Mercoledì, marzo 09 2011 16: 00

Controllo dell'inquinamento idrico

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Questo articolo ha lo scopo di fornire al lettore una comprensione della tecnologia attualmente disponibile per avvicinarsi al controllo dell'inquinamento idrico, basandosi sulla discussione delle tendenze e dell'occorrenza fornita da Hespanhol e Helmer nel capitolo Rischi ambientali per la salute. Le sezioni seguenti affrontano il controllo dei problemi di inquinamento delle acque, prima sotto il titolo "Controllo dell'inquinamento delle acque superficiali" e poi sotto il titolo "Controllo dell'inquinamento delle acque sotterranee".

Controllo dell'inquinamento delle acque superficiali

Definizione di inquinamento delle acque

L'inquinamento idrico si riferisce allo stato qualitativo di impurità o impurità nelle acque idrologiche di una determinata regione, come uno spartiacque. Deriva da un evento o processo che provoca una riduzione dell'utilità delle acque della terra, soprattutto in relazione agli effetti sulla salute umana e sull'ambiente. Il processo di inquinamento sottolinea la perdita di purezza attraverso la contaminazione, che implica inoltre l'intrusione o il contatto con una fonte esterna come causa. Il termine contaminato viene applicato a livelli estremamente bassi di inquinamento dell'acqua, come nella loro iniziale corruzione e decadimento. La contaminazione è il risultato dell'inquinamento e suggerisce violazione o profanazione.

Acque idrologiche

Le acque naturali della terra possono essere viste come un sistema a circolazione continua, come mostrato nella figura 1, che fornisce un'illustrazione grafica delle acque nel ciclo idrologico, comprese le acque superficiali e sotterranee.

Figura 1. Il ciclo idrologico

EPC060F1

Come riferimento per la qualità dell'acqua, le acque distillate (H2O) rappresentano il più alto stato di purezza. Le acque nel ciclo idrologico possono essere viste come naturali, ma non sono pure. Diventano inquinati da attività sia naturali che umane. Gli effetti del degrado naturale possono derivare da una miriade di fonti - da fauna, flora, eruzioni vulcaniche, fulmini che causano incendi e così via, che a lungo termine sono considerati livelli di fondo prevalenti per scopi scientifici.

L'inquinamento prodotto dall'uomo sconvolge l'equilibrio naturale sovrapponendo materiali di scarto scaricati da varie fonti. Gli inquinanti possono essere introdotti nelle acque del ciclo idrologico in qualsiasi momento. Ad esempio: le precipitazioni atmosferiche (pioggia) possono essere contaminate da inquinanti atmosferici; le acque superficiali possono essere inquinate nel processo di deflusso dai bacini idrografici; le acque reflue possono essere scaricate in corsi d'acqua e fiumi; e le acque sotterranee possono essere inquinate attraverso l'infiltrazione e la contaminazione sotterranea.

 

 

La figura 2 mostra una distribuzione delle acque idrologiche. L'inquinamento si sovrappone quindi a queste acque e può quindi essere visto come una condizione ambientale innaturale o squilibrata. Il processo di inquinamento può verificarsi nelle acque di qualsiasi parte del ciclo idrologico ed è più evidente sulla superficie terrestre sotto forma di deflusso dai bacini idrografici nei torrenti e nei fiumi. Tuttavia, anche l'inquinamento delle acque sotterranee ha un notevole impatto ambientale ed è discusso dopo la sezione sull'inquinamento delle acque superficiali.

Figura 2. Distribuzione delle precipitazioni

EPC060F2

Fonti spartiacque di inquinamento delle acque

I bacini idrografici sono il dominio di origine dell'inquinamento delle acque superficiali. Uno spartiacque è definito come un'area della superficie terrestre su cui le acque idrologiche cadono, si accumulano, vengono utilizzate, smaltite e infine scaricate in corsi d'acqua, fiumi o altri corpi idrici. È costituito da un sistema di drenaggio con deflusso finale o raccolta in un ruscello o fiume. I grandi bacini fluviali sono generalmente indicati come bacini di drenaggio. La figura 3 è una rappresentazione del ciclo idrologico su uno spartiacque regionale. Per una regione, la disposizione delle varie acque può essere scritta come una semplice equazione, che è l'equazione base dell'idrologia scritta da Viessman, Lewis e Knapp (1989); unità tipiche sono mm/anno:

P - R - SOL - MI - TS

dove:

P = precipitazione (cioè pioggia, nevicata, grandine)

R = deflusso o deflusso superficiale spartiacque

G = acque sotterranee

E = evaporazione

T = traspirazione

S = deposito di superficie

Figura 3. Ciclo idrologico regionale

EPC060F3

Le precipitazioni sono viste come la forma iniziale nel bilancio idrologico di cui sopra. Il termine deflusso è sinonimo di flusso di corrente. Lo stoccaggio si riferisce a serbatoi o sistemi di detenzione che raccolgono acque; ad esempio, una diga artificiale (barrage) su un fiume crea un serbatoio per lo stoccaggio dell'acqua. Le acque sotterranee si raccolgono come un sistema di stoccaggio e possono fluire da un luogo all'altro; può essere influente o effluente rispetto ai corsi d'acqua superficiali. L'evaporazione è un fenomeno superficiale dell'acqua e la traspirazione è associata alla trasmissione dal biota.

 

 

 

 

 

 

 

Sebbene i bacini idrografici possano variare notevolmente in termini di dimensioni, alcuni sistemi di drenaggio per la designazione dell'inquinamento idrico sono classificati come di carattere urbano o non urbano (agricolo, rurale, non sviluppato). L'inquinamento che si verifica all'interno di questi sistemi di drenaggio proviene dalle seguenti fonti:

Fonti puntuali: i rifiuti vengono scaricati in un corpo idrico ricevente in una posizione specifica, in un punto come un tubo fognario o qualche tipo di scarico di un sistema concentrato.

Fonti non puntuali (disperse): inquinamento che entra in un corpo idrico ricevente da fonti disperse nello spartiacque; Il drenaggio dell'acqua di deflusso delle precipitazioni non raccolte in un ruscello è tipico. Le fonti non puntuali sono talvolta indicate anche come acque "diffuse"; tuttavia, il termine disperso è visto come più descrittivo.

Fonti intermittenti: da un punto o da una fonte che si scarica in determinate circostanze, ad esempio in condizioni di sovraccarico; sono tipici gli straripamenti combinati delle fognature durante i periodi di deflusso delle piogge intense.

