Torbidità e solidi totali nelle acque superficiali

Fonte: Laboratori di Margaret Workman e Kimberly Frye - Depaul University

La torbidità e i solidi totali sono misurazioni correlate che riguardano la chiarezza delle acque superficiali. La torbidità è una misura indiretta della chiarezza dell'acqua che determina la quantità di luce che può passare attraverso l'acqua. I solidi totali sono una misura diretta delle particelle solide sospese in acqua determinate dal peso.

Alti livelli di torbidità e solidi totali sono causati dall'erosione del suolo, dallo scarico dei rifiuti, dal deflusso o dai cambiamenti nelle comunità ecologiche, tra cui la crescita delle algali o l'abbondanza di organismi bentonici che possono interrompere i sedimenti nell'acqua. Livelli più elevati di torbidità e solidi sospesi possono ridurre la qualità dell'acqua assorbendo calore causando un aumento della temperatura dell'acqua e una diminuzione dei livelli di ossigeno (l'acqua calda trattiene meno ossigeno). Queste condizioni possono anche causare una diminuzione della fotosintesi poiché meno luce solare penetra nell'acqua, rendendo l'acqua incapace di sostenere una parte della vita acquatica. I solidi sospesi possono anche ostruire le branchie, soffocare le uova, ridurre i tassi di crescita e interrompere i microhabitat di molti organismi acquatici.

Un metodo per misurare la torbidità include l'uso di un disco secchi. Un disco di Secchi è un disco metallico con quarti alternati in bianco e nero (Figura 1). È attaccato a una corda che ha segni di un piede lungo di esso. Il disco viene lasciato cadere in acqua fino a quando non può più essere visto (Figura 2). Lo svantaggio di questo metodo è che deve essere fatto sul campo e il protocollo ideale richiede condizioni di sole e che l'area di prova sia ombreggiata. Inoltre, se c'è una grande distanza tra la riva del fiume e il livello dell'acqua, è difficile usare il disco di Secchi. Utilizzando tubi di torbidità, è possibile raccogliere acqua e quindi eseguire le misurazioni della torbidità in laboratorio.

Figura 1. Il design del disco secchi modificato utilizzato in acqua dolce.

Figura 2. Diversi tipi di disco Secchi. Uno in stile marino a sinistra e la versione d'acqua dolce a destra

La torbidità è una misura relativa determinata misurando quanta luce può passare attraverso il campione d'acqua. Maggiore è la torbidità, meno luce passerà attraverso il campione e più "torbida" apparirà l'acqua. Livelli di torbidità più elevati sono causati da particelle solide sospese nell'acqua che diffondono la luce piuttosto che consentirne la trasmissione attraverso l'acqua. Le caratteristiche fisiche delle particelle sospese possono avere un effetto sulla torbidità complessiva. Particelle di dimensioni maggiori possono disperdere la luce e concentrarla in avanti, aumentando la torbidità creando interferenze con la trasmissione della luce attraverso l'acqua. La dimensione delle particelle può anche influenzare la qualità della luce; le particelle di dimensioni maggiori tendono a disperdere lunghezze d'onda più lunghe della luce più delle lunghezze d'onda più corte, mentre le particelle più piccole hanno un maggiore effetto di diffusione su lunghezze d'onda più corte. L'aumento della concentrazione di particelle può anche ridurre la trasmissione della luce quando la luce entra in contatto con un numero maggiore di particelle e percorre una distanza più breve tra le particelle, causando più scattering con ciascuna particella. Le particelle di colore più scuro assorbono più luce, mentre le particelle di colore chiaro possono aumentare la diffusione della luce ed entrambe comportano un aumento delle misurazioni della torbidità. Nel complesso, il particolato più scuro si tradurrà in una maggiore torbidità rispetto alle particelle di colore più chiaro a causa della maggiore quantità di energia luminosa assorbita dal colore. Il campione di acqua sconosciuto raccolto viene confrontato con un campione di acqua vuota deionizzata (DI) che rappresenta un valore di torbidità pari a zero. Un reagente di torbidità standard acquistato (<1% caolino, <0,1% nitrato di magnesio, <0,1% cloruro di magnesio, < 0,1% 2-metil-4-isotiazolina-3-one, < 0,1% 5-cloro-2-metil-4-isotiazolina-3-one) viene aggiunto alla colonna di prova vuota in misurazioni predeterminate per aumentare la nuvolosità in incrementi noti fino a quando il campione bianco e sconosciuto non corrispondono alla torbidità basata sull'osservazione di un punto fisso sul fondo di due colonne di prova. La quantità di reagente necessaria per ottenere campioni corrispondenti può quindi essere convertita con una tabella in Jackson Torbidity Units (JTU), dal nome del metodo originale di tenere un lungo tubo di vetro "Jackson" su una candela accesa.

