Il problema del rifornimento idrico (con diagramma)

Fornitura di acqua potabile:

Le principali fonti di approvvigionamento di acqua potabile nelle città sono fiumi, laghi e corsi d'acqua. L'acqua proveniente da tali fonti viene purificata o resa priva di sostanze inquinanti e priva di germi prima di essere fornita per bere e altri scopi domestici.

Per rendere l'acqua pura pulita e priva di sostanze inquinanti sono seguiti i seguenti tre passaggi:

(i) Sedimentazione

(ii) Filtrazione

(iii) Clorazione

(i) sedimentazione:

In questo processo, allume, solfato di alluminio o solfato di ferro vengono miscelati con acqua grezza prelevata da laghi o fiumi nella vasca di miscelazione che forma flocculi gelatinosi con sostanze disciolte e sospese. L'acqua miscelata con i flocculanti è lasciata fluire nel serbatoio di flocculazione dove i flocculi insieme alle particelle di terreno sospese, altri materiali estranei e microbi si depositano sul fondo.

(ii) Filtrazione:

Dopo la precipitazione dei flocculi, l'acqua pulita può passare attraverso speciali tipi di filtro per rimuovere i microrganismi da esso. A questo scopo, l'acqua è lasciata filtrare attraverso diversi strati sovrapposti di sabbia e ghiaia.

(iii) Clorazione:

L'acqua dopo il processo di alterazione è soggetta al trattamento con cloro. In questo processo il gas di cloro viene attraversato dall'acqua, che essendo un forte ossidante provoca una rapida degradazione delle sostanze organiche e allo stesso tempo uccide i batteri rimasti. L'acqua così ottenuta viene quindi fornita al pubblico per bere e altri scopi domestici.

Smaltimento delle acque reflue:

Il trattamento delle acque reflue punta principalmente alla rimozione dei rifiuti solidi e alla loro degradazione e conversione in semplici sostanze inorganiche attraverso attività microbiche.

I seguenti metodi sono impiegati per lo smaltimento delle acque reflue:

1. Pozzi di ammollo

2. Serbatoio settico

3. Impianti comunali di smaltimento delle acque reflue.

1. Pozzi di ammollo:

In questo processo viene utilizzato un grande serbatoio sotterraneo perforato costituito da cemento e cemento (Fig. 13.6). Le acque reflue vengono scaricate nel serbatoio attraverso un tubo. L'acqua di scarico dal serbatoio esce attraverso i fori e filtra nel terreno. I rifiuti solidi sono decomposti da microrganismi all'interno del serbatoio.

2. Serbatoio settico:

In questo metodo il liquame da casa viene scaricato in fosse settiche sotterranee attraverso tubi. La frazione solida del liquame si deposita sul fondo della fossa settica e la frazione defluisce nei tubi di distribuzione montati nella parte superiore del serbatoio e infine drenata nel campo (Fig. 13.7). La frazione solida di acque reflue raccolte sul fondo viene decomposta rapidamente dai microbi.

3. Impianti comunali di smaltimento delle acque reflue:

Il trattamento e lo smaltimento delle acque reflue nelle grandi città comportano i seguenti tre passaggi:

(i) Trattamento primario:

Per il trattamento primario il liquame viene trasportato nei grandi serbatoi aperti attraverso i tubi. La frazione solida del liquame si deposita sul fondo delle vasche che viene drenata attraverso il sistema di tubazioni nel serbatoio del digestore aerobico e viene decomposta. La frazione acquosa di acque reflue provenienti dai serbatoi di decantazione primari viene drenata nella vasca di decantazione secondaria e miscelata con solfato di alluminio o solfato di ferro che forma flocculi gelatinosi. I flocculi insieme a microrganismi e particelle solide sospese si depositano sul fondo del serbatoio sotto forma di fango che viene quindi scaricato attraverso i tubi nei serbatoi del digestore aerobico. (Fig 13.8).

