Fondamenti di ingegneria ambientale

Ingegneria ambientale

Glossario

BOD: Biochemical Oxygen Demand
COD: Chemical Oxygen Demand
TOC: Total Organic Carbon
DOC: Dissolved Organic Carbon
TC: Total Carbon
IC: Inorganic Carbon
DO: Dissolved oxygen
TKN: Total Kjeldahl Nitrogen
IR: Indice Respirometrico
ST: Solidi Totali
SS: Sostanza Secca
SV/VS: Solidi Volatili/Volatile Solids
SNV/NVS: Solidi Non Volatili/Non Volatile Solids
SS: Solidi Sospesi
SF: Solidi Filtrabili

Concentrazioni

Massa/volume:
• Molarità (n. moli/volume)
• Tensione di vapore (Pressione del vapore saturo)

Misura della pressione per la quale il fluido si trova in una condizione tale che lo stato gas e liquido sono in equilibrio. Per ogni particella che si trasforma da liquido a gas ce n'è una che da gas va a liquido.

Costante di Henry

C: concentrazione del gas disciolto nel liquido all’equilibrio
P: pressione parziale del gas nel liquido
H: cost. di Henry, funzione del tipo di liquido/gas e della temperatura

La solubilità è il massimo valore di una sostanza che posso trovare in condizione di equilibrio. L’aumento della temperatura produce una diminuzione della solubilità del gas mentre a temperatura costante, la solubilità di un gas è direttamente proporzionale alla pressione che il gas esercita sulla soluzione, essa perciò descrive la tendenza di un soluto a passare in fase aeriforme. Raggiunto l’equilibrio si definisce saturo di quel gas a quella pressione. Se la pressione aumenta altro gas si discioglierà in soluzione, se diminuisce altro gas evaporerà, fino a quando le pressioni non saranno di nuovo all’equilibrio.

Legge di Fick

La velocità di dissoluzione dell’ossigeno è proporzionale alla differenza tra la concentrazione di equilibrio, data dalla costante di Henry e la concentrazione reale. Praticamente regola la velocità con cui la concentrazione d’ossigeno cambia all’interno di un liquido. Più si è vicini alla saturazione, più è bassa la velocità.

Caratterizzazione dei solidi

In un refluo/biomassa/terreno/rifiuto vengono definiti solidi totali (ST) o sostanza secca (SS) tutto ciò che non è acqua. Il contenuto in acqua di una matrice solida è definito come umidità. Il campione intero viene indicato come campione “tal quale” (t.q. = ST + acqua).

Il contenuto di ST per una matrice:

• Solida: (ST = 35% in 1000kg t.q. ci sono 350kg di ST e 650kg d’acqua)
• Liquida: (ST=3000mg/l in 1l di campione t.q. ci sono 3000mg=3g di ST)

Essiccando il campione posto in una capsula di ceramica a 105° per 24h (stufa) si misurano i ST, infatti la differenza di peso del campione (pesato prima e dopo dell'essiccazione) è la quantità di acqua evaporata, l’umidità che era presente. Poi i ST vengono essiccati a loro volta a 550° per 4h (muffola). La materia che è volatilizzata è definita come solidi volatili (SV) e corrisponde al contenuto organico, mentre la materia rimanente, definita come solidi non volatili (SNV) o cenere, è il contenuto inorganico.

I SV sono una buona approssimazione del contenuto di materia organica in una matrice. Si dicono sostanze organiche le sostanze che contengono carbonio (alcune eccezioni: CO₂, Calcare, Grafite, Diamante).

Classificazione dei solidi

• Solidi sospesi o non filtrabili (SS): solidi che vengono trattenuti da un filtro di porosità standard.
• Solidi filtrabili (FS): solidi che attraversano il filtro di porosità standard.

