Cos’è l’acqua potabile?

Con una crisi globale dell’acqua potabile all’orizzonte, tecnologie vecchie e nuove sfruttano al meglio le risorse idriche esistenti

“Acqua potabile” significa semplicemente acqua sicura da bere, e sta diventando più scarsa nel mondo. L’uso crescente sta stressando le risorse d’acqua dolce in tutto il mondo, e una lista apparentemente infinita di contaminanti può trasformare l’acqua un tempo potabile in un pericolo per la salute o semplicemente renderla inaccettabile dal punto di vista estetico.

Degli oltre 2 miliardi di persone che non hanno acqua potabile in casa, 844 milioni non hanno nemmeno un servizio base di acqua potabile, compresi 263 milioni che devono viaggiare 30 minuti per raccogliere l’acqua. Circa 159 milioni bevono acqua di superficie non trattata. L’acqua potabile non sicura è una delle cause principali delle malattie diarroiche, che uccidono circa 800.000 bambini sotto i 5 anni all’anno, di solito nei paesi in via di sviluppo, ma si prevede che 90 paesi non raggiungeranno l’obiettivo della copertura universale entro il 2030.

Cosa rende l’acqua non potabile?

L’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) organizza la contaminazione dell’acqua potabile come organica, inorganica, radiologica e microbiologica, e include misure di accettabilità di gusto, odore e aspetto.

• I contaminanti organici sono sostanze chimiche a base di carbonio, compresi solventi e pesticidi, che vengono introdotti attraverso il deflusso agricolo o lo scarico industriale. Possono essere responsabili di una serie di gravi problemi di salute, dal cancro all’alterazione delle funzioni endocrine.
• Le minacce radiologiche includono radon, cesio, plutonio e uranio. In Nord America, il radon è la principale causa di cancro ai polmoni nei non fumatori e la principale causa ambientale di mortalità per cancro in generale.
• Gli inquinanti inorganici, come acidi minerali, sali inorganici, metalli, cianuri e solfati, persistono nell’ambiente. I metalli pesanti possono causare problemi neurologici negli esseri umani, specialmente nei nascituri e nei bambini, e si bio-accumulano anche in alcuni alimenti. L’arsenico può causare cancro, lesioni cutanee, malattie cardiovascolari, diabete e deterioramento cognitivo. Le fioriture algali da nutrienti come il fosforo e l’azoto possono anche introdurre cianotossine nell’acqua potabile.
• Gli agenti patogeni trasportati dall’acqua, tra cui batteri, virus, protozoi e parassiti, sono di solito introdotti nell’acqua attraverso le feci e possono causare una serie di malattie da gastroenterite lieve a diarrea potenzialmente fatale, dissenteria, epatite, febbre tifoide, colera e criptosporidiosi. Milioni di persone sono anche infettate da malattie tropicali trasmesse dall’acqua che includono il tracoma, la causa più comune di cecità prevenibile.

Sono una minaccia per l’acqua potabile anche i cosiddetti “contaminanti emergenti” o “contaminanti di interesse ambientale emergente”, che includono i farmaci introdotti attraverso le acque di scarico e il deflusso dalle operazioni di allevamento.

Turbidità (mancanza di chiarezza causata da particelle mescolate) può dare all’acqua un sapore, un odore o un aspetto inaccettabile. Se l’acqua torbida è dannosa o solo poco attraente dipende dal materiale presente. Per un trattamento efficace dell’acqua potabile, è importante analizzare attentamente l’acqua di partenza e poi adattare il trattamento alle condizioni e agli standard specifici dell’acqua.

Trattare l’acqua per la potabilità

Molti processi di trattamento dell’acqua testati nel tempo sono ancora in uso oggi nelle fasi di trattamento primario. La storia del trattamento dell’acqua risale a migliaia di anni fa, fino alla civiltà minoica, circa 1700 a.C., e agli antichi egizi, che per primi utilizzarono la flocculazione dell’allume e la sedimentazione per chiarificare l’acqua circa 1500 a.C.

La sedimentazione consiste nel permettere alle particelle in acqua torbida di depositarsi. L’allume e altri additivi “appiccicosi” conosciuti come polielettroliti aiutano il processo di sedimentazione attraverso la flocculazione, o attaccando le particelle insieme in “fiocchi”. La flocculazione e la sedimentazione con chiarificatori sono comuni negli impianti di trattamento dell’acqua.

La comprensione della microbiologia che venne con il lavoro del Dr. John Snow e Louis Pasteur nel 1800 ebbe grandi implicazioni per il trattamento dell’acqua. La ricerca ha collegato la torbidità agli agenti patogeni, e i filtri a sabbia sono stati utilizzati per la prima volta per il trattamento di una fornitura di acqua pubblica nel 1829 a Londra. I sistemi idrici municipali negli Stati Uniti seguirono l’esempio all’inizio del 1900, e il processo di filtrazione con strati di sabbia, ghiaia e carbone rimane diffuso oggi.