(ii) Trattamento secondario:

La frazione acquosa di acque reflue che contiene batteri e altri microbi e rifiuti organici disciolti viene raccolta nelle vasche di decantazione secondarie e la corrente d'aria sotto pressione viene fatta passare attraverso la frazione per favorire la decomposizione microbica dei rifiuti organici disciolti. Dopo qualche tempo la frazione viene fatta passare attraverso i filtri a sabbia per rimuovere i microbi. L'acqua pulita viene quindi lasciata scorrere nei fiumi e negli oceani

I rifiuti solidi e il fango trasportati nel serbatoio del digestore vengono attaccati e decomposti dai batteri aerobi. La decomposizione dei rifiuti comporta la formazione di gas NH 3, metano, idrogeno solforato che vengono raccolti per vari scopi industriali.

(iii) trattamento terziario:

Le città che affrontano una grave carenza idrica, l'acqua limpida ottenuta dopo il trattamento secondario è sottoposta a clorazione e dopo opportune prove che sono approvvigionamenti per scopi domestici. Secondo una stima del Central Pollution Control Board, la produzione totale di liquami dalle aree urbane dell'India era di circa 30.000 miliardi di litri al giorno nel 1997 e l'attuale struttura di trattamento delle acque reflue è appena sufficiente per il 10% della produzione totale di acque reflue.

Sebbene le strutture di drenaggio e fognatura siano ora aumentate nelle aree urbane, le strutture esistenti non sono sufficienti per lo smaltimento delle acque reflue totali. I programmi di trattamento delle acque reflue non hanno pieno successo a causa della scarsa manutenzione, della progettazione inadeguata degli impianti di trattamento e dell'approccio non tecnico e non qualificato. Il piano di trattamento delle acque reflue nell'ambito del piano d'azione Ganga tra il 1980 e il 1990 è fallito completamente a causa di ragioni sopra citate. A causa delle scarse strutture di depurazione e trattamento delle acque reflue, la maggior parte degli inquinanti si trova nelle falde acquifere, nei fiumi e in altri corpi idrici.

In alcune zone dell'India, gli abitanti del villaggio sono ancora dipendenti per l'acqua potabile nei bacini idrici naturali e devono affrontare molti problemi come descritto di seguito:

1. L'acqua potabile è caricata con sostanze inquinanti.

2. L'acqua contiene agenti patogeni di colera, tifoide e una serie di malattie della pelle.

3. In alcune località l'acqua è altamente salina e contiene fluoruri o altri elementi tossici.

Anche in alcune aree urbane l'approvvigionamento di acqua potabile pura è diventato un grosso problema. Secondo una stima della Banca Mondiale (1998), circa il 60% dei decessi nelle aree urbane era dovuto a malattie legate all'acqua come colera, dissenteria, gastroenterite, epatite, ecc.

eutrofizzazione:

La crescente pressione umana sui corpi idrici a causa della crescita demografica, della tecnologia moderna e dell'agricoltura ha causato diversi problemi di inquinamento idrico. Uno dei problemi più gravi e più comuni è dovuto all'arricchimento delle acque da parte dei nutrienti delle piante che porta alla crescita biologica e rende l'acqua inadatta per usi diversi.

I nutrienti aggiuntivi sotto forma di composti di azoto e fosforo provenienti da fertilizzanti, liquami, detergenti e rifiuti animali aumentano il tasso di crescita delle piante acquatiche e delle alghe. L'eccessiva crescita di alghe e altre piante acquatiche a causa di sostanze nutritive aggiunte si chiama eutrofizzazione. Ciò si traduce in alta produttività biologica in alcune piante acquatiche, che si manifesta sotto forma di fioriture.