Caratterizzazione di acque e rifiuti

Fasi e metodi di caratterizzazione

1. Campionamento
2. Metodi analitici:
• Classici (analisi volumetriche, analisi termo-gravimetriche, distillazioni)
• Strumentali (analisi: spettrografiche, cromatografiche, potenziometriche, respirometriche)

Analisi volumetriche (titolazione)

La titolazione è una metodologia analitica finalizzata a determinare la concentrazione (titolo) di una sostanza in soluzione (analita) utilizzando il volume di un'altra sostanza in soluzione (titolante) a concentrazione nota. La concentrazione viene espressa in normalità, in quanto volumi uguali di soluzioni aventi la stessa normalità contengono un ugual numero di equivalenti. Quando il numero di equivalenti del titolante aggiunti sono uguali al numero di equivalenti dell’analita si dice che si è raggiunto il punto di equivalenza (neqtit=neqx). Il punto di equivalenza può essere messo in evidenza con un indicatore, capace di far mutare la colorazione della soluzione quando si raggiunge il punto di fine titolazione, oppure può essere determinato mediante misure potenziometriche, sfruttando proprietà fisiche della soluzione (es. determinazione del pH).

Analisi volumetriche (distillazione)

Tra i parametri più importanti che si determinano, su campioni sia solidi che liquidi, utilizzando titolazioni e distillazioni vi sono forme di azoto, intese come TKN e azoto ammoniacale.

Analisi spettrofotometriche

Tra i parametri più importanti che si determinano, solo su campioni liquidi, utilizzando le analisi spettrofotometriche, ed in particolare quelle colorimetriche, vi sono le forme di azoto (azoto ammoniacale, azoto nitroso e azoto nitrico) ed il COD. Tra i parametri più importanti che si determinano utilizzando la spettrofotometria infrarossa vi è l'analisi elementare del carbonio.

Analisi potenziometriche

Tra i parametri più importanti che si determinano utilizzando la potenziometria vi è il BOD.

BOD: Biochemical Oxygen Demand

Rappresenta la misura dell’ossigeno necessario ad ossidare biochimicamente un campione liquido di sostanze organiche biodegradabili cioè misura la quantità di ossigeno necessaria ai batteri aerobi per l’ossidazione biochimica delle sostanze organiche biodegradabili. Indirettamente fornisce un’informazione sulla misura delle sostanze organiche biodegradabili presenti in un campione nell’ipotesi che tanto maggiore è la concentrazione di sostanza biodegradabile tanto maggiore sarà lo sviluppo di microorganismi e conseguentemente il consumo di ossigeno necessario per le reazioni di ossidazione. Se viene sversato un inquinante in un corso d’acqua i batteri presenti cominciano il processo di degradazione, da cui traggono energia e materia per la riproduzione, utilizzando l’ossigeno presente nell’acqua. Dalla diminuzione della quantità di ossigeno nell’acqua si può stimare la quantità di inquinante organico sversato. Visto che si considera il consumo di ossigeno per risalire alla quantità di inquinante bisogna inibire altri processi che consumano ossigeno (nitrificazione).

Unità di misura: [mg/l] o [g/m³] O₂

BOD₅

Rappresenta la misura dell’ossigeno necessario per l’ossidazione biochimica delle sostanze presenti in un campione liquido tenuto in incubazione per 5 giorni al buio a 20°C. Questa determinazione riproduce in laboratorio le condizioni verificabili nei corpi idrici e negli impianti di depurazione biologici. Così si stima il massimo valore di BOD₅ ottenibile nelle migliori condizioni di reazione. Da ricordare che nelle acque reflue non c'è sufficiente ossigeno perciò bisogna aggiungerlo prima dei test. Il periodo di 5 giorni è un intervallo di tempo tale da consentire di eliminare le interferenze provocate da una cattiva acclimatazione dei batteri e le interferenze dovute alla nitrificazione dell’ammoniaca.

L = concentrazione di sost. organica biodegradabile
k = cost. di biodegradabilità (varia a seconda del refluo). Valori maggiori spostano la curva del BOD verso l’alto che è indice di maggiore biodegradabilità.