19. Quanti metodi di diluizione del campione d'acqua esistono per la misurazione del BOD5? Quali sono le precauzioni operative?
Nella misurazione del BOD5, i metodi di diluizione del campione d'acqua si dividono in due tipi: metodo di diluizione generale e metodo di diluizione diretta. Il metodo di diluizione generale richiede una maggiore quantità di acqua di diluizione o di acqua di inoculo.
Il metodo di diluizione generale consiste nell'aggiungere circa 500 ml di acqua di diluizione o di inoculo in un cilindro graduato da 1 o 2 litri, quindi aggiungere un certo volume calcolato di campione d'acqua, aggiungere altra acqua di diluizione o di inoculo fino al segno di taratura e utilizzare una bacchetta di vetro rotonda con l'estremità in gomma per mescolare lentamente il campione sotto la superficie dell'acqua. Infine, utilizzare un sifone per introdurre la soluzione di campione d'acqua uniformemente miscelata in una bottiglia di coltura, riempirla fino a un leggero trabocco, chiudere accuratamente la bottiglia con il tappo e sigillarla con acqua. Per campioni d'acqua con un secondo o terzo rapporto di diluizione, è possibile utilizzare la soluzione di miscelazione rimanente. Dopo aver calcolato, è possibile aggiungere una certa quantità di acqua di diluizione o di inoculo, mescolare e introdurre nella bottiglia di coltura nello stesso modo.
Il metodo di diluizione diretta consiste nell'introdurre per primo circa metà del volume di acqua di diluizione o di acqua di inoculazione in una bottiglia di coltura di volume noto mediante sifonamento, quindi iniettare lungo la parete della bottiglia il volume di campione d'acqua da aggiungere a ciascuna bottiglia di coltura, calcolato in base al fattore di diluizione, quindi introdurre acqua di diluizione o di inoculazione fino al collo della bottiglia, chiudere accuratamente il tappo e sigillare l'imboccatura della bottiglia con acqua.
Quando si utilizza il metodo di diluizione diretta, è necessario prestare particolare attenzione a non introdurre l'acqua di diluizione o, in alternativa, a non inocularla troppo rapidamente alla fine. Allo stesso tempo, è necessario definire le regole operative per l'introduzione del volume ottimale, al fine di evitare errori causati da un eccessivo trabocco.
Indipendentemente dal metodo utilizzato, quando si introduce il campione d'acqua nella bottiglia di coltura, l'operazione deve essere delicata per evitare la formazione di bolle, la dissoluzione dell'aria nell'acqua o la fuoriuscita di ossigeno. Allo stesso tempo, assicurarsi di chiudere bene la bottiglia per evitare la presenza di bolle d'aria al suo interno, che potrebbero influenzare i risultati della misurazione. Quando la bottiglia di coltura viene incubata, il livello dell'acqua nella bottiglia deve essere controllato quotidianamente e rabboccato tempestivamente per evitare che l'acqua di sigillatura evapori e permetta all'aria di entrare nella bottiglia. Inoltre, i volumi delle due bottiglie di coltura utilizzate prima e dopo 5 giorni devono essere identici per ridurre al minimo gli errori.
20. Quali sono i possibili problemi che possono sorgere durante la misurazione del BOD5?
Quando si misura il BOD5 nell'effluente di un impianto di depurazione con nitrificazione, poiché contiene molti batteri nitrificanti, i risultati della misurazione includono la domanda di ossigeno di sostanze contenenti azoto come l'azoto ammoniacale. Quando è necessario distinguere la domanda di ossigeno di sostanze carboniose da quella di sostanze azotate nei campioni d'acqua, si può utilizzare il metodo di aggiunta di inibitori della nitrificazione all'acqua di diluizione per eliminare la nitrificazione durante il processo di determinazione del BOD5. Ad esempio, aggiungendo 10 mg di 2-cloro-6-(triclorometil)piridina o 10 mg di propenil tiourea, ecc.
