Trattamento Chimico dell’acqua.
Per il trattamento chimico dell’acqua puo’ essere applicata una grande varietà di prodotti chimici. Qui di seguito sono riassunti diversi tipi di prodotti chimici per il trattamento delle acque.
| Alghicidi
Antischiume Biocidi Agenti chimici per le caldaie Coagulanti Inibitori della corrosione Disinfettanti |
Flocculanti
Agenti neutralizzanti Ossidanti Pulitori ad ossigeno Condizionatori del pH Agenti pulitori per resine Inibitori dell’incrostazione |
Gli alghicidi sono prodotti chimici che uccidono le alghe e le alghe blu o verdi, quando sono aggiunti all’acqua. Alcuni esempi sono solfato di rame, sali di ferro, sali di resina di ammoniaca e cloruro di benzalcono. Gli alghicidi sono efficaci contro le alghe, ma non sono molto utilizzabili per le fioriture d’alghe per i motivi ambientali. Il problema della maggior parte degli alghicidi è che uccidono tutte le alghe presenti, ma non eliminano le tossine si liberano dalle alghe prima della loro morte.Alghicidi
Antischiume
La schiuma è una massa di bolle che si forma quando determinati tipi di gas vengono dispersi in un liquido. Forti pellicole di liquido corcondano le bolle, formando grandi volumi di schiuma non produttiva. La causa della schiuma è un complicato studio della chimica fisica, ma e’ noto sappiamo che la sua esistenza causa seri problemi sia nel funzionamento dei processi industriali che nella qualità dei prodotti finiti. Quando non è tenuta sotto controllo, la schiuma ridurre la capienza dell’apparecchiatura ed aumentare la durata ed i costi dei processi.
Le miscele antischiuma contengono olii uniti a piccole quantita’ di silicio. Essi eliminano la schiuma grazie a due proprietà del silicio: incompatibilità con i sistemi acquosi e facilità di diffusione. I composti antischiuma sono disponibili in polvere o come emulsione di prodotto puro.
Polvere
La polvere antischiuma include un gruppo di prodotti basati su polidimetilsilossano modificato. I prodotti variano nelle loro proprietà di base, ma come gruppo forniscono un’eccellente antischiuma per una vasta gamma di applicazioni e circostanze.
Le antischiume sono chimicamente inerti e non reagiscono con il mezzo che è deschiumato. Sono inodori, insapori, non volatili, non tossiche e non corrodono i materiali. L’unico svantaggio di prodotti in plovere è che non possono essere usati in soluzioni acquose.
Emulsioni
Le emulsioni antischiuma sono emulsioni acquose di liquidi di polidimetilsilossiano. Hanno le stesse proprietà della forma in polvere, l’unica differenza è che possono anche essere applicate in soluzioni acquose.
Coagulanti
Quando ci si riferisce ai coagulanti, si preferiscono ioni positivi ad alta valenza. In generale si applicano alluminio e ferro, alluminio come Al2(SO4)3- (aluin) e ferro come FeCl3 o Fe2(SO4)3-. Si può anche applicare la forma relativamente poco costosa FeSO4, a condizione che si ossidi a Fe3+ durante la fase di aerazione. La coagulazione dipende molto dalle dosi di coagulanti, dal pH e della concentrazione di colloide. Per regolare i livelli di pH si puo’ applicare Ca(OH)2 come coflocculante. Le dosi variano solitamente fra 10 e 90 mg di Fe3+ per litro, ma quando sono presenti sali bisogna applicare una dose elevata.
Inibitori della corrosione
La corrosione è un termine generale che indica la trasformazione di un metallo in un composto solubile. La corrosione può portare a guasti nelle parti critiche dei sistemi delle caldaie, alla formazione di depositi dei prodotti di corrosione in zone critiche di scambio termico e a una perdita generale di efficienza.