Inquinanti dell'acqua nei corsi d'acqua e nei fiumi

Quando i materiali di scarto nocivi provenienti dalle suddette fonti vengono scaricati in corsi d'acqua o altri corpi idrici, diventano inquinanti che sono stati classificati e descritti in una sezione precedente. Inquinanti o contaminanti che entrano in un corpo idrico possono essere ulteriormente suddivisi in:

  • inquinanti degradabili (non conservativi).: impurità che alla fine si decompongono in sostanze innocue o che possono essere rimosse mediante metodi di trattamento; cioè, alcuni materiali organici e sostanze chimiche, liquami domestici, calore, sostanze nutritive per le piante, la maggior parte dei batteri e dei virus, alcuni sedimenti
  • inquinanti non degradabili (conservativi).: impurità che persistono nell'ambiente acquatico e non si riducono di concentrazione se non diluite o rimosse mediante trattamento; cioè alcuni prodotti chimici organici e inorganici, sali, sospensioni colloidali
  • pericolosi inquinanti trasportati dall'acqua: forme complesse di rifiuti nocivi tra cui tracce di metalli tossici, alcuni composti inorganici e organici
  • inquinanti radionuclidici: materiali che sono stati sottoposti a una sorgente radioattiva.

 

Norme per il controllo dell'inquinamento idrico

I regolamenti di controllo dell'inquinamento idrico ampiamente applicabili sono generalmente promulgati dalle agenzie governative nazionali, con regolamenti più dettagliati da stati, province, comuni, distretti idrici, distretti di conservazione, commissioni igienico-sanitarie e altri. A livello nazionale e statale (o provinciale), le agenzie per la protezione ambientale (EPA) ei ministeri della salute sono generalmente incaricati di questa responsabilità. Nella discussione dei regolamenti di seguito, il formato e alcune parti seguono l'esempio degli standard di qualità dell'acqua attualmente applicabili per lo Stato americano dell'Ohio.

Denominazioni d'uso della qualità dell'acqua

L'obiettivo finale nel controllo dell'inquinamento idrico sarebbe lo scarico zero di inquinanti nei corpi idrici; tuttavia, il completo raggiungimento di questo obiettivo di solito non è conveniente. L'approccio preferito è quello di fissare limiti agli scarichi per lo smaltimento dei rifiuti per la ragionevole protezione della salute umana e dell'ambiente. Sebbene questi standard possano variare ampiamente nelle diverse giurisdizioni, le designazioni d'uso per corpi idrici specifici sono comunemente la base, come brevemente indicato di seguito.

L'approvvigionamento idrico comprende:

  • acquedotto pubblico: acque che con il trattamento convenzionale saranno idonee al consumo umano
  • approvvigionamento agricolo: acque idonee all'irrigazione e all'abbeveraggio del bestiame senza trattamento
  • fornitura industriale/commerciale: acque idonee per usi industriali e commerciali con o senza trattamento.

 

Le attività ricreative includono:

  • acque di balneazione: acque che in determinate stagioni sono adatte alla balneazione in quanto approvate per la qualità dell'acqua insieme a condizioni e strutture protettive
  • contatto primario: acque che in determinate stagioni sono adatte per attività ricreative a contatto con tutto il corpo come il nuoto, la canoa e le immersioni subacquee con una minaccia minima per la salute pubblica a causa della qualità dell'acqua
  • contatto secondario: acque che durante determinate stagioni sono adatte per la ricreazione con contatto parziale del corpo come, ma non limitato a, guadare, con una minaccia minima per la salute pubblica a causa della qualità dell'acqua.

 

Le risorse idriche pubbliche sono classificate come corpi idrici che si trovano all'interno di sistemi di parchi, zone umide, aree faunistiche, fiumi selvaggi, panoramici e ricreativi e laghi di proprietà pubblica e acque di eccezionale importanza ricreativa o ecologica.

Habitat della vita acquatica

Le denominazioni tipiche variano a seconda dei climi, ma si riferiscono alle condizioni nei corpi idrici per il sostegno e il mantenimento di alcuni organismi acquatici, in particolare varie specie di pesci. Ad esempio, le designazioni di utilizzo in un clima temperato suddivise nei regolamenti per l'Agenzia per la protezione ambientale dello Stato dell'Ohio (EPA) sono elencate di seguito senza descrizioni dettagliate:

  • acqua calda
  • acqua calda limitata
  • acqua calda eccezionale
  • acqua calda modificata
  • salmonidi stagionali
  • acqua fredda
  • risorsa acqua limitata.

 

Criteri di controllo dell'inquinamento idrico

Le acque naturali e le acque reflue sono caratterizzate in termini di composizione fisica, chimica e biologica. Le principali proprietà fisiche ei costituenti chimici e biologici delle acque reflue e le loro fonti sono un lungo elenco, riportato in un libro di testo da Metcalf e Eddy (1991). I metodi analitici per queste determinazioni sono riportati in un manuale ampiamente utilizzato intitolato Metodi standard per l'esame dell'acqua e delle acque reflue dall'American Public Health Association (1995).

Ogni corpo idrico designato dovrebbe essere controllato in base a regolamenti che possono comprendere criteri numerici sia di base che più dettagliati, come discusso brevemente di seguito.

Libertà fondamentale dall'inquinamento. Per quanto pratico e possibile, tutti i corpi idrici dovrebbero soddisfare i criteri di base delle "Cinque libertà dall'inquinamento":

  1. privo di solidi sospesi o altre sostanze che entrano nelle acque a causa dell'attività umana e che si depositano formando depositi di fanghi putridi o altrimenti discutibili, o che influiranno negativamente sulla vita acquatica
  2. privo di detriti galleggianti, olio, schiuma e altri materiali galleggianti che entrano nelle acque a causa dell'attività umana in quantità sufficienti per essere antiestetici o causare degrado
  3. privo di materiali che entrano nelle acque a seguito di attività umana, producendo colore, odore o altre condizioni tali da creare disturbo
  4. privo di sostanze immesse nelle acque a seguito di attività umane, in concentrazioni tossiche o nocive per la vita umana, animale o acquatica e/o rapidamente letali nella zona di miscelazione
  5. privo di sostanze nutritive che entrano nelle acque a causa dell'attività umana, in concentrazioni che creano fastidiose crescite di erbe infestanti e alghe acquatiche.

 

I criteri di qualità dell'acqua sono limiti numerici e linee guida per il controllo dei costituenti chimici, biologici e tossici nei corpi idrici.

Con oltre 70,000 composti chimici in uso oggi non è pratico specificare il controllo di ciascuno. Tuttavia, i criteri per le sostanze chimiche possono essere stabiliti sulla base di limitazioni in quanto si riferiscono innanzitutto a tre grandi classi di consumo ed esposizione:

Sessione 1: I criteri chimici per la protezione della salute umana sono di primaria importanza e dovrebbero essere fissati secondo le raccomandazioni delle agenzie sanitarie governative, dell'OMS e delle organizzazioni di ricerca sanitaria riconosciute.

Sessione 2: I criteri chimici per il controllo dell'approvvigionamento idrico agricolo dovrebbero essere basati su studi e raccomandazioni scientifiche riconosciute che proteggano dagli effetti negativi sui raccolti e sul bestiame a seguito dell'irrigazione delle colture e dell'irrigazione del bestiame.

