Aspetti tecnico-gestionali degli impianti al punto d'uso per la rimozione dell'arsenico nelle acque ad uso umano nella Provincia di Mantova

Point-of-Entry (POE) and Point-of Use (POU) systems are an alternative solution to centralized treatment systems for householders which rely on private well water. In the Province of Mantua more than 30% of the inhabitants use well water with arsenic concentration higher than the maximum contaminant level of 10 μg/L (D. Lgs 31/2001). The aim is to identify technical and economic criteria for arsenic treatment systems, based on the analysis of four case studies in the Province of Mantua. Arsenic naturally occurs in groundwater due to the presence of arsenic-bearing minerals and studies show that long term exposure to even low levels of arsenic via drinking consumption is linked to an increase of skin, prostate, lung and bladder cancer. The current World Health Organization drinking water standard for arsenic is 10 μg/L and Europe, USA, Canada, New Zealand and Japan have taken 10 μg/L as the maximum level. Australia has imposed 7 μg/L for arsenic drinking water standard, while Denmark and New Jersey have chosen 5 μg/L. The maximum contaminant level for arsenic is 50 μg/L in Chile, Argentina, Ecuador, China, India, Nepal, Thailand, Vietnam, Ghana and Croatia. It is 35 μg/L in Mexico. The main technologies applied to POE and POU arsenic treatment systems are adsorption on granular ferric hydroxide (GFH) or activated alumina (AA), ion exchange and reverse osmosis. Pre-oxidation can be made with chlorine, potassium permanganate or Fenton’s reagent. Four case studies POE and POU treatment systems in the Province of Mantua are described from the point of view of treatment chain and plant management. They have been analysed considering different technical, management and economic criteria so as to understand which of these are the main ones to choose the best technologic alternative for arsenic removal. The analysis has shown that the main criteria are as following: As(III)/As(V) ratio, pH, presence of silica, sulphate, chlorides and other groundwater contaminants in raw water; energy consumption, associated to the motive force used by the technology, and water consumption, also linked to the dilution of chemicals; usage of chemicals, in order to increase treatment efficiency or to prevent microbial contamination; costs, associated to water and energy consumption, chemicals and the life cycle of a technology; automation, so as plant management is minimised.

Gli impianti di trattamento al punto d’uso, inteso come rubinetto o pozzo privato, delle acque di approvvigionamento costituiscono una soluzione alternativa ai sistemi centralizzati in realtà isolate o prive di allacciamento alla rete acquedottistica. Tale è la situazione della Provincia di Mantova, in cui le acque di falda presentano concentrazioni di arsenico superiori al valore limite di 10 μg/L (imposto dal D. Lgs 31/2001) e dove più del 30% degli abitanti utilizzano pozzi privati senza trattamento dell’acqua o con trattamenti al punto d’uso. L’obiettivo di questa tesi è quello di individuare i criteri di applicabilità tecnico-economica delle diverse soluzioni tecnologiche per la rimozione dell’arsenico dalle acque di approvvigionamento, a partire da un’analisi tecnico-gestionale di casi di studio nella Provincia di Mantova. La presenza dell’arsenico nelle acque sotterranee ad uso umano è di origine naturale ed è associata al rilascio di arsenico da parte delle rocce che lo contengono a contatto con le acque del sottosuolo. Tuttavia studi dimostrano che l’esposizione a lungo termine anche a basse dosi di arsenico mediante ingestione d’acqua provoca un incremento del rischio di contrarre cancro alla pelle, alla prostata, al polmone e alla vescica. Il valore guida proposto dall’Organizzazione Mondiale della Sanità per l’arsenico nelle acque ad uso umano è pari a 10 μg/L e tale valore è stato adottato come massimo valore consentito in Europa, negli Stati Uniti, in Canada, in Nuova Zelanda e in Giappone. L’Australia ha imposto un valore massimo di 7 μg/L, mentre la Danimarca e lo stato Americano del New Jersey hanno scelto un valore di 5 μg/L. In Cile, Argentina, Ecuador, Cina, India, Nepal, Tailandia, Vietnam, Ghana e in Croazia il valore massimo consentito per l’arsenico è di 50 μg/L; in Messico è pari a 35 μg/L. Le principali tecnologie applicabili ai sistemi di trattamento per la rimozione dell’arsenico al punto d’uso sono l’adsorbimento su idrossido ferrico granulare (GFH) o su allumina attivata (AA), lo scambio ionico e l’osmosi inversa. Una pre-ossidazione può essere effettuata dosando cloro, permanganato di potassio o il reattivo di Fenton. I quattro casi di studio, costituiti da sistemi di trattamento per l’arsenico al punto d’uso, vengono descritti dal punto di vista della filiera di potabilizzazione e della gestione impiantistica. Essi sono stati, inoltre, analizzati sulla base di una serie di criteri tecnico-economici e gestionali per poter individuare quali fra questi ultimi fossero quelli determinanti la scelta di una tecnologia per la rimozione dell’arsenico al punto d’uso. Dall’analisi effettuata emerge che tali criteri sono: le caratteristiche dell’acqua grezza, specialmente il rapporto As(III)/As(V), il pH, la presenza di ioni, quali, silicati, solfati e cloruri, e di altri contaminanti propri delle acque dl sottosuolo; i consumi energetici, associati al tipo di forza motrice impiegata dalla tecnologia, e quelli idrici, associati anche alla necessità di diluire i reattivi chimici impiegati; il dosaggio di reattivi chimici, impiegati per accrescere i rendimenti di rimozione o per prevenire la contaminazione microbica; i costi di esercizio, associati ai consumi energetici, idrici, all’uso di reattivi chimici e alla durata dei materiali impiegati; infine, l’automazione, che consente di minimizzare la gestione dell’impianto da parte di personale non specializzato.