Ecco perchè gli inibitori di corrosione sono spesso applicati. Gli inibitori sono sostanze chimiche che reagiscono con una superficie metallica, fornando ad essa un certo livello di protezione. Gli inibitori funzionano spesso adsorbendosi sulla superficie metallica, proteggendo la superficie metallica grazie alla formazione di una pellicola.
Ci sono cinque diversi tipo di inibitori di corrosione, sono:
1) Inibitori di passivita’ (passivatori)
2) Inibitori catodici
3) Inibitori organici
4) Inibitori inducenti la precipitazione
5) Inibitori Volatili Di Corrosione (VCI)
1) Inibitori di passivita’ (passivatori). Questi causano uno spostamento del potenziale di corrosione, forzando la superficie metallica allo stato passivo. Esempi di inibitori di passivita’ sono gli anioni ossidanti, quali gli ioni del cromato, del nitrito e del nitrato e ioni non ossidanti quali fosfato ed molibdato. Questi inibitori sono i più efficaci e di conseguanza i più ampiamente usati.
2) Inibitori catodici. Alcuni inibitori catodici, quali i residui di arsenico e di antimonio, funzionano rendendo la ricombinazione e lo scarico di idrogeno più difficili. Altri inibitori catodici, ioni come il calcio, lo zinco o il magnesio, possono essere fatti precipitare come ossidi per formare uno strato protettivo sul metallo.
3) Inibitori organici. Interessano l’intera superficie del metallo corrodente se presenti in determinate concentrazioni. Gli inibitori organici proteggono il metallo formando una pellicola idrofoba sulla sua superficie. Gli inibitori organici vengono assorbiti secondo la carica ionica dell’inibitore e la carica sulla superficie.
4) Inibitori inducenti la precipitazione. Sono composti che causano la formazione dei precipitati sulla superficie del metallo, quindi costituiscono una pellicola protettiva. Gli inibitori più comuni di questa categoria sono silicati e fosfati.
5) Inibitori Volatili Di Corrosione (VCI). Sono composti trasportati in un ambiente chiuso al luogo di corrosione tramite volatilizzazione da una sorgente. Esempi sono morfolina ed idrazina e solidi volatili quali i sali di dicicloesilammina, cicloesilammina ed essametilene-ammina. A contatto con la superficie del metallo, il vapore di questi sali condensa ed è idrolizzato da nebbie, per liberare gli ioni protettivi.
Disinfettanti
I disinfettanti uccidono i micorganismi indesiderati presenti nell’acqua. Esistono diversi tipi di disinfettanti:
· Cloro (dose 2-10 mg/L)
· Diossido di cloro
· Ozono
· Ipoclorito
Diossido di cloro e disinfezione
ClO2 è usato principalmente come disinfettante primario per acque superficiali con problemi di gusto e di odori. È un pesticida efficace a concentrazioni basse come 0.1 ppm e su un’ampia scala di pH. ClO2 penetra la parete batterica delle cellule e reagisce con gli amminoacidi vitali nel citoplasma della cellula per uccidere gli organismi. Il sottoprodotto di questa reazione è la clorite.
Il diossido di cloro disinfetta secondo lo stesso principio del cloro, tuttavia, a differenza del cloro, il diossido di cloro non ha effetti nocivi su salute umana.
Disinfezione con ipoclorito
L’ipoclorito è usato allo stesso modo del diossido di cloro e del cloro. La ipoclorazione è un metodo di disinfezione non piu’ ampiamente usato, da quando un’agenzia ambientale ha dimostrato che l’ipoclorito per la disinfezione in acqua era la causa della presenza di bromato in acqua.
Disinfezione con ozono
L’ozono è un potente mezzo di ossidazione, con una durata notevolmente corta. E formato da molecole dell’ossigeno con un atomo di ossigeno supplementare, per formare O3. Quando l’ozono entra in contatto con odori, batteri o virus l’atomo di ossigeno supplementare li scompone direttamente, tramite ossidazione. Il terzo atomo di ossigeno delle molecole dell’ozono è quindi perso e rimane soltanto ossigeno.