Sessione 3: i criteri chimici per la protezione della vita acquatica dovrebbero basarsi su studi scientifici riconosciuti riguardanti la sensibilità di queste specie a sostanze chimiche specifiche e anche in relazione al consumo umano di pesce e frutti di mare.

I criteri relativi agli effluenti delle acque reflue si riferiscono alle limitazioni sui costituenti inquinanti presenti negli effluenti delle acque reflue e rappresentano un ulteriore metodo di controllo. Possono essere impostati in relazione alle designazioni dell'uso dell'acqua dei corpi idrici e in relazione alle classi di cui sopra per i criteri chimici.

I criteri biologici si basano sulle condizioni dell'habitat del corpo idrico necessarie per sostenere la vita acquatica.

Contenuto organico delle acque reflue e delle acque naturali

Il contenuto lordo di materia organica è molto importante per caratterizzare la forza inquinante sia delle acque reflue che delle acque naturali. Tre test di laboratorio sono comunemente usati per questo scopo:

Domanda biochimica di ossigeno (BOD): il BOD a cinque giorni (BOD5) è il parametro più utilizzato; questo test misura l'ossigeno disciolto utilizzato dai microrganismi nell'ossidazione biochimica della materia organica in questo periodo.

Domanda chimica di ossigeno (COD): questo test serve a misurare la sostanza organica nei rifiuti urbani e industriali che contengono composti tossici per la vita biologica; è una misura dell'equivalente di ossigeno della materia organica che può essere ossidata.

Carbonio organico totale (TOC): questo test è particolarmente applicabile a piccole concentrazioni di materia organica nell'acqua; è una misura della materia organica che viene ossidata in anidride carbonica.

Norme di politica antidegrado

Le normative sulla politica antidegrado rappresentano un ulteriore approccio per prevenire la diffusione dell'inquinamento idrico oltre determinate condizioni prevalenti. Ad esempio, la politica antidegrado degli standard di qualità dell'acqua dell'Ohio Environmental Protection Agency consiste in tre livelli di protezione:

Tier 1: gli usi esistenti devono essere mantenuti e protetti. Non è consentito alcun ulteriore degrado della qualità dell'acqua che possa interferire con gli usi designati esistenti.

Tier 2: Successivamente, deve essere mantenuta una qualità dell'acqua migliore di quella necessaria per proteggere gli usi, a meno che non sia dimostrato che una qualità dell'acqua inferiore è necessaria per un importante sviluppo economico o sociale, come stabilito dal direttore dell'EPA.

Tier 3: Infine, la qualità delle acque della risorsa idrica deve essere mantenuta e protetta. La loro attuale qualità dell'acqua ambientale non deve essere degradata da sostanze ritenute tossiche o che interferiscono con qualsiasi uso designato. I maggiori carichi inquinanti possono essere scaricati nei corpi idrici se non comportano un abbassamento della qualità dell'acqua esistente.

Zone di miscelazione degli scarichi dell'inquinamento idrico e modellazione dell'allocazione del carico dei rifiuti

Le zone di miscelazione sono aree in un corpo idrico che consentono agli scarichi di acque reflue trattate o non trattate di raggiungere condizioni stabilizzate, come illustrato nella figura 4 per un corso d'acqua in movimento. Lo scarico è inizialmente in uno stato transitorio che viene progressivamente diluito dalla concentrazione della sorgente alle condizioni di acqua ricevente. Non è da considerarsi un'entità di trattamento e può essere delineata con restrizioni specifiche.

Figura 4. Zone di miscelazione

EPC060F4

In genere, le zone di miscelazione non devono:

  • interferire con la migrazione, la sopravvivenza, la riproduzione o la crescita delle specie acquatiche
  • includere aree di riproduzione o nursery
  • includono le prese d'acqua pubbliche
  • comprendono zone di balneazione
  • costituiscono più della metà della larghezza di un ruscello
  • costituiscono più della metà dell'area della sezione trasversale della foce di un torrente
  • si estendono a valle per una distanza superiore a cinque volte la larghezza del corso d'acqua.

 

Gli studi sull'allocazione del carico di rifiuti sono diventati importanti a causa dell'elevato costo del controllo dei nutrienti degli scarichi delle acque reflue per evitare l'eutrofizzazione interna (definita di seguito). Questi studi impiegano generalmente l'uso di modelli computerizzati per la simulazione delle condizioni di qualità dell'acqua in un corso d'acqua, in particolare per quanto riguarda i nutrienti come le forme di azoto e fosforo, che influenzano la dinamica dell'ossigeno disciolto. I tradizionali modelli di qualità dell'acqua di questo tipo sono rappresentati dal modello US EPA QUAL2E, che è stato descritto da Brown e Barnwell (1987). Un modello più recente proposto da Taylor (1995) è l'Omni Diurnal Model (ODM), che include una simulazione dell'impatto della vegetazione radicata sulla dinamica dei nutrienti e dell'ossigeno disciolto.

Disposizioni di varianza

Tutte le normative sul controllo dell'inquinamento idrico sono limitate nella perfezione e pertanto dovrebbero includere disposizioni che consentano variazioni di giudizio basate su determinate condizioni che potrebbero impedire la conformità immediata o completa.

Valutazione e gestione del rischio in relazione all'inquinamento idrico

Le suddette normative sul controllo dell'inquinamento idrico sono tipiche degli approcci governativi mondiali per ottenere la conformità agli standard di qualità dell'acqua e ai limiti di scarico degli effluenti delle acque reflue. Generalmente queste norme sono state fissate sulla base di fattori sanitari e di ricerca scientifica; dove esiste qualche incertezza sui possibili effetti, spesso vengono applicati fattori di sicurezza. L'attuazione di alcuni di questi regolamenti può essere irragionevole ed eccessivamente costosa per il pubblico in generale e per le imprese private. Pertanto vi è una crescente preoccupazione per un'allocazione più efficiente delle risorse nel raggiungimento degli obiettivi per il miglioramento della qualità dell'acqua. Come precedentemente sottolineato nella discussione delle acque idrologiche, la purezza incontaminata non esiste nemmeno nelle acque naturali.

Un crescente approccio tecnologico incoraggia la valutazione e la gestione dei rischi ecologici nell'impostazione delle normative sull'inquinamento idrico. Il concetto si basa su un'analisi dei benefici e dei costi ecologici nel rispetto degli standard o dei limiti. Parkhurst (1995) ha proposto l'applicazione della valutazione del rischio ecologico acquatico come ausilio nella definizione dei limiti di controllo dell'inquinamento idrico, in particolare per quanto applicabile per la protezione della vita acquatica. Tali metodi di valutazione del rischio possono essere applicati per stimare gli effetti ecologici delle concentrazioni chimiche per un'ampia gamma di condizioni di inquinamento delle acque superficiali, tra cui:

  • inquinamento da fonte puntiforme
  • inquinamento da fonti non puntuali
  • sedimenti contaminati esistenti nei canali dei corsi d'acqua
  • siti di rifiuti pericolosi in relazione ai corpi idrici
  • analisi dei criteri di controllo dell'inquinamento delle acque esistenti.