Total Solids è una misura diretta del materiale solido sospeso nel campione d'acqua. La massa dei solidi viene determinata utilizzando un forno per far evaporare l'acqua dal campione e isolare e pesare i solidi.

1. Misurare la torbidità

1. Versare acqua di campionamento mista in una colonna di torbidità e riempire fino alla linea di 50 ml con l'acqua campione.
2. Riempire la seconda colonna di torbidità "vuota" con acqua deionizzata fino alla linea da 50 ml.
3. Posizionare i due tubi uno accanto all'altro e notare la differenza di chiarezza. Se il punto nero è ugualmente chiaro in entrambi i tubi, la torbidità è zero. Se il punto nero nella provetta del campione è meno chiaro, procedere al passaggio successivo.
4. Agitare il reagente di torbidità standard.
5. Aggiungere 0,5 ml del reagente al tubo dell'acqua distillata. Utilizzare l'asta di agitazione per mescolare il contenuto.
6. Controlla la quantità di torbidità guardando verso il basso attraverso la soluzione al punto nero. Se la torbidità dell'acqua campione è maggiore di quella dell'acqua distillata, continuare ad aggiungere il reagente di torbidità standard con incrementi di 0,5 ml al tubo dell'acqua distillata, registrando la quantità di reagente utilizzato e miscelando dopo ogni aggiunta fino a quando la torbidità è uguale a quella del campione.
7. Registrare la quantità totale di reagente di torbidità aggiunto.

2. Misurazione dei solidi totali

1. Con le mani guantate, etichettare un becher con una matita grassa. Non usare nastro adesivo perché questi beccatori stanno andando in forno.
2. Accendi l'equilibrio e taralo.
3. Metti il becher sulla bilancia e registra il peso. Assicurati di utilizzare una bilancia che registri i millesimi di grammo. Utilizzare i guanti per evitare di toccare il becher a mani nude e trasferire l'umidità del corpo, cambiando così il peso del becher.
4. Utilizzando un cilindro graduato, misurare 100 ml del campione d'acqua. Se il campione è stato seduto, ruotare l'acqua del campione prima di misurare i 100 ml.
5. Versare questa quantità nel becher.
6. Mettere il becher in forno a 100 °C per 48 ore per far evaporare il liquido e asciugare il residuo risultante.
7. Dopo 48 ore, ripesare il becher con il residuo. Ricorda: non toccare il becher a mani nude.
8. Sottrarre il peso iniziale (in grammi) del becher vuoto dal peso del becher con residuo per ottenere l'aumento di peso, o peso del residuo.
9. Convertire il peso del residuo in mg/l utilizzando il seguente calcolo
   Peso del residuo x 1.000 mg x 1.000 ml = ? mg
   100 ml 1 g 1 L L

3. Metodo LabQuest per misurare la torbidità

1. Accendere un monitor portatile LabQuest e collegare il sensore di torbidità al canale 1, le unità devono essere NTU.
2. Se le unità non sono in NTU, utilizzare lo stilo per toccare l'area rossa dello schermo, selezionare cambia unità e scegliere NTU.
3. Se le unità sono in NTU, aprire il coperchio del sensore e pulire (utilizzando una salvietta di laboratorio) e inserire la bottiglia che è già piena di stampa nera su di esso (100 NTU), chiudere il coperchio.
4. Utilizzare lo stilo per toccare l'area rossa dello schermo e selezionare Calibra. Quando viene visualizzata la schermata di calibrazione, selezionare il pulsante Calibra ora (in alto a sinistra dello schermo).
5. Il cursore dovrebbe essere passato alla prima casella del valore. Guarda la tensione nell'angolo in alto a destra dello schermo. Quando si deposita, usa lo stilo e la tastiera numerica per digitare 100. Quindi seleziona il pulsante Mantieni qui sotto.
6. Il cursore dovrebbe essere passato alla seconda casella del valore. Ora riempi la seconda bottiglia con acqua DI (fino alla linea), coprila e puliscila con cura usando una salvietta da laboratorio. Inserire la bottiglia d'acqua DI nel sensore e chiudere il coperchio. Quando la tensione si stabilizza, digitare 0 e premere il pulsante Mantieni.
7. Quindi premere il pulsante OK in basso a destra dello schermo. La calibrazione è completa.
8. Scartare l'acqua DI dalla seconda bottiglia e versare solo uno spruzzo del campione d'acqua per risciacquare la bottiglia per risciacquare l'acqua DI rimanente e quindi scartare l'acqua di risciacquo del campione. Quindi riempire di bottiglia fino alla linea con il campione d'acqua, ri-tappare, pulire (usando salviette da laboratorio) e inserire nel sensore. Chiudere il coperchio e una volta che la lettura sembra stabilizzarsi, registrare la misurazione.