Ma i disinfettanti come il cloro in America e l’ozono in Europa hanno giocato il ruolo più grande nel porre fine alle epidemie di malattie trasmesse dall’acqua come il tifo, la dissenteria e il colera. Oggi, i rifornimenti idrici municipali preclorano abitualmente per prevenire la crescita biologica e delle alghe, o clorano nelle fasi finali del trattamento dell’acqua. La clorazione insieme all’aerazione è usata anche per rimuovere il ferro dissolto, e l’aerazione rimuove efficacemente i composti organici volatili (VOC). Altri metodi di disinfezione includono la luce ultravioletta (UV) e la regolazione del pH.

Trattamenti moderni dell’acqua

In tempi moderni, i progressi della tecnologia hanno costruito sulle fondamenta dei trattamenti più vecchi. Per esempio, i processi aerobici sono stati a lungo il pilastro del trattamento delle acque reflue, in particolare per le acque di scarico e altri flussi di rifiuti ad alto contenuto organico o biodegradabile. Nei processi aerobici, i microrganismi che prosperano nell’acqua ossigenata scompongono i contaminanti organici e rimuovono i nitrati.

Il più recente e più efficiente trattamento aerobico si trova nel reattore a biofilm aerato a membrana (MABR), che usa fino al 90% in meno di energia per l’aerazione, la fase più dispendiosa del trattamento biologico. Nel MABR, la nitrificazione-denitrificazione simultanea avviene in un unico serbatoio che contiene una membrana permeabile all’aria avvolta a spirale. L’aerazione avviene a pressione quasi atmosferica. Il MABR, che è notevole per la sua alta qualità dell’effluente così come per il suo risparmio energetico, è disponibile per il retrofit di impianti esistenti, così come in piccoli sistemi confezionati adatti a strategie di trattamento decentralizzate. La decentralizzazione pone impianti più piccoli vicino al punto d’uso, eliminando la necessità di enormi impianti regionali e le costose reti di tubature che sono finanziariamente fuori portata per molte regioni.

Altri processi di purificazione dell’acqua che usano le membrane hanno fatto passi significativi dagli anni ’70 e ’80, compresa la filtrazione ad osmosi inversa. La filtrazione moderna nell’osmosi inversa (RO) è realizzata forzando l’acqua pressurizzata attraverso una membrana che è semipermeabile a livello molecolare per escludere i soluti indesiderati.

Un modo comune in cui la RO è usata nella produzione di acqua potabile è attraverso la desalinizzazione. I progressi della metà degli anni 2010 hanno aumentato la sua efficienza energetica e di costo. I moderni impianti di desalinizzazione producono circa il 50% dell’acqua potabile di Israele. Tassi di recupero più alti e un minor consumo di energia e prodotti chimici hanno reso la desalinizzazione molto meno costosa. Ora la desalinizzazione è disponibile in opzioni Smart Packaged scalabili e rapidamente implementate, adatte alla decentralizzazione.

La digestione anaerobica, un processo di trattamento biologico che si basa su microbi che fioriscono in assenza di ossigeno, è ora usata per rimuovere il materiale organico e i contaminanti organici in tracce (TOC) generati dall’attività umana. I TOC si accumulano per biomagnificazione e bioaccumulazione negli organismi e causano danni irreversibili nell’uomo e negli animali interrompendo il sistema endocrino e causando tumori.

Durante il processo di digestione anaerobica, i microorganismi scompongono i composti organici, creando un biogas che è principalmente metano. Possono anche essere installati sistemi waste-to-energy per raccogliere il metano e usarlo per generare energia.

Lo scambio ionico, un processo chimico che scambia ioni disciolti indesiderati con ioni di carica simile, è usato ampiamente per la potabilizzazione in processi che includono l’addolcimento dell’acqua, la demineralizzazione, la dealcalizzazione, la deionizzazione e la disinfezione. Resine a scambio ionico specializzate, mirate a contaminanti specifici come nitrati, perclorato e uranio, sono diventate sempre più popolari per la produzione di acqua potabile.

Il futuro dell’acqua potabile

Si prevede che la domanda di acqua dolce nel mondo aumenterà del 55% tra il 2000 e il 2050, e recentemente, gli scienziati della NASA hanno determinato che le risorse di acqua dolce vengono utilizzate più velocemente di quanto vengano reintegrate. Jay Famiglietti, un idrologo senior della NASA, ha avvertito: “La falda sta scendendo in tutto il mondo. Non c’è una riserva d’acqua infinita.”

L’acqua potabile è fondamentale per la vita umana, e possiamo aspettarci che sia un problema crescente nel prossimo futuro.