 

Il metodo proposto si compone di tre livelli; come mostrato nella figura 5 che illustra l'approccio.

Figura 5. Metodi per condurre la valutazione del rischio per livelli successivi di analisi. Livello 1: livello di screening; Livello 2: quantificazione dei rischi potenzialmente significativi; Livello 3: quantificazione del rischio specifico del sito

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Inquinamento idrico in laghi e bacini idrici

Laghi e bacini idrici forniscono lo stoccaggio volumetrico dell'afflusso di spartiacque e possono avere lunghi periodi di tempo di lavaggio rispetto al rapido afflusso e deflusso per un tratto in un corso d'acqua che scorre. Pertanto, destano particolare preoccupazione per quanto riguarda la ritenzione di alcuni costituenti, in particolare i nutrienti comprese le forme di azoto e fosforo che promuovono l'eutrofizzazione. L'eutrofizzazione è un processo naturale di invecchiamento in cui il contenuto d'acqua si arricchisce organicamente, portando al dominio di una crescita acquatica indesiderata, come alghe, giacinto d'acqua e così via. Il processo eutrofico tende a ridurre la vita acquatica e ha effetti dannosi sull'ossigeno disciolto. Sia le fonti naturali che quelle culturali di nutrienti possono favorire il processo, come illustrato da Preul (1974) nella figura 6, che mostra un elenco schematico di fonti e pozzi di nutrienti per il lago Sunapee, nello stato americano del New Hampshire.

Figura 6. Elenco schematico delle fonti e pozzi di nutrienti (azoto e fosforo) per il lago Sunapee, New Hampshire (USA)

EPC060F7

Laghi e serbatoi, ovviamente, possono essere campionati e analizzati per determinarne lo stato trofico. Gli studi analitici di solito iniziano con un bilancio nutrizionale di base come il seguente:

(nutrienti influenti nel lago) = (nutrienti effluenti nel lago) + (ritenzione di nutrienti nel lago)

Questo bilancio di base può essere ulteriormente ampliato per includere le varie fonti mostrate nella figura 6.

Il tempo di lavaggio è un'indicazione degli aspetti di ritenzione relativi di un sistema lacustre. I laghi poco profondi, come il lago Erie, hanno tempi di lavaggio relativamente brevi e sono associati a un'eutrofizzazione avanzata perché i laghi poco profondi spesso sono più favorevoli alla crescita delle piante acquatiche. I laghi profondi come il Lake Tahoe e il Lake Superior hanno periodi di lavaggio molto lunghi, che di solito sono associati a laghi con eutrofizzazione minima perché fino ad oggi non sono stati sovraccaricati e anche perché le loro profondità estreme non favoriscono un'estesa crescita di piante acquatiche tranne che nell'epilimnio (zona superiore). I laghi in questa categoria sono generalmente classificati come oligotrofici, sulla base del fatto che sono relativamente poveri di nutrienti e supportano una crescita acquatica minima come le alghe.

È interessante confrontare i tempi di lavaggio di alcuni dei principali laghi statunitensi riportati da Pecor (1973) utilizzando la seguente base di calcolo:

tempo di lavaggio del lago (LFT) = (volume di stoccaggio del lago)/(deflusso del lago)

Alcuni esempi sono: Lake Wabesa (Michigan), LFT=0.30 anni; Houghton Lake (Michigan), 1.4 anni; Lago Erie, 2.6 anni; Lago Superiore, 191 anni; Lago Tahoe, 700 anni.

Sebbene la relazione tra il processo di eutrofizzazione e il contenuto di nutrienti sia complessa, il fosforo è generalmente riconosciuto come il nutriente limitante. Sulla base di condizioni completamente miste, Sawyer (1947) ha riferito che le fioriture algali tendono a verificarsi se i valori di azoto superano 0.3 mg/l e fosforo supera 0.01 mg/l. Nei laghi e nei bacini stratificati, i bassi livelli di ossigeno disciolto nell'ipoliminio sono i primi segni di eutrofizzazione. Vollenweider (1968, 1969) ha sviluppato livelli di carico critici di fosforo totale e azoto totale per un certo numero di laghi sulla base di carichi di nutrienti, profondità medie e stati trofici. Per un confronto del lavoro su questo argomento, Dillon (1974) ha pubblicato una revisione critica del modello di bilancio dei nutrienti di Vollenweider e di altri modelli correlati. Sono disponibili anche modelli computerizzati più recenti per la simulazione dei cicli azoto/fosforo con variazioni di temperatura.

Inquinamento delle acque negli estuari

Un estuario è un passaggio intermedio d'acqua tra la foce di un fiume e la costa del mare. Questo passaggio è costituito da un canale della foce del fiume con afflusso fluviale (acqua dolce) da monte e deflusso di scarico sul lato a valle in un livello di acqua di mare in costante cambiamento (acqua salata). Gli estuari sono continuamente influenzati dalle fluttuazioni delle maree e sono tra i corpi idrici più complessi incontrati nel controllo dell'inquinamento idrico. Le caratteristiche dominanti di un estuario sono la salinità variabile, un cuneo salino o un'interfaccia tra acqua salata e dolce, e spesso vaste aree di acque poco profonde e torbide sovrastanti distese fangose ​​e paludi salmastre. I nutrienti sono in gran parte forniti a un estuario dal fiume che affluisce e si combinano con l'habitat marino per fornire una produzione prolifica di biota e vita marina. Particolarmente desiderati sono i frutti di mare raccolti dagli estuari.

Dal punto di vista dell'inquinamento idrico, gli estuari sono singolarmente complessi e generalmente richiedono indagini speciali che impiegano ampi studi sul campo e modellazione al computer. Per un'ulteriore comprensione di base, si rimanda il lettore a Reish 1979, sull'inquinamento marino ed estuario; ea Reid e Wood 1976, sull'ecologia delle acque interne e degli estuari.

Inquinamento delle acque negli ambienti marini

Gli oceani possono essere visti come l'ultimo ricettore di acqua o lavandino, poiché i rifiuti trasportati dai fiumi alla fine si scaricano in questo ambiente marino. Sebbene gli oceani siano vasti corpi di acqua salata con una capacità di assimilazione apparentemente illimitata, l'inquinamento tende a rovinare le coste e influisce ulteriormente sulla vita marina.