Il rapporto BOD5/CODCr è vicino a 1 o addirittura superiore a 1, il che spesso indica un errore nel processo di analisi. Ogni fase dell'analisi deve essere rivista e occorre prestare particolare attenzione all'uniformità del prelievo del campione d'acqua. È possibile che il rapporto BOD5/CODMn sia vicino a 1 o addirittura superiore a 1, poiché il grado di ossidazione dei componenti organici nei campioni d'acqua da parte del permanganato di potassio è molto inferiore a quello del dicromato di potassio. Il valore di CODMn dello stesso campione d'acqua a volte è inferiore al valore di CODCr.
Quando si verifica un fenomeno ricorrente per cui maggiore è il fattore di diluizione, maggiore è il valore del BOD5, la ragione è solitamente da ricercarsi nella presenza nel campione d'acqua di sostanze che inibiscono la crescita e la riproduzione dei microrganismi. Quando il fattore di diluizione è basso, la proporzione di sostanze inibitorie presenti nel campione d'acqua è maggiore, impedendo ai batteri di effettuare un'efficace biodegradazione e determinando quindi risultati di misurazione del BOD5 inferiori alla norma. In questo caso, è necessario individuare i componenti o le cause specifiche delle sostanze antibatteriche e procedere a un pretrattamento efficace per eliminarle o mascherarle prima della misurazione.
Quando il rapporto BOD5/CODCr è basso, ad esempio inferiore a 0,2 o addirittura inferiore a 0,1, se il campione d'acqua analizzato è costituito da acque reflue industriali, ciò potrebbe essere dovuto alla scarsa biodegradabilità della materia organica presente nel campione. Tuttavia, se il campione d'acqua analizzato è costituito da acque reflue urbane o da acque reflue industriali, che rappresentano una parte delle acque reflue domestiche, la causa non è solo la presenza di sostanze chimiche tossiche o antibiotici, ma più comunemente un valore di pH non neutro e la presenza di residui di fungicidi a base di cloro. Per evitare errori, durante la misurazione del BOD5, i valori di pH del campione d'acqua e dell'acqua di diluizione devono essere regolati rispettivamente a 7 e 7,2. È necessario effettuare controlli di routine sui campioni d'acqua che potrebbero contenere ossidanti come il cloro residuo.
21. Quali sono gli indicatori che segnalano la presenza di nutrienti vegetali nelle acque reflue?
I nutrienti per le piante includono azoto, fosforo e altre sostanze necessarie alla crescita e allo sviluppo delle piante. Un apporto moderato di nutrienti può favorire la crescita di organismi e microrganismi. Un eccesso di nutrienti che entrano nel corpo idrico provoca la proliferazione delle alghe, dando luogo al cosiddetto fenomeno di "eutrofizzazione", che a sua volta deteriora ulteriormente la qualità dell'acqua, compromette la produzione ittica e nuoce alla salute umana. Una grave eutrofizzazione dei laghi poco profondi può portare al loro allagamento e alla morte.
Allo stesso tempo, i nutrienti vegetali sono componenti essenziali per la crescita e la riproduzione dei microrganismi nei fanghi attivi e rappresentano un fattore chiave per il normale funzionamento del processo di trattamento biologico. Pertanto, gli indicatori di nutrienti vegetali nell'acqua sono utilizzati come importanti indicatori di controllo negli impianti convenzionali di depurazione delle acque reflue.
Gli indicatori di qualità dell'acqua che segnalano la presenza di nutrienti nelle acque reflue sono principalmente composti azotati (come azoto organico, azoto ammoniacale, nitriti e nitrati, ecc.) e composti fosforici (come fosforo totale, fosfati, ecc.). Nei processi convenzionali di depurazione delle acque reflue, si monitorano generalmente l'azoto ammoniacale e i fosfati nelle acque in entrata e in uscita. Questo serve, da un lato, a garantire il normale funzionamento del trattamento biologico e, dall'altro, a verificare se l'effluente rispetta gli standard nazionali di scarico.