I disinfettanti possono essere usati in varie industrie. L’ozono è usato nell’industria farmaceutica, per la preparazione di acqua potabile, per il trattamento di acqua di processo, per la preparazione di acqua ultra-pura e per la disinfezione di superfici.
Il diossido di cloro è usato soprattutto per la preparazione di acqua potabile e la disinfezione di condutture.
Ogni tecnica di disinfezione presenta i propri vantaggi specifici ed il proprio campo di applicazione. Nella tabella sotto riportata sono indicati alcuni vantaggi e svantaggi:
| Tecnologia | Impatto ambientale | Sottoprodotti | Efficienza | Investimento | Costi operativi | Fluidi | Superfici |
| Ozono | + | + | ++ | – | + | ++ | ++ |
| UV | ++ | ++ | + | +/- | ++ | + | ++ |
| Diossido di Cloro | +/- | +/- | ++ | ++ | + | ++ | — |
| Gas di cloro | — | — | – | + | ++ | +/- | — |
| Ipoclorito | — | — | – | + | ++ | +/- | — |
Flocculanti
Per promuovere la formazione di fiocchi in acqua che contiene solidi sospesi si usano polimeri flocculanti (polielettroliti) per favorire la formazione di legami fra le particelle. Questi polimeri hanno un effetto molto specifico, dipendente dalle loro spese, dal loro peso molare e dal loro grado ramificazione molecolare. I polimeri sono solubili in acqua ed il loro peso molare varia fra 105 e 106 g/mol. Ci possono essere parecchie cariche su un fiocco. Esistono polimeri cationici, basati su azoto, polimeri anionici, basati sugli ioni di carbossilato e sui poliamfoliti, che trasportano sia cariche positive che negative.
Agenti neutralizzanti (controllo di alcalinita’)
Per neutralizzare gli acidi e le basi si usano soluzioni di idrossido di sodio (NaOH), carbonato di calcio, o sospensioni di calce (Ca(OH)2) per aumentare i livelli di pH. Si usano l’acido solforico diluito (H2SO4) o l’acido cloridrico diluito (HCl) per ridurre i livelli di pH. La quantita’ di agenti neutralizzanti dipende dal pH dell’acqua nel bacino di reazione. Le reazioni di neutralizzazione causano un aumento nella temperatura.
Ossidanti
I processi chimici di ossidazione sfruttano gli ossidanti (chimici) per ridurre i livelli di COD/BOD e per rimuovere i componenti ossidabili sia inorganici che organici. I processi possono completamente ossidare i materiali organici in anidride carbonica e acqua, anche se spesso non è necessario far evolvere i processi fino a questo punto.
Un’ampia varietà composti chimici per ossidazione sono disponibili. Esempi sono:
·Perossido di idrogeno;
·Ozono;
·Ozono & perossido combinati;
·Ossigeno.
Perossido di idrogeno
Il perossido di idrogeno è ampiamente usato grazie alle sue proprietà: è un ossidante sicuro, efficace, potente e versatile. Le applicazioni principali di H2O2 sono ossidazione per favorire il controllo degli odori ed il controllo di corrosione, ossidazione organica, ossidazione del metallo ed ossidazione di tossicità. Le sostanze inquinanti più difficili da ossidarsi possono richiedere che H2O2 sia attivato con i catalizzatori quali ferro, rame, manganese o altri composti metallici di transizione.
Ozono
L’ozono può essere applicato non soltanto come disinfettante, può anche favorire la rimozione degli agenti inquinanti dall’acqua tramite ossidazione. L’ozono quindi purifica l’acqua rompendo gli agenti inquinanti organici e convertendo gli agenti inquinanti inorganici ad una forma insolubile che può essere filtrata fuori. Un sistema ad ozono può rimuovere fino a venticinque agenti inquinanti. I prodotti chimici che possono essere ossidati con l’ozono sono:
·Alogeni organici assorbibili;
·Nitrito;
·Ferro;
·Manganese;
·Cianuro;
·Antiparassitari;
·Ossidi di azoto;
·Sostanze odorose;
·Idrocarburi clorurati;
·PCB.