Le fonti di inquinanti marini includono molti di quelli riscontrati negli ambienti delle acque reflue terrestri e altri ancora correlati alle operazioni marittime. Di seguito è riportato un elenco limitato:

  • liquami e fanghi domestici, rifiuti industriali, rifiuti solidi, rifiuti di bordo
  • rifiuti della pesca, sedimenti e sostanze nutritive provenienti dai fiumi e dal deflusso terrestre
  • fuoriuscite di petrolio, esplorazione petrolifera offshore e rifiuti di produzione, operazioni di dragaggio
  • calore, scorie radioattive, rifiuti chimici, pesticidi ed erbicidi.

 

Ognuno dei precedenti richiede una gestione e metodi di controllo speciali. Lo scarico delle acque reflue domestiche e dei fanghi di depurazione attraverso gli scarichi oceanici è forse la principale fonte di inquinamento marino.

Per la tecnologia attuale su questo argomento, si rimanda il lettore al libro sull'inquinamento marino e il suo controllo di Bishop (1983).

Tecniche per la riduzione dell'inquinamento negli scarichi di acque reflue

Il trattamento delle acque reflue su larga scala viene tipicamente effettuato da comuni, distretti sanitari, industrie, imprese commerciali e varie commissioni di controllo dell'inquinamento. Lo scopo qui è quello di descrivere i metodi contemporanei di trattamento delle acque reflue urbane e quindi di fornire alcuni approfondimenti sul trattamento dei rifiuti industriali e sui metodi più avanzati.

In generale, tutti i processi di trattamento delle acque reflue possono essere raggruppati in tipi fisici, chimici o biologici, e uno o più di questi possono essere impiegati per ottenere un prodotto effluente desiderato. Questo raggruppamento di classificazione è il più appropriato per la comprensione degli approcci al trattamento delle acque reflue ed è tabulato nella tabella 1.

Tabella 1. Classificazione generale delle operazioni e dei processi di trattamento delle acque reflue

Operazioni fisiche

Processi chimici

Processi biologici

Misurazione del flusso
Grigliatura/rimozione graniglia
Miscelazione
Flocculazione
La sedimentazione
galleggiamento
Filtrazione
essiccazione
Distillazione
Centrifugazione
congelamento
Osmosi inversa

Precipitazione
Neutralizzazione
adsorbimento
Disinfezione
Ossidazione chimica
Riduzione chimica
Incenerimento
Scambio ionico
Elettrodialisi

Azione aerobica
Azione anaerobica
Combinazioni aerobico-anaerobiche

 

Metodi contemporanei di trattamento delle acque reflue

La copertura qui è limitata e intende fornire una panoramica concettuale delle attuali pratiche di trattamento delle acque reflue in tutto il mondo piuttosto che dati di progettazione dettagliati. Per quest'ultimo, si rimanda il lettore a Metcalf e Eddy 1991.

Le acque reflue urbane insieme ad alcune mescolanze di rifiuti industriali/commerciali sono trattate in sistemi che impiegano comunemente trattamento primario, secondario e terziario come segue:

Sistema di trattamento primario: Pretrattamento ® Decantazione primaria ® Disinfezione (clorazione) ® Effluente

Sistema di trattamento secondario: Pretrattamento ® Decantazione primaria ® Unità biologica ® Seconda decantazione ® Disinfezione (clorazione) ® Effluente a flusso

Sistema di trattamento terziario: Pretrattamento ® Decantazione primaria ® Unità biologica ® Seconda decantazione ® Unità terziaria ® Disinfezione (clorazione) ® Effluente a flusso

La Figura 7 mostra inoltre un diagramma schematico di un sistema di trattamento delle acque reflue convenzionale. Seguono le descrizioni generali dei processi di cui sopra.

Figura 7. Diagramma schematico del trattamento convenzionale delle acque reflue

EPC060F8

Trattamento primario

L'obiettivo fondamentale del trattamento primario delle acque reflue urbane, comprese le acque reflue domestiche frammiste ad alcuni rifiuti industriali/commerciali, è quello di rimuovere i solidi sospesi e chiarificare le acque reflue, per renderle idonee al trattamento biologico. Dopo alcune operazioni di pretrattamento come la vagliatura, la rimozione delle sabbie e la sminuzzatura, il processo principale della sedimentazione primaria è la sedimentazione delle acque reflue grezze in grandi vasche di decantazione per periodi fino a diverse ore. Questo processo rimuove dal 50 al 75% del totale dei solidi sospesi, che vengono aspirati come fanghi di sottoflusso raccolti per il trattamento separato. L'effluente di troppopieno dal processo viene quindi indirizzato al trattamento secondario. In alcuni casi, possono essere impiegate sostanze chimiche per migliorare il grado di trattamento primario.

Trattamento secondario

La parte del contenuto organico delle acque reflue che è finemente sospesa o disciolta e non rimossa nel processo primario, viene trattata mediante trattamento secondario. Le forme generalmente accettate di trattamento secondario di uso comune includono filtri percolatori, contattori biologici come dischi rotanti, fanghi attivi, bacini di stabilizzazione dei rifiuti, sistemi di bacini aerati e metodi di applicazione al suolo, compresi i sistemi di zone umide. Tutti questi sistemi saranno riconosciuti come impieganti processi biologici di una forma o dell'altra. I più comuni di questi processi sono brevemente discussi di seguito.

Sistemi di contattori biologici. I filtri gocciolanti sono una delle prime forme di questo metodo per il trattamento secondario e sono ancora ampiamente utilizzati con alcuni metodi di applicazione migliorati. In questo trattamento, l'effluente proveniente dai serbatoi primari viene applicato uniformemente su un letto di materiale, come roccia o plastica sintetica. La distribuzione uniforme viene ottenuta tipicamente gocciolando il liquido da tubazioni perforate fatte ruotare sul letto in modo intermittente o continuo secondo il processo desiderato. A seconda del tasso di carichi organici e idraulici, i filtri percolatori possono rimuovere fino al 95% del contenuto organico, solitamente analizzato come domanda biochimica di ossigeno (BOD). Esistono numerosi altri sistemi contattori biologici più recenti in uso che possono fornire rimozioni di trattamento nella stessa gamma; alcuni di questi metodi offrono vantaggi speciali, particolarmente applicabili in determinate condizioni limitanti come lo spazio, il clima e così via. Va notato che una successiva vasca di decantazione secondaria è considerata una parte necessaria per completare il processo. Nella decantazione secondaria, alcuni cosiddetti fanghi di humus vengono prelevati come un deflusso e il trabocco viene scaricato come effluente secondario.

Fanghi attivi. Nella forma più comune di questo processo biologico, l'effluente trattato primario confluisce in un serbatoio dell'unità a fanghi attivi contenente una sospensione biologica preesistente denominata fanghi attivi. Questa miscela è indicata come solidi sospesi di liquori misti (MLSS) e viene fornito un periodo di contatto che varia tipicamente da diverse ore fino a 24 ore o più, a seconda dei risultati desiderati. Durante questo periodo la miscela viene fortemente aerata e agitata per favorire l'attività biologica aerobica. Al termine del processo, una parte della miscela (MLSS) viene prelevata e restituita all'affluente per la continuazione del processo di attivazione biologica. La sedimentazione secondaria viene fornita dopo l'unità di fanghi attivi allo scopo di decantare la sospensione di fanghi attivi e scaricare un troppopieno chiarificato come effluente. Il processo è in grado di rimuovere fino a circa il 95% del BOD influente.