22. Quali sono gli indicatori di qualità dell'acqua relativi ai composti azotati comunemente utilizzati? Come sono correlati tra loro?
Gli indicatori di qualità dell'acqua comunemente utilizzati per rappresentare i composti azotati nell'acqua includono l'azoto totale, l'azoto Kjeldahl, l'azoto ammoniacale, i nitriti e i nitrati.
L'azoto ammoniacale è l'azoto presente nell'acqua sotto forma di NH3 e NH4+. È il primo prodotto della decomposizione ossidativa dei composti organici azotati ed è un indicatore di inquinamento idrico. L'azoto ammoniacale può essere ossidato a nitrito (espresso come NO2-) per azione dei batteri nitrificanti, e il nitrito può essere ossidato a nitrato (espresso come NO3-) per azione dei batteri nitrificanti. Il nitrato può anche essere ridotto a nitrito per azione dei microrganismi in un ambiente privo di ossigeno. Quando l'azoto nell'acqua è presente principalmente sotto forma di nitrato, ciò può indicare che il contenuto di materia organica azotata nell'acqua è molto basso e che il corpo idrico ha raggiunto un processo di autopurificazione.
La somma dell'azoto organico e dell'azoto ammoniacale può essere misurata utilizzando il metodo Kjeldahl (GB 11891–89). Il contenuto di azoto nei campioni d'acqua misurato con il metodo Kjeldahl è anche chiamato azoto Kjeldahl, quindi l'azoto Kjeldahl comunemente noto è azoto ammoniacale e azoto organico. Dopo aver rimosso l'azoto ammoniacale dal campione d'acqua, questo viene misurato con il metodo Kjeldahl. Il valore misurato è l'azoto organico. Se l'azoto Kjeldahl e l'azoto ammoniacale vengono misurati separatamente nei campioni d'acqua, la differenza è anch'essa azoto organico. L'azoto Kjeldahl può essere utilizzato come indicatore di controllo per il contenuto di azoto dell'acqua in ingresso agli impianti di depurazione e può anche essere utilizzato come indicatore di riferimento per il controllo dell'eutrofizzazione di corpi idrici naturali come fiumi, laghi e mari.
L'azoto totale è la somma dell'azoto organico, dell'azoto ammoniacale, dell'azoto nitritico e dell'azoto nitrico presenti nell'acqua, che a sua volta è la somma dell'azoto Kjeldahl e dell'azoto ossidico totale. L'azoto totale, l'azoto nitritico e l'azoto nitrico possono essere misurati mediante spettrofotometria. Per il metodo di analisi dell'azoto nitritico, si veda la norma GB7493-87, per il metodo di analisi dell'azoto nitrico, si veda la norma GB7480-87, e per il metodo di analisi dell'azoto totale, si veda la norma GB 11894-89. L'azoto totale rappresenta la somma dei composti azotati presenti nell'acqua. È un indicatore importante per il controllo dell'inquinamento delle acque naturali e un parametro di controllo fondamentale nel processo di depurazione delle acque reflue.
23. Quali sono le precauzioni da adottare per la misurazione dell'azoto ammoniacale?
I metodi comunemente utilizzati per la determinazione dell'azoto ammoniacale sono i metodi colorimetrici, in particolare il metodo colorimetrico con reagente di Nessler (GB 7479–87) e il metodo con acido salicilico e ipoclorito (GB 7481–87). I campioni d'acqua possono essere conservati mediante acidificazione con acido solforico concentrato. Il metodo specifico prevede l'utilizzo di acido solforico concentrato per regolare il valore del pH del campione d'acqua tra 1,5 e 2 e la sua conservazione a 4 °C. Le concentrazioni minime rilevabili del metodo colorimetrico con reagente di Nessler e del metodo con acido salicilico e ipoclorito sono rispettivamente di 0,05 mg/L e 0,01 mg/L (calcolate in N). Quando si misurano campioni d'acqua con una concentrazione superiore a 0,2 mg/L, si può utilizzare il metodo volumetrico (CJ/T75–1999). Per ottenere risultati accurati, indipendentemente dal metodo di analisi utilizzato, il campione d'acqua deve essere predistillato prima della misurazione dell'azoto ammoniacale.