Ciò rende l'acqua carente di ossigeno a causa della degradazione della sostanza organica in corpi idrici che influisce negativamente su altri organismi. Le alghe e le piante acquatiche più grandi possono interferire con l'uso dell'acqua intasando i tubi di aspirazione dell'acqua, cambiando il sapore e l'odore dell'acqua e causando l'accumulo di materia organica sul fondo. Con il decadimento di questa materia organica, il livello di ossigeno si riduce; alla fine i pesci e alcune altre specie acquatiche potrebbero morire.

Weber (1907) mentre studiava le torbiere della Germania settentrionale notò che gli strati superiori contenevano più nutrienti nello strato superiore del lago rispetto a quelli inferiori. Ha usato il termine eutrofico (ricco di sostanze nutritive) e oligotrofico (povero di sostanze nutritive) per distinguere tra questi due strati. L'uso di questi termini in limnologia fu fatto per la prima volta da Naumann (1919).

Secondo il concetto attuale di eutrofizzazione:

(i) L'arricchimento di acqua con sostanze nutritive vegetali aumenta la crescita del fitoplancton, ma non dovrebbe essere considerato l'unico criterio per l'eutrofizzazione perché anche altre condizioni come la luce, la temperatura e altri fattori di crescita possono limitare la crescita.

(ii) Il trofeo dell'acqua (tasso di approvvigionamento di materia organica per unità di superficie per unità di tempo) non può essere equiparato ai livelli di nutrienti e non può essere definito dalla densità algale e dalla biomassa in quanto incorpora anche produzione (Findenegg, 1955).

(iii) Il criterio più affidabile per l'eutrofizzazione è l'aumento della produttività del fitoplancton.

(iv) Si suggerisce anche che il termine eutrofizzazione debba essere applicato solo alla produzione autotrofica mentre per i laghi allotropici dove l'apporto principale di materia organica è con altri mezzi dovrebbe essere usato il termine laghi distrofici.

Processo di eutrofizzazione:

L'eutrofizzazione è un fenomeno naturale, che viene accelerato dall'aumento dell'approvvigionamento di nutrienti attraverso le attività umane. Anche se il processo di eutrofizzazione è impostato non appena i laghi si formano, ma il tasso di ingresso di sostanze nutritive con mezzi naturali è piuttosto lento (es. Eutrofizzazione naturale).

Quando i laghi hanno origine, sono in uno stato oligotrofico e hanno una quantità limitata e insufficiente di nutrienti per produrre una crescita significativa di alghe. Le uniche fonti di nutrienti sono la fuoriuscita naturale, la caduta di parti di piante secche dalla vegetazione circostante, le precipitazioni e la decomposizione della produzione biologica dopo la morte. Il processo di eutrofizzazione inizia quando i nutrienti dall'esterno iniziano a entrare nel lago. Quando le alghe muoiono e si decompongono, i nutrienti bloccati nei loro corpi diventano disponibili per la crescita di alghe fresche.

Durante ogni ciclo, i nutrienti sono progressivamente aumentati nei laghi e dopo qualche tempo, il ciclo di nutrienti non mantiene un equilibrio tra addizione e decomposizione con il risultato che una materia organica sempre crescente nel lago finisce per depositarsi sul fondo.

Ciò porta alla formazione di paludi, paludi e infine scomparendo il corpo idrico. Questo è il motivo per cui il processo di eutrofizzazione viene chiamato invecchiamento dei laghi. È quindi evidente che con il progresso dell'eutrofizzazione si aggiungono sempre più nutrienti al corpo idrico e in definitiva il ciclo dei nutrienti non è in grado di mantenere l'equilibrio tra addizione e decomposizione.

La velocità dell'eutrofizzazione dipende dal tasso di approvvigionamento di nutrienti e da altri fattori come il clima, ecc. In generale, la velocità di eutrofizzazione è elevata nel clima caldo che promuove l'utilizzazione dei nutrienti e la crescita delle alghe rispetto al tasso nel clima freddo e temperato . Il tasso di catione di eutrofizzazione rallenta con il tempo a causa della ridotta penetrazione della luce così come il sale aumenta la torbidità e il conseguente calo della produzione primaria.