Trattamento terziario

Un terzo livello di trattamento può essere fornito laddove sia richiesto un grado più elevato di rimozione degli inquinanti. Questa forma di trattamento può tipicamente includere filtrazione a sabbia, stagni di stabilizzazione, metodi di smaltimento in terra, zone umide e altri sistemi che stabilizzano ulteriormente l'effluente secondario.

Disinfezione degli effluenti

La disinfezione è comunemente richiesta per ridurre batteri e agenti patogeni a livelli accettabili. La clorazione, il biossido di cloro, l'ozono e la luce ultravioletta sono i processi più comunemente usati.

Efficienza complessiva dell'impianto di trattamento delle acque reflue

Le acque reflue comprendono un'ampia gamma di costituenti che generalmente sono classificati come solidi sospesi e disciolti, costituenti inorganici e costituenti organici.

L'efficienza di un sistema di trattamento può essere misurata in termini di rimozione percentuale di questi costituenti. I parametri comuni di misurazione sono:

  • BOD: domanda biochimica di ossigeno, misurata in mg/l
  • MERLUZZO: domanda chimica di ossigeno, misurata in mg/l
  • TSS: solidi sospesi totali, misurati in mg/l
  • TDS: solidi totali disciolti, misurati in mg/l
  • forme di azoto: compresi nitrato e ammoniaca, misurati in mg/l (il nitrato è particolarmente preoccupante come nutriente nell'eutrofizzazione)
  • fosfati: misurato in mg/l (particolarmente preoccupante anche come nutriente nell'eutrofizzazione)
  • pH: grado di acidità, misurato come numero da 1 (più acido) a 14 (più alcalino)
  • conta dei batteri coliformi: misurato come numero più probabile per 100 ml (Escherichia e batteri coliformi fecali sono gli indicatori più comuni).

 

Trattamento delle acque reflue industriali

Tipologie di rifiuti industriali

I rifiuti industriali (non domestici) sono numerosi e variano notevolmente nella composizione; possono essere altamente acidi o alcalini e spesso richiedono un'analisi di laboratorio dettagliata. Potrebbe essere necessario un trattamento specializzato per renderli innocui prima della dimissione. La tossicità è di grande preoccupazione nello smaltimento delle acque reflue industriali.

I rifiuti industriali rappresentativi includono: cellulosa e carta, mattatoi, birrerie, concerie, industrie alimentari, industrie conserviere, chimiche, petrolifere, tessili, zuccheriere, lavanderia, carne e pollame, alimentazione di maiali, rendering e molti altri. Il primo passo nello sviluppo della progettazione del trattamento è un'indagine sui rifiuti industriali, che fornisce dati sulle variazioni del flusso e sulle caratteristiche dei rifiuti. Le caratteristiche dei rifiuti indesiderati elencate da Eckenfelder (1989) possono essere riassunte come segue:

  • sostanze organiche solubili che causano l'esaurimento dell'ossigeno disciolto
  • solidi sospesi
  • tracce organiche
  • metalli pesanti, cianuro e sostanze organiche tossiche
  • colore e torbidità
  • azoto e fosforo
  • sostanze refrattarie resistenti alla biodegradazione
  • olio e materiale galleggiante
  • materiali volatili.

 

L'EPA statunitense ha ulteriormente definito un elenco di sostanze chimiche organiche e inorganiche tossiche con limitazioni specifiche nella concessione dei permessi di scarico. L'elenco include più di 100 composti ed è troppo lungo per essere ristampato qui, ma può essere richiesto all'EPA.

Metodi di trattamento

La gestione dei rifiuti industriali è più specializzata rispetto al trattamento dei rifiuti domestici; tuttavia, ove suscettibili di riduzione biologica, vengono solitamente trattati con metodi analoghi a quelli precedentemente descritti (approcci di trattamento biologico secondario/terziario) per i sistemi municipali.

I bacini di stabilizzazione dei rifiuti sono un metodo comune di trattamento delle acque reflue organiche in cui è disponibile un'area di terra sufficiente. Gli stagni a flusso continuo sono generalmente classificati in base alla loro attività batterica come aerobica, facoltativa o anaerobica. Gli stagni aerati sono riforniti di ossigeno mediante sistemi di aerazione diffusa o meccanica.

La figura 8 e la figura 9 mostrano schizzi di bacini di stabilizzazione dei rifiuti.

Figura 8. Bacino di stabilizzazione a due celle: diagramma della sezione trasversale

EPC060F9

Figura 9. Tipi di laguna aerata: diagramma schematico

EPC60F10

Prevenzione dell'inquinamento e minimizzazione dei rifiuti

Quando le operazioni e i processi all'interno degli impianti dei rifiuti industriali vengono analizzati alla fonte, spesso possono essere controllati in modo da evitare scarichi inquinanti significativi.

Le tecniche di ricircolo sono approcci importanti nei programmi di prevenzione dell'inquinamento. Un esempio di caso di studio è un piano di riciclaggio per un effluente di una conceria di cuoio pubblicato da Preul (1981), che includeva il recupero/riutilizzo del cromo insieme al completo ricircolo di tutte le acque reflue di conceria senza effluenti in nessun flusso tranne che in caso di emergenza. Il diagramma di flusso per questo sistema è mostrato in figura 10.

Figura 10. Diagramma di flusso per il sistema di riciclaggio degli effluenti di conceria

EPC60F11

Per innovazioni più recenti in questa tecnologia, si rimanda il lettore a una pubblicazione sulla prevenzione dell'inquinamento e la minimizzazione dei rifiuti della Water Environment Federation (1995).

Metodi avanzati di trattamento delle acque reflue

Sono disponibili numerosi metodi avanzati per livelli più elevati di rimozione dei costituenti dell'inquinamento, se necessario. Un elenco generale include:

filtrazione (sabbia e multimedia)

precipitazione chimica

adsorbimento di carbonio

elettrodialisi

distillazione

nitrificazione

raccolta delle alghe

bonifica degli effluenti

micro-sforzo

rimozione dell'ammoniaca

osmosi inversa

scambio ionico

applicazione del terreno

denitrificazione

zone umide.

Il processo più appropriato per ogni situazione deve essere determinato sulla base della qualità e della quantità delle acque reflue grezze, del fabbisogno di acqua ricevente e, naturalmente, dei costi. Per ulteriori riferimenti, vedere Metcalf e Eddy 1991, che include un capitolo sul trattamento avanzato delle acque reflue.