Il valore del pH dei campioni d'acqua ha una grande influenza sulla determinazione dell'ammoniaca. Se il valore del pH è troppo alto, alcuni composti organici contenenti azoto si convertiranno in ammoniaca. Se il valore del pH è troppo basso, parte dell'ammoniaca rimarrà nell'acqua durante il riscaldamento e la distillazione. Per ottenere risultati accurati, il campione d'acqua deve essere portato a pH neutro prima dell'analisi. Se il campione d'acqua è troppo acido o alcalino, il valore del pH può essere regolato a pH neutro con una soluzione di idrossido di sodio 1 mol/L o una soluzione di acido solforico 1 mol/L. Quindi aggiungere una soluzione tampone fosfato per mantenere il valore del pH a 7,4 e poi eseguire la distillazione. Dopo il riscaldamento, l'ammoniaca evapora dall'acqua allo stato gassoso. A questo punto, si utilizza acido solforico diluito 0,01-0,02 mol/L (metodo fenolo-ipoclorito) o acido borico diluito al 2% (metodo del reagente di Nessler) per assorbirla.
Per alcuni campioni d'acqua con un elevato contenuto di Ca2+, dopo l'aggiunta di una soluzione tampone fosfato, Ca2+ e PO43- generano un precipitato insolubile di Ca3(PO43-)2 e rilasciano H+ nel fosfato, il che abbassa il valore del pH. Ovviamente, anche altri ioni che possono precipitare con il fosfato possono influenzare il valore del pH dei campioni d'acqua durante la distillazione a caldo. In altre parole, per un tale campione d'acqua, anche se il valore del pH viene regolato a neutro e viene aggiunta una soluzione tampone fosfato, il valore del pH sarà comunque molto inferiore al valore atteso. Pertanto, per campioni d'acqua di cui non si conosce la composizione, è necessario misurare nuovamente il valore del pH dopo la distillazione. Se il valore del pH non è compreso tra 7,2 e 7,6, è necessario aumentare la quantità di soluzione tampone. Generalmente, si dovrebbero aggiungere 10 mL di soluzione tampone fosfato per ogni 250 mg di calcio.
24. Quali sono gli indicatori di qualità dell'acqua che riflettono il contenuto di composti contenenti fosforo nell'acqua? Come sono correlati tra loro?
Il fosforo è uno degli elementi necessari alla crescita degli organismi acquatici. La maggior parte del fosforo presente nell'acqua si trova in varie forme di fosfati, mentre una piccola quantità è presente sotto forma di composti organici del fosforo. I fosfati nell'acqua possono essere suddivisi in due categorie: ortofosfati e fosfati condensati. Gli ortofosfati si riferiscono ai fosfati che esistono sotto forma di PO43-, HPO42-, H2PO4-, ecc., mentre i fosfati condensati includono pirofosfato e acido metafosforico. Sono presenti anche sali e fosfati polimerici, come P2O74-, P3O105-, HP3O92-, (PO3)63-, ecc. I composti organofosforici includono principalmente fosfati, fosfiti, pirofosfati, ipofosfiti e fosfati amminici. La somma dei fosfati e del fosforo organico è chiamata fosforo totale ed è anche un importante indicatore della qualità dell'acqua.
