a consegnarle un modulo di accompagnamento
debitamente compilato (art. 6 dell’OTRif).
Per individuare l’impresa di smaltimento più idonea, è possibile fare riferimento all’Ordinanza
del DATEC sulle liste per il traffico di rifiuti (https://www.veva-online.ch/). In caso di dubbio, ci
si può rivolgere all’ufficio competente dell’UFAM.
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16.2 Sommario
Trasporto dei residui di filtrazione
16.2.1 Trasporto dei rifiuti contenenti uranio
Il trasporto di materiale radioattivo contenente uranio deve avvenire nel rispetto delle prescrizioni dell’Ordinanza sulla radioprotezione (art. 76) e dell’Accordo europeo per il trasporto internazionale delle merci pericolose su strada (ADR). A seconda della quantità di uranio adsorbita sul
materiale filtrante, si devono osservare le opportune disposizioni in materia di classificazione
e imballaggio (unità di imballaggio) delle merci pericolose. Sia l’azienda fornitrice sia l’azienda
che prende in consegna il materiale (fabbricante dell’impianto, impresa di trasporti) sono responsabili del rispetto delle disposizioni normative e necessitano di apposita autorizzazione.
16.2.2 Trasporto dei rifiuti contenenti arsenico
Ai sensi dell’art. 2 dell’OTRif, i materiali filtranti contenenti arsenico ((idr)ossidi di ferro, (idr)ossidi di alluminio) sono da considerarsi rifiuti speciali e il loro trasporto deve avvenire in conformità
alle disposizioni di legge (OTR, OTRif). L’azienda fornitrice è tenuta ad informare il trasportatore
circa la provenienza, la composizione e le caratteristiche dei rifiuti contenenti arsenico e a consegnargli un modulo di accompagnamento debitamente compilato (art. 6 dell’OTRif). I rifiuti
speciali vanno dotati di una particolare etichettatura (art. 7 dell’OTRif) e non possono essere
trasportati senza il rispettivo modulo di accompagnamento (art. 13 dell’OTRif).
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Sommario
Bibliografia di approfondimento
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