Merceologia e qualità delle risorse

L’ACQUA COME RISORSA

PROPRIETÀ DELL’ACQUA

L’acqua il composto più abbondante e diffuso in natura ed è uno dei componenti essenziali per la

vita; inoltre, tutti gli organismi viventi sono costituiti per il 60-90% di acqua.

Il 70,8% della superficie terrestre è costituita da oceani e dai mari che formano l’idrosfera insieme

alle acque del suolo e dell'atmosfera.

La molecola dell'acqua è costituita da 2 atomi di idrogeno H e uno di ossigeno O legati da legami

covalenti. La molecola dell’acqua costituisce un dipolo ed è quindi polare. Grazie alla polarità

dell'acqua, le molecole tendono ad associarsi in gruppi, tra cui si instaurano i legami ad idrogeno.

Per le proprietà fisiche e l'elevato grado di purezza, l'acqua è la sostanza di riferimento per definire

grandezze chimico-fisiche quali la densità, le scale termometriche, la caloria e il pH.

Chimicamente, l’acqua è un composto molto stabile e si presenta come liquido trasparente

inodore, insapore e incolore.

Nell'idrosfera l'acqua è presente sotto 3 diversi stati fisici o stati di aggregazione:

• stato solido (ghiaccio);

• stato liquido;

• stato gassoso. 35

La trasformazione che comporta un cambiamento nello stato fisico di una sostanza si definisce

passaggio di stato. A seconda degli stati considerati nella trasformazione vi è:

1. Solidificazione: da liquido a solido;

2. Fusione: da solido a liquido;

3. Sublimazione: da solido a gassoso;

4. Vaporizzazione: da liquido a gassoso;

5. Condensazione: da gassoso a liquido;

6. Brinamento: da gassoso a solido.

L'acqua ha un punto di ebollizione a 100° C.

Tra le più importanti caratteristiche dell’acqua possiamo inoltre ricordare:

- L'acqua, per pressione osmotica, si dirige dalla soluzione meno concentrata a quella più

concentrata fino al raggiungimento di una concentrazione di equilibrio;

- L'acqua, per capillarità, si diffonde ovunque;

- La tensione superficiale: la capacità del pelo libero dell’acqua di trasmettere sollecitazioni;

- Alto calore specifico, per cui l'acqua può accumulare calore;

- Elevato calore latente di evaporazione permette equilibrio termico mediante evaporazione;

- Contrazione di volume quando si abbassa la temperatura e scendendo oltre i 4° C passa allo

stato solido aumentando il volume;

- L'acqua, per capacità solventi, riesce a sciogliere le sostanze dotate di legami ionici e tutte

le sostanze polari. IDROSFERA E CICLO DELL’ACQUA

I mari e gli oceani contengono il 97% della massa totale di acqua che, per l'alta quantità di sali

disciolti, risulta salata e non può essere impiegata direttamente dall’uomo; mentre solo il 3% è

rappresentato dall'acqua dolce ma ancora inutilizzabile (calotte e iceberg) e quindi la disponibilità

di acqua dolce utilizzabile si riduce solo a 0.7% del totale.

per l'uso tradizionale di acqua potabile e/o industriale si riscontrano sia una problematica

à

qualitativa (non salata) e quantitativa (disponibilità limitata).

Tra atmosfera e superficie terrestre si

realizza uno scambio continuo di energia

che determina il ciclo naturale idrologico:

l'energia del sole provoca l'evaporazione

delle acque superficiali; le miscele

vaporose si innalzano nell'atmosfera

avendo inferiore peso specifico e quando

in altitudine incontrano masse di aria

fredda, l'umidità si condensa e ricade

come pioggia o neve. Il 50-70% delle

precipitazioni piovose ritornano

all'atmosfera per evaporo-traspirazione

(dal terreno e dalla superficie di foglie).

Si verifica quindi un trasporto naturale di

vapore acqueo dalla terra all’atmosfera e un ritorno dall’atmosfera alla superficie terrestre in fase

liquida o solida, attraverso una sequenza chiusa.

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Il tempo di resistenza è il periodo che una data quantità di acqua trascorre nelle varie fasi del ciclo

idrologico (come vapore acqueo pochi giorni, nelle falde calcaree per qualche settimana, negli

alvei dei fiumi per mesi e nelle profondità degli oceani in ordine di millenni).

In base alla velocità con cui l'acqua passa attraverso il ciclo si definiscono:

• risorse rinnovabili: se il transito è rapido;

• risorse non rinnovabili: se il transito è molto lento.

Le precipitazioni atmosferiche che ricadono penetrano nel suolo fino agli strati più profondi e

incontaminati formando le falde sotterranee, che sono depurate attraverso l'azione filtrante del

terreno e protette. Le falde possono riaffiorare costituendo una sorgente o emunte da pozzi.

Fin dai tempi antichissimi fiumi e mari hanno rappresentato una efficiente via di comunicazione

alle prime esplorazioni e agli scambi commerciali. Oggi questo tipo di sfruttamento si è

intensificato ed evoluto.

Per aumentare la disponibilità idrica si ricorre ad impianti di dissalazione di acque salmastre e

saline o creando sbarramenti e canali. Si pratica tutt'oggi l'uso delle cisterne, conosciute già dalle

antiche civiltà. Le acque di condensa dell'evaporazione delle acque si raccolgono in caverne

naturali, riprodotte artificialmente. La disponibilità più immediata viene dalle acque superficiali dei

fiumi e dei laghi che, più o meno pulite, vengono convogliate sia in canali d'irrigazione, sia in

impianti di depurazione per uso potabile o industriale.