Il metodo di analisi del fosforo totale (vedere GB 11893–89 per i metodi specifici) consiste in due fasi fondamentali. La prima fase prevede l'utilizzo di ossidanti per convertire le diverse forme di fosforo presenti nel campione d'acqua in fosfati. La seconda fase consiste nella misurazione dell'ortofosfato e nel successivo calcolo inverso del contenuto di fosforo totale. Durante le normali operazioni di trattamento delle acque reflue, è necessario monitorare e misurare il contenuto di fosfati nelle acque reflue in ingresso all'impianto di trattamento biochimico e nell'effluente della vasca di sedimentazione secondaria. Se il contenuto di fosfati nell'acqua in ingresso è insufficiente, è necessario aggiungere una certa quantità di fertilizzante fosfatico per integrarlo; se il contenuto di fosfati nell'effluente della vasca di sedimentazione secondaria supera il limite nazionale di scarico di primo livello di 0,5 mg/L, è necessario valutare misure di rimozione del fosforo.
25. Quali sono le precauzioni da adottare per la determinazione del fosfato?
Il metodo per misurare il fosfato prevede che, in condizioni acide, il fosfato e il molibdato di ammonio generino acido fosfomolibdico eteropolico, che viene ridotto a un complesso blu (denominato blu di molibdeno) utilizzando l'agente riducente cloruro stannoso o acido ascorbico. (Metodo CJ/T78–1999), è possibile utilizzare anche un combustibile alcalino per generare complessi colorati multicomponenti per la misurazione spettrofotometrica diretta.
I campioni d'acqua contenenti fosforo sono instabili ed è preferibile analizzarli immediatamente dopo il prelievo. Se l'analisi non può essere effettuata subito, aggiungere 40 mg di cloruro di mercurio o 1 ml di acido solforico concentrato a ciascun litro di campione d'acqua per la conservazione, quindi conservare il campione in una bottiglia di vetro scuro e riporlo in frigorifero a 4 °C. Se il campione d'acqua viene utilizzato solo per l'analisi del fosforo totale, non è necessario alcun trattamento di conservazione.
Poiché i fosfati possono essere adsorbiti sulle pareti delle bottiglie di plastica, queste non possono essere utilizzate per conservare campioni d'acqua. Tutte le bottiglie di vetro utilizzate devono essere risciacquate con acido cloridrico caldo diluito o acido nitrico diluito, e poi risciacquate più volte con acqua distillata.
26. Quali sono i vari indicatori che riflettono il contenuto di materia solida nell'acqua?
La materia solida presente nelle acque reflue comprende materiale galleggiante sulla superficie dell'acqua, materiale sospeso nell'acqua, materiale sedimentabile che si deposita sul fondo e materiale solido disciolto nell'acqua. Gli oggetti galleggianti sono pezzi o particelle di grandi dimensioni di impurità che galleggiano sulla superficie dell'acqua e hanno una densità inferiore a quella dell'acqua. Il materiale sospeso è costituito da piccole particelle di impurità sospese nell'acqua. Il materiale sedimentabile è costituito da impurità che possono depositarsi sul fondo del corpo idrico dopo un certo periodo di tempo. Quasi tutte le acque reflue contengono materiale sedimentabile con una composizione complessa. Il materiale sedimentabile composto principalmente da materia organica è chiamato fanghi, mentre quello composto principalmente da materia inorganica è chiamato residuo. Gli oggetti galleggianti sono generalmente difficili da quantificare, ma diverse altre sostanze solide possono essere misurate utilizzando i seguenti indicatori.
L'indicatore che riflette il contenuto totale di solidi nell'acqua è il contenuto di solidi totali. In base alla solubilità dei solidi in acqua, i solidi totali possono essere suddivisi in solidi disciolti (DS) e solidi sospesi (SS). In base alle proprietà volatili dei solidi in acqua, i solidi totali possono essere suddivisi in solidi volatili (VS) e solidi fissi (FS, anche detti ceneri). Tra questi, i solidi disciolti (DS) e i solidi sospesi (SS) possono essere ulteriormente suddivisi in solidi volatili disciolti, solidi non volatili disciolti, solidi volatili sospesi, solidi non volatili sospesi e altri indicatori.
Data di pubblicazione: 28 settembre 2023