Ossigeno
Anche l’ossigeno può anche essere applicato come ossidante, per esempio per realizzare l’ossidazione di ferro e di manganese. Le reazioni che avvengono durante l’ossidazione da parte dell’ossigeno sono di solito abbastanza simili. Queste sono le reazioni di ossidazione di ferro e manganese con ossigeno:
2 Fe2+ + O2 + 2 OH– -> Fe2O3 + H2O
2 Mn2+ + O2 + 4 OH– -> 2 MnO2 + 2 H2O
Pulitori ad ossigeno
Il lavaggio dell’ossigeno significa evitare che l’ossigeno produca reazioni di ossidazione. La maggior parte dei prodotti organici naturali ha una carica leggermente negativa. A causa di cio’ possono assorbire molecole di ossigeno, perché queste sono dotati di una carica leggermente positiva, per impedire che avvengano reazioni di ossidazione in acqua ed in altri liquidi.
I pulitori di ossigeno includono sia i prodotti volatili, come l’idrazina (N2H4) o altri prodotti organici come la carboidrazina, l’idrochinone, il dietilidrossietanolo, il metiletilchetossime, sia i sali non volatili, quali il solfito di sodio (Na2SO3) ed altri residui inorganici, o i loro derivati. I sali spesso contengono dei composti catalizzanti per aumentare la velocita’ di reazione con l’ossigeno dissolto, per esempio il cloruro di cobalto.
Condizionatori di pH
Il pH dell’acqua comunale e’ spesso variato, per impedire la corrosione dei tubi ed impedire la dissoluzione di piombo nei rifornimenti idrici. Anche durante il trattamento delle acque possono essere necessari aggiustamenti del pH. Il pH è aumentato o ridotto tramite l’aggiunta di acidi o basi. Un esempio di abbassamento del pH è l’aggiunta dell’acido cloridrico, nel caso di un liquido basico. Un esempio di innalzamento del pH è l’aggiunta dell’idrossido di natrio, nel caso di un liquido acido.
Il pH sarà convertito a circa 7 – 7.5 dopo l’aggiunta di determinate concentrazioni di acidi o basi. La concentrazione e il tipo di sostanza aggiunta, dipende dalla diminuzione o dall’aumento del pH necessari.
Agenti pulitori per resine
Le resine di scambio ionico devono essere rigenerate dopo l’applicazione, per poter essere riutilizzate. Ma ogni volta che gli scambiatori ionici sono usati si sporcano molto. Gli agenti inquinanti che vi entrano non sono rimossi con rigenerazione; quindi le resine devono essere pulite con determinati prodotti chimici. I prodotti chimici che sono usati sono per esempio cloruro di sodio, cloruro di potassio, acido citrico e diossido di cloro.
La pulizia di diossido di cloro serve a rimuovere degli agenti inquinanti organici sulle resine di scambio ionico. Prima di ogni trattamento di pulizia le resine dovrebbero essere rigenerate. Dopo di cio’, nel caso in cui sia usato diossido del cloro, 500 ppm del diossido del cloro in soluzione passano attraverso la base della resina ed ossidano gli agenti inquinanti.
Inibitori dell’ incrostazione
I depositi sono il precipitato che si forma sulle superfici a contatto con l’acqua come conseguenza della precipitazione dei solidi normalmente solubili che diventano insolubili quando la temperatura aumenta. Alcuni esempi di depositi sono il carbonato di calcio, il solfato di calcio e il silicato di calcio.
Gli inibitori di depositi sono polimeri negativamente caricati tensioattivi. Quando i minerali eccedono la loro solubilità e cominciano a fondersi, i polimeri li attaccano. La struttura per la cristallizzazione si interrompe e la formazione del deposito è evitata. Le particelle del deposito unite con all’inibitore vengono disperse e rimangono nella sospensione.
Esempi di inibitori sono esteri di fosfato, acido fosforico e soluzioni a basso peso molecolare di acido poliacidico.