Effetti dell'eutrofizzazione:

Quando c'è una partenza dall'equilibrio tra fotosintesi (P) e respirazione (R) indica inquinamento. All'equilibrio (P = R) non vi è alcun cambiamento nella composizione chimica e biologica dell'acqua; una condizione trovata nell'acqua non inquinata, senza alcun apporto di nutrienti dall'esterno. Quando la fotosintesi supera l'attività respiratoria, indica l'eutrofizzazione dei corpi idrici. È caratterizzato da un progressivo aumento delle alghe che porta al sovraccarico organico.

Nei laghi profondi la produzione eccessiva sulla superficie dei laghi (P >> R) è bilanciata da condizioni saprofitiche sul fondo (R >> P) quando la respirazione supera la fotosintesi, l'O 2 sciolto si esaurisce forzando la riduzione di diverse sostanze chimiche ossidate come NO 3 -, SO 4 -2 e CO 2 in N 2, NH 4 +, H 2 S e CH 4 che producono odore sporco e sono dannosi per diverse specie acquatiche. Poole et al. (1978) ha riportato 11 mg per litro come concentrazione letale 50% (LC 50) per H 2 S per alcuni organismi acquatici.

L'eutrofizzazione induce molti cambiamenti fisici e chimici nelle acque che determinano cambiamenti nella flora e nella fauna. Molte specie desiderabili compresi i pesci sono sostituiti da specie indesiderate. C'è una successione algale e le alghe blu diventano dominanti, molte di loro come Microcystis, Anabaena, Oscillatoria producono fioriture. Le alghe come la Clorella, lo Scenedesmo possono anche formare delle fioriture. Spirogyra, Cladophora, Zygnema e molte altre alghe verdi filamentose possono formare un tappeto galleggiante sulla superficie delle acque. Queste fioriture algali e un tappeto spesso riducono l'intensità della luce al di sotto della superficie.

L'eutrofizzazione porta a modificare le caratteristiche dei sedimenti di fondo. L'accumulo di materia organica colpisce la comunità bentica. Le fioriture algali influenzano il valore ricreativo dei corpi idrici. La morte e il decadimento delle alghe producono cattivi odori e sapori nell'acqua. La schiuma di alghe controlla la penetrazione dell'ossigeno nell'acqua e può uccidere i pesci e altri organismi. Nella fase iniziale della crescita delle alghe si produce abbastanza ossigeno, ma quando la fioritura delle alghe muore, l'acqua diventa carente in O 2 perché la produzione di ossigeno viene ridotta e il consumo aumenta a causa della decomposizione delle alghe morte da parte dei batteri aerobi. La caduta del livello di O 2 disciolto in acqua può essere la causa della mortalità dei pesci e di altri organismi acquatici.

Le fioriture di alghe causano lo scolorimento dell'acqua. Gli effetti generali dell'eutrofizzazione rendono l'acqua inadatta al consumo umano e vari altri scopi. Inoltre, anche il costo del trattamento dell'acqua è gonfiato.

Qualità dell'acqua:

La valutazione della qualità dell'acqua viene eseguita in termini di diversi parametri come l'alcalinità, l'ossigeno disciolto. Domanda biochimica di ossigeno (5 giorni), numero di batteri coliformi, colore, durezza, odore, pH, salinità, temperatura, solidi totali, torbidità, sali-cloruri, fluondes, nitrati, fosfati e solfati, presenza di oligoelementi come Al, As, Ba, Cd, Cr, Fe, Pb, Mn, Hg, Se Ag Sn Zn e B, pesticidi e radioattività. Tra questi attributi, la quantità di ossigeno disciolto, la domanda biochimica di ossigeno e il numero totale di coliformi sono buoni indicatori della qualità dell'acqua.