Caso studio di trattamento avanzato delle acque reflue

Il caso di studio del Dan Region Sewage Reclamation Project discusso altrove in questo capitolo fornisce un eccellente esempio di metodi innovativi per il trattamento e la bonifica delle acque reflue.

Inquinamento termico

L'inquinamento termico è una forma di spreco industriale, definito come aumento o riduzione deleteri delle normali temperature dell'acqua delle acque riceventi causati dallo smaltimento del calore da impianti di origine umana. Le industrie che producono il maggior calore di scarto sono le centrali elettriche a combustibili fossili (petrolio, gas e carbone) e nucleari, le acciaierie, le raffinerie di petrolio, gli impianti chimici, le cartiere, le distillerie e le lavanderie. Di particolare interesse è l'industria della generazione di energia elettrica che fornisce energia a molti paesi (ad esempio, circa l'80% negli Stati Uniti).

Impatto del calore residuo sulle acque riceventi

Influenza sulla capacità di assimilazione dei rifiuti

  • Il calore aumenta l'ossidazione biologica.
  • Il calore diminuisce il contenuto di saturazione di ossigeno dell'acqua e diminuisce il tasso di riossigenazione naturale.
  • L'effetto netto del calore è generalmente dannoso durante i mesi caldi dell'anno.
  • L'effetto invernale può essere benefico nei climi più freddi, dove le condizioni del ghiaccio sono rotte e l'aerazione superficiale è fornita per i pesci e la vita acquatica.

 

Influenza sulla vita acquatica

Molte specie hanno limiti di tolleranza alla temperatura e necessitano di protezione, in particolare nei tratti di un corso d'acqua o di uno specchio d'acqua colpiti dal calore. Ad esempio, i corsi d'acqua fredda di solito hanno il tipo più alto di pesci sportivi come trote e salmoni, mentre le acque calde generalmente supportano popolazioni di pesci grossolani, con alcune specie come lucci e spigole in acque a temperatura intermedia.

Figura 11. Scambio di calore ai limiti di una sezione d'acqua ricevente

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Analisi termica in acque riceventi

La figura 11 illustra le varie forme di scambio termico naturale ai confini di un'acqua ricevente. Quando il calore viene scaricato in un'acqua ricevente come un fiume, è importante analizzare la capacità del fiume per le aggiunte termiche. Il profilo di temperatura di un fiume può essere calcolato risolvendo un bilancio termico simile a quello utilizzato nel calcolo delle curve di abbassamento dell'ossigeno disciolto. I fattori principali del bilancio termico sono illustrati nella figura 12 per un tratto fluviale compreso tra i punti A e B. Ogni fattore richiede un calcolo individuale dipendente da determinate variabili termiche. Come per il bilancio dell'ossigeno disciolto, il bilancio della temperatura è semplicemente una somma delle attività e passività della temperatura per una data sezione. Altri approcci analitici più sofisticati sono disponibili in letteratura su questo argomento. I risultati dei calcoli del bilancio termico possono essere utilizzati per stabilire i limiti di scarico del calore ed eventualmente alcuni vincoli di utilizzo per un corpo idrico.

Figura 12. Portata fluviale per aggiunte termiche

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Controllo dell'inquinamento termico

I principali approcci per il controllo dell'inquinamento termico sono:

  • miglioramento dell'efficienza operativa della centrale elettrica
  • Torri di raffreddamento
  • stagni di raffreddamento isolati
  • considerazione di metodi alternativi di generazione di energia come l'energia idroelettrica.

 

Dove le condizioni fisiche sono favorevoli entro certi limiti ambientali, l'energia idroelettrica dovrebbe essere considerata un'alternativa alla produzione di energia fossile o nucleare. Nella produzione di energia idroelettrica non c'è smaltimento di calore e non c'è scarico di acque reflue che causano inquinamento idrico.

Controllo dell'inquinamento delle acque sotterranee

Importanza delle acque sotterranee

Poiché le risorse idriche mondiali sono ampiamente estratte dalle falde acquifere, è molto importante che queste fonti di approvvigionamento siano protette. Si stima che oltre il 95% dell'approvvigionamento di acqua dolce disponibile sulla terra sia sotterraneo; negli Stati Uniti circa il 50% dell'acqua potabile proviene da pozzi, secondo l'US Geological Survey del 1984. Poiché l'inquinamento e il movimento delle acque sotterranee sono di natura sottile e invisibile, a volte viene prestata meno attenzione all'analisi e al controllo di questa forma di degrado idrico rispetto all'inquinamento delle acque superficiali, che è molto più evidente.

Figura 13. Ciclo idrologico e fonti di contaminazione delle acque sotterranee

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Fonti di inquinamento sotterraneo

La figura 13 mostra il ciclo idrologico con sorgenti sovrapposte di contaminazione delle acque sotterranee. Un elenco completo delle potenziali fonti di inquinamento del sottosuolo è ampio; tuttavia, per esempio, le fonti più ovvie includono:

  • scarichi di rifiuti industriali
  • corsi d'acqua inquinati a contatto con le falde acquifere
  • operazioni minerarie
  • smaltimento rifiuti solidi e pericolosi
  • serbatoi di stoccaggio sotterranei come per il petrolio
  • sistema di irrigazione
  • ricarica artificiale
  • invasione di acqua di mare
  • fuoriuscite
  • stagni inquinati con fondo permeabile
  • pozzi di smaltimento
  • campi di piastrelle di fosse settiche e pozzi di lisciviazione
  • perforazione impropria del pozzo
  • operazioni agricole
  • sali disgelanti stradali.

 

Gli inquinanti specifici nella contaminazione del sottosuolo sono ulteriormente classificati come:

  • costituenti chimici indesiderati (elenco tipico, non completo) - organici e inorganici (es. cloruro, solfato, ferro, manganese, sodio, potassio)
  • durezza totale e solidi totali disciolti
  • costituenti tossici (elenco tipico, non completo) - nitrato, arsenico, cromo, piombo, cianuro, rame, fenoli, mercurio disciolto
  • caratteristiche fisiche indesiderabili - gusto, colore e odore
  • pesticidi ed erbicidi - idrocarburi clorurati e altri
  • materiali radioattivi - varie forme di radioattività
  • biologico: batteri, virus, parassiti e così via
  • acido (basso pH) o caustico (alto pH).

 

Di quanto sopra, i nitrati destano particolare preoccupazione sia nelle acque sotterranee che in quelle superficiali. Nelle acque sotterranee, i nitrati possono causare la malattia metaemoglobinemia (cianosi infantile). Provocano inoltre dannosi effetti di eutrofizzazione nelle acque superficiali e sono presenti in un'ampia gamma di risorse idriche, come riportato da Preul (1991). Preul (1964, 1967, 1972) e Preul e Schroepfer (1968) hanno anche riferito sul movimento sotterraneo di azoto e altri inquinanti.

