Qualità dell`acqua

Laboratorio di Spettrometria di Massa
Dipartimento di Scienze chimiche
Università di Napoli Federico II
Idrocarburi Policiclici
Aromatici (IPA)
Policlorobifenili (PCB)
Ftalati
Fenoli
Diossine e furani
Aldeidi
Pesticidi
Composti organici
volatile (VOC)
Idrocarburi aromatici
Idrocarburi alogenati
Idrocarburi ≥12
Idrocarburi ≤ 12
Metalli
Anioni
Cationi
pH
COD
BOD
TOC
Composti organici
Tensioattivi
Struttura dei tensioattivi
Sono costituiti da molecole composte da un gruppo lipofilo
(affine quindi alle sostanze grasse) combinato con un gruppo
fortemente idrofilo (affine quindi a sostanze polari come l’acqua).
In genere il gruppo idrofobo è rappresentato da un radicale
idrocarburico (R).
Meccanismo di azione
Per questa ragione si orientano sull’interfaccia aria-acqua
o grasso-acqua provocando una diminuzione della
tensione superficiale: bagnano prontamente le
superfici, rimuovono lo sporco, penetrano nei materiali
porosi, disperdono le particelle solide, emulsionano oli,
grassi e producono schiuma per agitazione.
Per queste proprietà sono largamente utilizzati come
detergenti.
Meccanismo di azione
L’azione del tensioattivo permettere di ridurre la tensione
superficiale e quindi l’angolo di contatto acqua-superficie
Tensioattivi di sintesi
I primi prodotti di sintesi erano caratterizzati da bassa biodegradabilità,
l’introduzione di molecole più semplici a catena lineare (LAS= alchilbenzeni
solfonati linerari) ha ridotto questo problema. Si tratta di un’ampia classe di
sostanze che possono essere suddivisi in cationici, anionici (denominati
anche MBAS) e non ionici (denominati anche BiAS), a seconda della carica
assunta in acqua dalla parte attiva della molecola.
La loro presenza è causa di problemi di ordine tecnico, perché creano
difficoltà alla sedimentazione ed agli scambi gassosi all’interfaccia liquido gas,
ed organolettico in quanto a basse concentrazioni (0.2 ppm) producono sapori
sgradevoli. Alcuni additivi dei detergenti commerciali sono implicati in
problemi ambientali (p.es. polifosfati).
Composti della biodegradazione di alcuni tensioattivi non ionici (alchilfenoli
etossilati) possono essere fortemente tossici (p.es. nonilfenolo).
Usati nell’industria dei pesticidi possono avere un effetto sinergico per la
tossicità di questi ultimi che possono penetrare più facilmente.
Pesticidi: insetticidi ed
erbicidi
Sostanze utilizzate allo scopo di distruggere, reprimere o comunque
controllare la crescita di insetti, roditori, piante, malerbe o altre
forme di vita indesiderate.
I comuni pesticidi possono essere classificati in tre gruppi: Pesticidi
inorganici, pesticidi organici naturali e pesticidi organici sintetici.
Per quanto attiene gli insetticidi attualmente vengono utilizzati
principalmente quelli organici sintetici: insetticidi organoclorurati,
insetticidi organofosforati e insetticidi carbammati.
I pesticidi organoclorurati (p.es. DDT), soprattutto sotto forma di
insetticidi, furono introdotti fra gli anni 1940-1950. Gli effetti
ambientali sono risultati molto gravi (bassa biodegradabilità, bassa
solubilità in acqua, elevata solubilità nelle sostanze organiche,
persistenza ambientale e bioaccumulo).
Gli erbicidi più frequentemente utilizzati sono quelli organici.
Idrocarburi
Gli idrocarburi sono composti organici,
che contengono soltanto atomi di
carbonio e di idrogeno. Gli atomi di
carbonio (C) sono legati tra loro a
formare lo scheletro della molecola,
mentre gli idrogeni (H) sporgono da
questo scheletro.
Solubilità in acqua
Sono sostanze apolari poco solubili in
acqua, e rientrano, pertanto, fra le
sostanze dette NAPL:
Non Aqueous Phase Liquid
DNAPL
LNAPL
Più dense dell’acqua
Meno dense dell’acqua
Oli minerali
Sono tutti i derivati del petrolio (nafta,
lubrificanti,…). Possono ritrovarsi in acque
superficiali (perdite).
Non presentano elevata tossicità (a meno che
non siano presenti additivi). Conferiscono
sapore e odore sgradevole.
Benzene
Il benzene è un idrocarburo aromatico
strutturato, come molecola planare, ad anello
esagonale ed è costituito da 6 atomi di
carbonio e 6 atomi di idrogeno (formula
C6H6). Rappresenta la sostanza aromatica
con la struttura molecolare più semplice e per
questo lo si può definire il composto-base
della classe degli idrocarburi aromatici.
Il benzene a temperatura ambiente si presenta come
un liquido incolore che evapora all’aria molto
velocemente. E' caratterizzato da un odore pungente e
dolciastro che la maggior parte delle persone può già
percepire alla concentrazione di 1,5-4,7 ppm
(nell’acqua, dove si dissolve piuttosto lentamente, il
sapore inizia a sentirsi a 0,5-4,5 ppm).
E’ un composto cancerogeno.
Utilizzo del Benzene
Prima di essere riconosciuto come cancerogeno, trovava
largo impiego come additivo anti-detonante nella
cosiddetta “benzina verde” in sostituzione del piombo
tetraetile. Ora il suo impiego è fortemente ridotto per le
stringenti normative sui carburanti. Viene inoltre usato
nella produzione del napalm.