Dalle falde superficiali o profonde provengono acque penetrate al di sotto di uno o più strati

impermeabili. Il prelievo richiede lo scavo di pozzi che fornisce acqua che zampilla

spontaneamente (falda artesiana) o affiora per moderata spinta idrostatica.

L'acqua di sorgente, essendo depurata in modo naturale all'origine e grazie alla filtrazione del

terreno, non ha bisogno di alcun trattamento.

CLASSIFICAZIONE DELLE ACQUE

In base alla loro provenienza, le acque vengono classificate in:

Sotterranee: depositate nel sottosuolo dopo aver attraversato strati di terreno permeabili.

• Comprendono le acque sorgive e le acque profonde;

Artesiane: raccolte da pozzi e sorgenti;

• Superficiali: acque di scorrimento ferme nella superficie terrestre come fiumi, laghi e mari;

• Meteoritiche: provenienti dalle precipitazioni atmosferiche di pioggia, neve e grandine.

•

Classificazione delle acque in base alla quantità di sali:

• Dolci: con quantità <1 g/L di sali disciolti;

• Salmastre: con quantità apprezzabili di sali disciolti, ma meno di quelle dell’acqua di mare;

• Salate o saline: con elevate quantità di sali disciolti (es. mare 37 g/L).

DUREZZA DELLE ACQUE

Durezza dell’acqua = presenza di sali solubili di calcio e magnesio. L’acqua dura non può essere

impiegata per usi domestici o negli impianti termici civili e industriali (caldaie) perché ha effetti

dannosi sulle tubazioni, sugli impianti e sugli elettrodomestici che la utilizzano. L’acqua dura, oltre

a determinare il problema delle incrostazioni calcaree, non è idonea ad essere impiegata nei

lavaggi con saponi perché causa la formazione di composti insolubili, il sapone non produce

schiuma e quindi non esplica il suo potere detergente.

La durezza dell’acqua può essere: 37

temporanea: per riscaldamento dell’acqua i sali disciolti si decompongono e, essendo

o insolubili, si depositano sul fondo creando incrostazioni;

permanente: permane inalterata anche nell'acqua calda;

o totale: è data dalla somma delle prime due.

o

Per misurare la durezza si ricorre alla scala in gradi francesi: un’acqua presenta la durezza di un

grado francese (1° F) se contiene sali di calcio e magnesio disciolti per un 1 gr di carbonato di calcio

in 100 litri d'acqua. Per l’uso domestico è accettabile acqua che abbia una durezza non superiore a

40-50° F, ma la durezza più opportuna è compresa tra 10-30° F.

DISSALAZIONE DELLE ACQUE

Ormai da diversi anni si pone il problema della conversione delle acque salate in acque potabili o

idonee all’uso industriale: si pone il problema di separare dall’acqua i sali in essa contenuti con un

mezzo fisico economicamente conveniente. Le tecniche di dissalazione presentano rendimenti

diversi a seconda dei sistemi impiegati e possono distinguersi in processi di:

1) Distillazione;

2) Congelamento;

3) A membrano;

4) Chimici;

5) A resine scambiatrici.

DISTILLAZIONE Consiste nel riscaldamento ad ebollizione

à

dell’acqua salata e successiva condensazione e raccolta del

vapore acqueo liberato.

Il sistema più semplice è costituito da un impianto tipo

“serra” (foto), dove l’acqua che evapora da una vasca

coperta condensa sulla superficie di raffreddamento della

copertura e viene raccolta da canali che corrono lungo le

pareti dell’impianto. Il calore di evaporazione è fornito dalle

radiazioni solari.

I processi più consueti sono:

I. multistadio o Multiflash (MSF): l'acqua marina viene riscaldata e fatta passare in una

successione di camere in cui decresce la pressione atmosferica e si genera auto-

evaporazione istantanea (= flash); ogni volta che diminuisce la temperatura dell'acqua

salata, si riduce anche la pressione. Questo fino all'ultima camera dove l’acqua risulta

libera dal sale. Lo scambio termico fra l’acqua marina in entrata ed il vapore surriscaldato

in uscita consente un risparmio energetico.

Questa è la modalità tecnologica più diffusa e di conseguenza anche quella dalla quale

sono ottenuti i volumi maggiori di acqua dissalata. Le 3 unità fondamentali che

compongono l’impianto sono: il riscaldatore, gli stadi dai quali si recupera il calore e gli

stadi di raffreddamento. Gli stadi variano da 4 a 40 ed il rendimento dell'impianto aumenta

con il loro numero.

II. Impianti ad effetti multipli (VTE): gli evaporatori sono lunghi tubi verticali per garantire il

massimo scambio termico tra acqua marina e i vapori caldi provenienti dallo stadio

precedente a pressione più alta. Si prevede quindi che il vapore generato in uno stadio

venga impiegato nello stadio successivo per far evaporare altra soluzione salina. I vapori

che si liberano nell'evaporazione finiscono a lambire all'esterno dei tubi verticali

dell'evaporatore stesso. 38

La resa del processo dipende dal numero degli stadi e dalla quantità di vapore condensato

al primo stadio.

CONGELAMENTO (FP)à Nel momento in cui la temperatura della soluzione acqua-sale scende al

di sotto di quella di congelamento dell’acqua, si determina una dissociazione tra i cristalli di acqua

pura (che solidificano) e la soluzione a m