Viaggi di inquinamento nel dominio sotterraneo

Il movimento delle acque sotterranee è estremamente lento e sottile rispetto al viaggio delle acque superficiali nel ciclo idrologico. Per una semplice comprensione del viaggio delle normali acque sotterranee in condizioni ideali di flusso costante, la legge di Darcy è l'approccio di base per la valutazione del movimento delle acque sotterranee a bassi numeri di Reynolds (R):

V = K(dh/dl)

dove:

V = velocità delle acque sotterranee in falda, m/giorno

K = coefficiente di permeabilità dell'acquifero

(dh/dl) = gradiente idraulico che rappresenta la forza motrice del movimento.

Nel viaggio inquinante sotterraneo, acque sotterranee ordinarie (H2O) è generalmente il fluido trasportatore e si può calcolare che si muova a una velocità secondo i parametri della Legge di Darcy. Tuttavia, la velocità di viaggio o la velocità di un inquinante, come una sostanza chimica organica o inorganica, può essere diversa a causa dei processi di avvezione e dispersione idrodinamica. Alcuni ioni si muovono più lentamente o più velocemente della velocità generale del flusso delle acque sotterranee a causa delle reazioni all'interno della falda acquifera, in modo che possano essere classificati come "reattivi" o "non reattivi". Le reazioni sono generalmente delle seguenti forme:

  • reazioni fisiche tra l'inquinante e la falda e/o il liquido di trasporto
  • reazioni chimiche tra l'inquinante e la falda e/o il liquido di trasporto
  • azioni biologiche sull'inquinante.

 

I seguenti sono tipici degli inquinanti sotterranei reattivi e non reattivi:

  • sostanze inquinanti reattive - cromo, ione ammonio, calcio, sodio, ferro e così via; cationi in generale; costituenti biologici; componenti radioattivi
  • inquinanti non reagenti - cloruro, nitrato, solfato e così via; alcuni anioni; alcuni pesticidi ed erbicidi chimici.

 

All'inizio, potrebbe sembrare che gli inquinanti reattivi siano il tipo peggiore, ma questo potrebbe non essere sempre il caso perché le reazioni trattengono o ritardano le concentrazioni di viaggio degli inquinanti mentre il viaggio degli inquinanti non reattivi può essere in gran parte disinibito. Sono ora disponibili alcuni prodotti domestici e agricoli "morbidi" che si degradano biologicamente dopo un certo periodo di tempo e quindi evitano la possibilità di contaminazione delle acque sotterranee.

Bonifica delle falde acquifere

La prevenzione dell'inquinamento del sottosuolo è ovviamente l'approccio migliore; tuttavia, l'esistenza incontrollata di condizioni di acque sotterranee inquinate di solito viene resa nota dopo il suo verificarsi, ad esempio dai reclami degli utenti dei pozzi d'acqua nell'area. Sfortunatamente, nel momento in cui il problema viene riconosciuto, potrebbero essersi verificati gravi danni ed è necessario rimediare. La bonifica può richiedere approfondite indagini idrogeologiche in campo con analisi di laboratorio su campioni di acqua al fine di stabilire l'entità delle concentrazioni di inquinanti e dei pennacchi di viaggio. Spesso i pozzi esistenti possono essere utilizzati nel campionamento iniziale, ma i casi più gravi possono richiedere sondaggi estesi e campionamenti dell'acqua. Questi dati possono quindi essere analizzati per stabilire le condizioni attuali e per fare previsioni sulle condizioni future. L'analisi dei viaggi di contaminazione delle acque sotterranee è un campo specializzato che spesso richiede l'uso di modelli computerizzati per comprendere meglio le dinamiche delle acque sotterranee e fare previsioni in base a vari vincoli. A tale scopo sono disponibili in letteratura numerosi modelli computerizzati bi e tridimensionali. Per approcci analitici più dettagliati, si rimanda il lettore al libro di Freeze e Cherry (1987).

Prevenzione dell'inquinamento

L'approccio preferito per la protezione delle risorse idriche sotterranee è la prevenzione dell'inquinamento. Sebbene gli standard per l'acqua potabile si applichino generalmente all'uso delle acque sotterranee, le forniture di acqua grezza richiedono protezione dalla contaminazione. Gli enti governativi come i ministeri della salute, le agenzie per le risorse naturali e le agenzie per la protezione dell'ambiente sono generalmente responsabili di tali attività. Gli sforzi di controllo dell'inquinamento delle acque sotterranee sono in gran parte diretti alla protezione delle falde acquifere e alla prevenzione dell'inquinamento.

La prevenzione dell'inquinamento richiede controlli sull'uso del suolo sotto forma di suddivisione in zone e alcuni regolamenti. Le leggi possono applicarsi alla prevenzione di funzioni specifiche in particolare applicabili a fonti puntuali o azioni che potenzialmente possono causare inquinamento. Il controllo mediante la zonizzazione dell'uso del suolo è uno strumento di protezione delle acque sotterranee che è più efficace a livello di governo municipale o di contea. I programmi di protezione delle falde acquifere e delle teste di pozzo discussi di seguito sono esempi importanti di prevenzione dell'inquinamento.

Un programma di protezione dell'acquifero richiede di stabilire i confini dell'acquifero e delle sue aree di ricarica. Le falde acquifere possono essere di tipo non confinato o confinato e pertanto devono essere analizzate da un idrologo per effettuare questa determinazione. La maggior parte delle principali falde acquifere sono generalmente ben note nei paesi sviluppati, ma altre aree possono richiedere indagini sul campo e analisi idrogeologiche. L'elemento chiave del programma nella protezione dell'acquifero dal degrado della qualità dell'acqua è il controllo dell'uso del suolo sull'acquifero e sulle sue aree di ricarica.

La protezione della testa pozzo è un approccio più definitivo e limitato che si applica all'area di ricarica che contribuisce a un particolare pozzo. Il governo federale degli Stati Uniti, con gli emendamenti approvati nel 1986 al Safe Drinking Water Act (SDWA) (1984), richiede ora che vengano istituite specifiche aree di protezione della testa pozzo per i pozzi di approvvigionamento pubblico. L'area di protezione della testa di pozzo (WHPA) è definita nella SDWA come "l'area superficiale e sotterranea che circonda un pozzo d'acqua o un campo di pozzi, che alimenta un sistema di approvvigionamento idrico pubblico, attraverso la quale è ragionevolmente probabile che i contaminanti si spostino verso e raggiungano tale pozzo o pozzo d'acqua campo." L'obiettivo principale del programma WHPA, come delineato dall'US EPA (1987), è la delimitazione delle aree di protezione dei pozzi sulla base di criteri selezionati, funzionamento dei pozzi e considerazioni idrogeologiche.

 

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Leggi 106254 volte Ultima modifica domenica 21 agosto 2011 17:13

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Contenuti

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