4. Metodo LabQuest per misurare i solidi totali disciolti utilizzando la conduttività

1. Per i solidi totali disciolti (TDS) che utilizzano la conducibilità: assicurarsi che l'interruttore sulla scatola (collegato al cavo della sonda) sia impostato sull'impostazione inferiore (0-2.000).
2. Collegare la sonda al canale 1. Le unità dovrebbero essere in milligrammi per litro (mg / L).
3. Se le unità non sono in mg/L, utilizzare lo stilo per toccare l'area rossa dello schermo, selezionare le unità di cambio e scegliere mg/L.
4. Se le unità sono in mg/L, immergere la sonda nel campione d'acqua e quando le letture sembrano stabilizzarsi registrare la misurazione.

La tabella seguente viene utilizzata per convertire la quantità di reagenti in unità di torbidità (JTU). (Tabella 1)
TORBIDITÀ
Eccellente < 10 JCU
Buono 11 – 20 JTUs
Fiera 21 – 90 JTUs
Scarso > 90 JTUs

I solidi totali possono essere valutati utilizzando le categorie analisi quantitativa del monitoraggio della qualità dell'acqua per le misurazioni dei solidi totali.
SOLIDI TOTALI (mg/L)
Eccellente <100
Buono 101 – 250
Fiera 251 – 400
Scarso > 400

Tabella 1. Tabella dei risultati dei test di torbidità per convertire il numero di gocce (reagente di torbidità) in unità di torbidità (JTU) e le categorie di analisi quantitativa del monitoraggio della qualità dell'acqua per la torbidità.

La torbidità e i solidi totali sono misurazioni importanti della qualità dell'acqua perché sono gli indicatori più visibili di quanto sia "pulita" una fonte d'acqua. Alti livelli di torbidità e solidi totali possono indicare la presenza di inquinanti dell'acqua che hanno un effetto negativo sulla vita umana, animale e vegetale tra cui batteri, protozoi, sostanze nutritive(ad esempio nitrati e fosforo), pesticidi, mercurio, piombo e altri metalli. L'aumento della torbidità e dei solidi totali nelle acque superficiali rendono l'acqua sgradevole per l'uso umano esteticamente e possono anche fornire superfici nell'acqua per la crescita di microrganismi che causano malattie che ospitano agenti patogeni trasmessi dall'acqua come criptosporidiosi, colera e giardiasi. Elevate quantità di solidi sospesi possono anche diventare un problema per altre specie che vivono nell'acqua se le particelle si depositano nelle branchie degli animali che respirano ossigeno nell'acqua. Le particelle sospese possono anche interrompere i cicli di luce e la fotosintesi, alterando la concentrazione di ossigeno nell'acqua e disturbando la rete alimentare del sistema acquatico. La torbidità e i solidi totali aumentano entrambi nei momenti in cui la crescita delle algali è elevata o quando i sedimenti vengono sollevati nell'acqua durante una tempesta. Entrambi possono anche aumentare in risposta alle attività umane come l'inquinamento delle acque, compreso il deflusso industriale, agricolo e residenziale. Le acque reflue provenienti dai sistemi fognari, il deflusso urbano e l'erosione del suolo dallo sviluppo possono anche contribuire ad alti livelli di torbidità e solidi totali. Facili da condurre nel sito di raccolta dell'acqua, queste due semplici misurazioni sono indicatori generali per una vasta gamma di minacce alla qualità dell'acqua, che rendono le acque superficiali meno utili per scopi umani e anche meno in grado di sostenersi come ecosistema acquatico.

I solidi totali sono importanti da utilizzare come test di monitoraggio per gli scarichi provenienti da impianti di trattamento delle acque reflue, impianti industriali o irrigazione estensiva delle colture. Le aree in cui i livelli di acqua dolce sono bassi tendono ad avere tassi di evaporazione più elevati e più vulnerabili a concentrazioni più elevate di solidi. Anche la torbidità e le concentrazioni totali di solidi tendono ad aumentare durante gli eventi piovosi, specialmente nelle aree più sviluppate con maggiori quantità di superfici impermeabili e deflusso urbano.