Questi sono brevemente discussi qui come sotto:

Ossigeno dissolto:

È una misura della capacità dell'acqua di sostenere una vita acquatica ben equilibrata. Una quantità sufficiente di ossigeno disciolto in un corpo idrico provoca una rapida degradazione microbica dei rifiuti organici. L'ossidazione biochimica di ammoniaca in nitrato in acqua naturale richiede ossigeno disciolto. Una quantità insufficiente di ossigeno disciolto nell'acqua influisce negativamente sulla decomposizione microbica e il metano viene rilasciato al posto della CO 2, le ammine odorose derivano da azoto invece di NO 3 e NH 3 e il gas H 2 S maleodorante è formato da zolfo anziché SO 2 .

Domanda di ossigeno biologico o biochimico (BOD):

L'indice più comune di inquinamento idrico è la domanda biochimica di ossigeno (BOD) che si riferisce alla quantità di ossigeno richiesta dai batteri per decomporre gli scarti organici aerobicamente a CO 2 e acqua. Il test BOD misura normalmente la quantità di ossigeno utilizzata nei primi cinque giorni di decomposizione aerobica microbica in un determinato volume di effluente a 20 ° C. Questo è anche chiamato BOD 5 .

Quindi 100 ppm di BOD significa 100 mg di ossigeno consumati da un litro di campione di prova per 5 giorni a 20 ° C. Le acque reflue domestiche hanno generalmente BOD5 di circa 200 milligrammi di ossigeno per litro e per i rifiuti industriali il BOD può essere di circa mille mg per litro. Il BOD di 0, 17 libbre o 77 gm è anche chiamato popolazione equivalente, essendo approssimativamente uguale ai requisiti per i rifiuti domestici di una concentrazione dell'uno per cento.

La capacità dell'impianto di trattamento delle acque reflue è generalmente misurata in termini di abitanti equivalenti al giorno. La contaminazione delle acque da acque reflue è la causa principale delle malattie trasmesse dall'acqua, ad esempio il colera, la febbre tifoide, la febbre paratifoide, la dissenteria e l'epatite infettiva.

Conteggi di coliformi totali. Il BOD fornisce una misura approssimativa della qualità dell'acqua. Non indica con precisione il rischio di malattia. A tale scopo sono richiesti parametri più specifici. Uno dei parametri più comuni è il numero di batteri intestinali coliformi, in particolare di Escherichia coli, nelle feci per unità di volume di acqua. Sebbene i batteri coliformi siano innocui, la loro presenza in grandi quantità indica che nel campione potrebbero essere presenti germi patogeni.

La qualità dell'acqua delle acque fluviali è monitorata a 480 stazioni nell'ambito di diversi programmi come MINARS (Monitoraggio delle risorse acquatiche nazionali indiane), GEMS (Sistemi globali di monitoraggio ambientale) e GAP (Piano d'azione Ganga). Il numero di stazioni sotto i programmi MINARS iniziate nel 1979 è aumentato gradualmente e attualmente il numero di stazioni è 260.

Un certo numero di parametri fisici, chimici, biologici e batteriologici sono considerati nel programma per determinare la qualità dell'acqua, ma quelli importanti sono DO, BOD e TC (conteggi totali dei coliformi).

Le diverse categorie di acqua in risposta alla qualità e ai rispettivi usi sono le seguenti:

Classe A- Fonte d'acqua potabile senza batteri convenzionali in acqua.

Ossigeno disciolto superiore a 5 mg / litro, TC inferiore a 50/100 ml.

Classe B- Acqua per balneazione, nuoto e uso ricreativo, DO> 4 mg / litro e TC <500/100 ml.

Classe C- Fonte d'acqua potabile dopo trattamento convenzionale.

Classe D- Acqua per fauna selvatica, pesca, ecc. DO> 4 e TC <500/100 ml.

Classe E- Acqua per irrigazione, raffreddamento industriale, divieto di pesca, nuoto o bere. D O.> 3mg / pneumatico.