È un importante solvente nonché un reattivo basilare
nella sintesi di numerosi composti, farmaci, materie
plastiche, gomme sintetiche, polimeri, coloranti.
Si trova in natura nel petrolio greggio, ma in genere viene
sintetizzato partendo da altri composti ottenuti dal
petrolio.
Sottoprodotti e
Prodotti di sintesi
Idrocarburi policiclici
aromatici (IPA)
Simili al benzene sono costituiti da numerosi
anelli uniti fra loro attraverso una coppia di
atomi di carbonio. I più importanti sono il
naftalene, l’antracene ed il fenantrene. Tali
composti sono presenti come contaminanti
in diversi tipi di aree industriali (raffinerie,
cockerie). Alcuni sono usati nella
preparazione dei coloranti. Possono essere
prodotti da processi incompleti di
combustione, in particolare del legno e del
carbone. Nelle acque sono adsorbiti dai
sedimenti o assimilati dai mitili.
PCB
I policlorobifenili (PCB) sono una serie di composti
largamente impiegati a livello industriale come
plasticizzanti, deinchiostranti e come fluidi
refrigeranti nelle apparecchiature elettriche
(trasformatori e condensatori). Chimicamente i
bifenili si formano dal benzene ad alta temperatura.
Dal punto di vista ambientale presentano un
comportamento simile a quello degli insetticidi
organoclorurati. Tali composti sono oggi molto
diffusi in ambiente a causa del largo uso che ne è
stato fatto a partire dagli anni ’50.
Diossine
Le diossine sono una classe di composti organici aromatici
clorurati la cui struttura consiste di due anelli benzenici legati da
due atomi di ossigeno e con legati uno o più atomi di cloro.
Formula di struttura delle diossine
Nella terminologia corrente il termine diossina è spesso
usato come sinonimo di TCDD o 2,3,7,8-tetraclorodibenzo-p-diossina (figura 2):
in realtà si conoscono 210 tipi diversi tra diossine (73 tipi) e furani,
strettamente correlati per caratteristiche e tossicità (figure 3, 4).
Le fonti di diossine possono essere diverse: incenerimento di
legname trattato con fungicidi a base di clorofenoli, uso di
sbiancanti a base di cloro nell’industria cartaria, impianti di
incenerimento di rifiuti solidi (senza camera di postcombustione).
La diossina, altamente lipofila, tende a bioaccumularsi nella
catena alimentare.
Furani
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Un forte riscaldamento dei PCB in presenza di
ossigeno porta alla formazione di dibenzofurani,
composti strutturalmente simili alle diossine. Come
la diossina i furani si formano in numerosi processi
industriali, in particolare nella produzione della
carta e nell’incenerimento dei rifiuti solidi urbani.
Fenoli
Sono i composti derivati dal fenolo.
Utilizzati come intermedi chimici in un
ampio numero di processi industriali.
Possono essere formati da processi di
degradazione microbica di altri composti
organici. La loro presenza in acque è
quasi certamente di origine antropica.
composti fenolici, sono caratterizzati da
elevata tossicità nei confronti delle specie
animali.
Solventi
Si tratta di una classe che comprende un
numero estremamente elevato di
composti naturali e, spesso, di sintesi di
varia natura. Si tratta solitamente di
composti poco biodegradabili e molto
tossici già a concentrazioni molto basse
(g/l). Molti di questi sono cancerogeni. I
più pericolosi sono quelli caratterizzati da
notevole volatilità.
Quali sono i composti definibili come
solventi
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gli idrocarburi aromatici (benzene, toluene, xilene, stirene, cumene)
- gli idrocarburi alifatici ed aliciclici (petrolio, benzina, nafta solvente)
- gli idrocarburi alogenati
a) bromosostituiti (bromuro di metile)
b) iodio-sostituiti (iodoformio e ioduro di metile)
c) fluorosostituiti (fluoroalcani o freon e fluoroalcheni)
d) clorurati (Alifatici: cloruro di metile e di etile, diclorometano,
tetracloruro di carbonio, cloroformio, monocloroetano, dicloroetano,
tricloroetano e tetracloroetano, monocloroetilene, dicloroetilene,
tricloroetilene e
tetracloroetilene. Aromatici: monoclorobenzene
e diclorobenzene)
- gli alcoli (metilico, etilico, isopropilico, isobutilico)
- i chetoni (acetone, metiletilchetone, metilisobutilchetone, cicloesanone,
metilcicloesanone)
- gli esteri (acetati, lattati, formiati, ftalati, dimetilsolfati)
- le aldeidi (acetaldeide, glutaraldeide)
- gli eteri (etere etilico)
- i glicoli e derivati (glicole etilenico, propilenglicole, metilcellosolve,
diossano)
- il disolfuro di carbonio.
Solventi clorurati
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I solventi clorurati sono composti derivati dagli idrocarburi
alifatici o dagli idrocarburi ciclici, nei quali uno o più atomi di
idrogeno sono sostituiti da altrettanti atomi di cloro.
Si tratta di sostanze dotate, nella massima parte, di un
ottimo potere solvente, propellente, refrigerante e di scarsa
infiammabilità.
Per le loro caratteristiche trovano largo impiego
nell'industria chimica, tessile, della gomma, delle materie
plastiche, degli estintori di incendio, dei liquidi refrigeranti,
nelle operazioni di sgrassaggio e pulitura di metalli, pelli e
tessuti.
Composti organici di
recente interesse
Negli ultimi anni si è iniziato a valutare il
possibile impatto inquinante causato
da altri composti organici, di largo
consumo, presenti solitamente in
concentrazione molto basse:
- Antibiotici ad uso umano ed animale;
- Farmaci;
- Ormoni.