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Processi di potabilizzazione

La sedimentazione consiste nel condurre l'acqua in apposite vasche nelle quali le particelle di dimensione superiore ai 10 micron, grazie alla forza di gravità, si depositano sul fondo formando i cosiddetti fanghi di sedimentazione. L'acqua decantata tracima in una conduttura mentre un sistema di palette favorisce l'accumulo dei fanghi sul fondo delle vasche. Lo scopo del trattamento è quello di eliminare la torbidità e la colorazione che è causata dalle particelle in sospensione.

Coagulazione

La coagulazione (o flocculazione) consiste nel trattare l'acqua con elettroliti opportuni (solfato di alluminio, solfato ferrico, cloruro ferrico, ecc.) che dissociandosi liberano ioni Al3+ o Fe3+. Questi, combinandosi con le particelle colloidali, formano sostanze più voluminose che precipitano come rispettivi idrossidi (anch'essi molto voluminosi) che assorbono anche altre impurezze. Le reazioni sono del tipo:

Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 → 2Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2

Il coagulante sopra citato viene in pratica mescolato in proporzione di 1-2 mg/m3 e si agita per 20-30 minuti alla velocità necessaria perché avvenga la flocculazione (formazione di particelle sempre più grosse). L'acqua trattata viene ributtata dentro a delle vasche simili a quelle per la sedimentazione, alle quali però viene diminuita la velocità di immissione di acqua per favorire il processo. Con questo procedimento si eliminano le particelle di dimensione inferiore ai 10 micron ancora in sospensione.

Filtrazione

La filtrazione può essere lenta o rapida e serve a eliminare le particelle ancora presenti dopo i due procedimenti precedenti. Nei filtri lenti le vasche sono di cemento con strati di ghiaia, pietrisco e sabbia nelle quali viene versata l'acqua dall'alto. È il metodo più efficace ma richiede più tempo e una maggiore manutenzione (gli strati dopo qualche mese devono essere puliti o sostituiti). Nei filtri rapidi le vasche sono in acciaio con uno strato di ghiaia ed uno di sabbia nelle quali viene versata l'acqua dall'alto in un sistema chiuso e sotto pressione. L'acqua trattata è maggiore in questo caso ma dopo 20 ore i filtri vanno puliti inviando acqua pulita nel senso contrario (dal basso verso l'alto) oppure insufflando aria. I filtri rapidi si utilizzano solamente su acque che hanno subito il trattamento di coagulazione.

Aerazione

L'aerazione consiste nell'insufflare aria nell'acqua allontanando in questo modo le sostanze gassose indesiderate. L'ossigeno inoltre ossida ioni quali quelli ferrosi e manganosi che flocculano e inoltre le eventuali sostanze organiche. Per ossidare preventivamente queste ultime si può usare per esempio l'ozono o il cloro. L'aerazione viene utilizzata allo scopo di eliminare odori e sapori sgradevoli.

Trattamento biologico a fanghi attivi

Il trattamento biologico a fanghi attivi si realizza nelle vasche un sistema dinamico aerobico controllato, che riproduce in ambiente artificiale gli stessi meccanismi biologici che avvengono in natura (ad esempio lungo il corso di un fiume) per la depurazione delle acque inquinate da sostanze organiche biodegradabili.

Filtri a carbone attivo

I filtri a carbone attivo hanno la capacità di adsorbire il cloro e tutte le sostanze adsorbibili per via chimico-fisica nei micropori di tale carbone, che può avere anche una superficie specifica di 1000 metri quadri per ogni grammo di carbone attivo che si presenta in forma granulare o in polvere, restituendo un'acqua priva di tutte le particelle adsorbite. Per uso alimentare questo è molto importante: infatti ricerche mediche hanno accertato che le caratteristiche ossidanti del cloro favoriscono l'insorgenza di tumori allo stomaco e all'intestino. I filtri a carbone tuttavia non modificano le concentrazioni dei sali minerali, e perciò lasciano passare senza alcuna alterazione anche sostanze indesiderate: per esempio i nitrati, i nitriti, i solfati, molti metalli pesanti, eccetera. In commercio esistono diversi filtri a carboni attivi con diverse tipologie di carboni impiegati e differenti densità filtranti. Per applicazioni domestiche i filtri a carboni devono essere certificati.

Purificatori ad osmosi inversa

I purificatori ad osmosi inversa sono apparecchi complessi, composti di più stadi che basano il proprio principio sul superamento della pressione osmotica tra 2 acque con concentrazioni diverse di salinità e altri composti presenti nell'acqua. L'acqua in arrivo viene trattata prima con un filtro a sedimentazione, per eliminarne le particelle in sospensione, poi con un filtro a carbone attivo per eliminarne il cloro; soltanto a questo punto viene effettuata l'osmosi inversa. L'acqua viene fatta passare attraverso una membrana semipermeabile, dotata di una porosità dell'ordine di 0,0001 micron. In questo modo si riesce a far passare quasi esclusivamente le molecole di acqua applicando una pressione tra i 20 e 80 bar, trattenendo le molecole più grandi nell'acqua che verrà scaricata come reflua. In questo modo si riesce ad eliminare in modo pressoché totale qualsiasi fonte di inquinamento presente, sia per motivi naturali - come i vari metalli pesanti - sia per cause attribuibili alle attività umane, come gli idrocarburi incombusti, i tensioattivi, i nitrati, i fitofarmaci, e così via.

Addolcimento

Gli addolcitori vengono talvolta considerati, a torto, tra i potabilizzatori. In realtà gli addolcitori sono apparecchi che riescono efficacemente a rimuovere il calcare dall'acqua, sostituendo i cationi di calcio e magnesio con i cationi sodio. Per ottenere questo, l'acqua viene fatta passare attraverso minuscole sferette di resine scambiatrici preventivamente caricate con cloruro di sodio (sale); durante il passaggio le sferette rilasciano il sodio, adsorbendo il calcio e il magnesio. I vantaggi di questa operazione sono grandi, in quanto il sodio non tende a precipitare sulle tubazioni; in questo modo si riesce ad ottenere un funzionamento più efficiente e privo di guasti alle condutture idriche e agli elettrodomestici, con notevoli risparmi di energia elettrica, di sapone e di detersivi. Tuttavia gli addolcitori non depurano l'acqua, e la forte quantità di sodio dell'acqua addolcita ne sconsiglia fortemente l'uso alimentare.

Oggi si tende a realizzare impianti domestici o industriali nei quali l'acqua in arrivo viene inviata ad un addolcitore, per tutti gli usi tecnologici e igienici, mentre per uso alimentare l'acqua addolcita viene ulteriormente trattata da un apparecchio ad osmosi inversa. Se la provenienza dell'acqua non è igienicamente sicura - ad esempio, se l'acqua proviene da un pozzo - è necessario procedere preventivamente alla clorazione.

L'addolcimento può anche essere effettuato sfruttando il metodo calce-soda. In pratica vengono utilizzati calce spenta (Ca(OH)2) e soda Solvay (Na2CO3) in qualità di reagenti. La calce provoca reazioni del tipo

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3 + 2H2O

Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + Mg(OH)2 + H2O + CO2

diminuendo in pratica la durezza temporanea dell'acqua precipitando il calcio e il magnesio come idrossidi insolubili. La calce spenta inoltre trasforma la durezza permanente dovuta al magnesio in durezza calcica tramite la reazione

MgSO4 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + CaSO4

Infine la soda trasforma in carbonati insolubili i sali di calcio. I composti insolubili vengono poi eliminati tramite sedimentazione e poi filtrazione.

Osmosi inversa

L'osmosi inversa è il processo in cui si forza il passaggio delle molecole di solvente dalla soluzione più concentrata alla soluzione meno concentrata ottenuto applicando alla soluzione più concentrata una pressione maggiore della pressione osmotica. In pratica, l'osmosi inversa viene realizzata con una membrana che trattiene il soluto da una parte impedendone il passaggio e permette di ricavare il solvente puro dall'altra. Questo fenomeno non è spontaneo e richiede il compimento di un lavoro meccanico pari a quello necessario per annullare l'effetto della pressione osmotica.

Tale processo rappresenta la più fine tecnica di filtrazione dell'acqua, in quanto non consiste semplicemente in un ostacolo fisico (determinato dalle dimensioni dei pori) al passaggio delle molecole, ma sfrutta la diversa affinità chimica delle specie con la membrana, permettendo infatti il passaggio delle molecole idrofile ( o water-like), cioè chimicamente simili all'acqua (es. gli alcool a catena corta). Dal punto di vista impiantistico il metodo sfrutta il principio della filtrazione tangenziale, come anche altre tecniche simili quali l'ultrafiltrazione e la nanofiltrazione. L'osmosi inversa è utilizzata nel trattamento dell'acqua, sia per la desalinizzazione, sia per la rimozione di tracce di fosfati, calcio e metalli pesanti, nonché pesticidi, materiali radioattivi e di quasi tutte le molecole inquinanti.

Nel processo di osmosi inversa vengono usate membrane composite di sottili pellicole (TFC o TFM, Thin Film Composite Membrane). Queste membrane sono semipermeabili e fabbricate principalmente per l'uso nella depurazione delle acque o in sistemi di desalinizzazione. Hanno anche utilizzi in applicazioni chimiche come le batterie e le pile a combustibile. In sostanza un materiale TFC è un setaccio molecolare costruito nella forma di una pellicola di due o più materiali stratificati.

Le membrane usate nell'osmosi sono generalmente fatte in poliammide, scelta principalmente per la sua permeabilità all'acqua e la relativa impermeabilità alle varie impurità disciolte, inclusi gli ioni salini e altre piccole molecole che non possono venire filtrate. Un altro esempio di membrana semipermeabile è quella usata nella dialisi.

Applicazioni domestiche

In ambito domestico, esistono dei sistemi di trattamento dell'acqua corrente tramite apparecchiature filtranti basate sul processo dell'osmosi inversa. L'acqua così trattata può considerarsi oligominerale, cioè povera di sali minerali.

Questi sistemi possono trattenere fino al 99% delle sostanze disciolte rendendo l'acqua priva di sali, e quindi non idonea per il consumo umano. Tali sistemi devono quindi avere un rubinetto interno per miscelare l'acqua in entrata con quella passata nella membrana, in modo da riequilibrare il prezioso contenuto salino.

 

 

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