Che cosa è la clorazione?

CLORAZIONE

 

generalità

I trattamenti di disinfezione interessano sia la potabilizzazione delle acque primarie, sia la depurazione delle acque reflue. Nel primo caso, tali trattamenti sono indispensabili, ai fini di garantire il rispetto degli standard microbiologici richiesti per il consumo umano dell’acqua. Nel secondo caso, la necessità di procedere alla disinfezione delle acque reflue dipende principalmente dall’uso a cui il corpo idrico ricettore è destinato, da cui deriva l’eventuale rispetto di standard più o meno restrittivi sui parametri microbiologici Con il graduale esaurirsi delle sorgenti naturali di acqua potabile (acque profonde), si sta sempre più ricorrendo all'acqua di origine superficiale (mari, fiumi, laghi naturali e artificiali) e queste fonti di approvvigionamento, a causa delle caratteristiche specifiche dell'acqua e/o del grado di inquinamento, devono essere sottoposte a cicli di trattamenti di disinfezione e potabilizzazione necessari a modificarne le caratteristiche e migliorarne la qualità.

le sue origini

L'ipoclorito di sodio universalmente noto come Cloro ha in realtà una storia molto lunga perché la scoperta delle sue proprietà caratteristiche e prima utilizzazione  viene collocata attorno al 1785 quando il chimico francese Berthollet riuscì a sviluppare agenti di candeggiamento liquidi basati sull'utilizzo di ipoclorito del sodio. In Francia la prima azienda introdusse e commercializzò questo prodotto fu la Javel e da qui il suo nome in francese che tutt’ora viene definito come  'Eau de Javel'.

L’ipoclorito di sodio inizialmente fu utilizzato esclusivamente per candeggiare il cotone, ma quando si evidenziarono le sue caratteristiche disinfettanti fu rapidamente utilizzato nella potabilizzazione delle acque.

 

la produzione

L’ipoclorito di sodio è l'alogeno più abbondante sulla terra, dove è presente sottoforma di ione cloruro (Cl-) e la sua produzione su base industriale si può ottenere con procedimenti di ossidazione elettrolitica o chimica, spesso ottenuta tramite elettrolisi di acqua salata ottenuta dosando sale in acqua addolcita, acqua di mare  o di sale roccioso che riassumiamo principalmente:

- metodo cella-diaframma, dove la cella per l'elettrolisi contiene un polo positivo, in titanio e un polo negativo, in acciaio con interposto un diaframma che impedisce ai prodotti scissi di mescolarsi o reagire tra di loro.

-metodo della cella a mercurio dove la cella per l'elettrolisi contiene un polo positivo, in titanio e un polo negativo composto da mercurio fluente

-metodo Deaconprocess che è in grado di produrre il cloro per mezzo di ossidazione dell'acido cloridrico con ossigeno atmosferico in presenza di cloruro di rame

è interessante notare che secondo fonti accreditate attualmente il 60% della produzione europea di cloro avviene per mezzo di elettrolisi del mercurio, mentre il 20% avviene tramite processo a diaframma ed il 20% tramite il processo a membrana.

la sua azione

le note capacità disinfettanti del cloro di uccidere gli agenti patogeni come batteri e virus attraverso la distruzione dei legami chimici delle loro molecole avviene scambiando i suoi atomi con altri composti, infatti gli enzimi dei batteri che entrano in contatto con il cloro, uno o più atomi della molecole di idrogeno risultano sostituiti dal cloro inducendo la deformazione dell'intera molecola e dei suoi processi enzimatici e quando gli enzimi non funzionano correttamente, i microorganismi muoiono o soffrono di disturbi riproduttivi inibendone la proliferazione.La parete delle cellule dei microorganismi patogeni è naturalmente caricata negativamente e può quindi essere penetrata dallo ione ipoclorito caricato negativamente.

La capacità dell’acido di ipocloridrico di penetrare anche gli strati melmosi, le pareti delle cellule e gli strati protettivi dei microorganismi gli consente di essere efficace in una pluralità di situazioni impiantistiche e di uccidere in ogni caso gli agenti patogeni anche se non tutti i composti del cloro hanno uguali proprietà disinfettanti e viene definito a tale scopo “cloro attivo” la parte del cloro o dei suoi composti che risulta efficace ai fini della disinfezione. Per esempio, le preparazioni commerciali di ipoclorito di calcio hanno un titolo in cloro-attivo del 25 - 28%, mentre quelle di ipoclorito di sodio intorno al 10 - 13%.

Parlando di proprietà di disinfezione comprando anche le diverse tecnologie nella pratica si tende a suddividere per praticità le proprietà batteriostatiche da quelle battericida che riportiamo da wilkipedia:

Il termine battericida indica una sostanza antimicrobica (che può essere un antibiotico, un disinfettante o un antisettico) in grado di uccidere i batteri ai quali viene applicato.

Le sostanze battericide si distinguono da quelle batteriostatiche poiché queste ultime non provocano la morte, ma piuttosto impediscono o limitano fortemente la crescita -la moltiplicazione- batterica.

in pratica possiamo riassumere che l’azione battericida è garantita esclusivamente al punto in cui viene applicata mentre quella batteriostatica permane nel tempo e ne impedisce la proliferazione

 

la sua efficacia in relazione al pH

L'efficacia della disinfezione con cloro e' in funzione del pH dell'acqua ed avviene efficacemente solo quando il pH è compreso fra 5.5 e 7.5, e durante il suo dosaggio a causa della presenza di soda caustica nell'ipoclorito di sodio, il pH dell'acqua aumenta e questo impone un controllo associato del pH e Cl2. Quando l'ipoclorito di sodio si dissolve in acqua, si formano due sostanze, che agiscono per ossidazione e disinfezione e sono rispettivamente l'acido ipocloroso (HOCl) molto attivo e lo ione ipoclorito (OCl-) meno attivo. Con un pH pari a 6 il livello di acido ipocloridrico è calcolato essere all’80%, mentre la concentrazione degli ioni ipoclorito è 20%. Quando il livello di pH sale a 8, avviene il contrario. Quando il pH è praticamente neutro a 7.5, le concentrazioni dell'acido ipocloridrico e degli ioni ipoclorito sono pari al 50% L'ipoclorito di sodio tra l’altro presenta il vantaggio che i microorganismi non possono sviluppare alcuna resistenza alla sua azione ad esempio è efficace anche contro i batteri di Legionella e il biofilm in cui i batteri di legionella possono moltiplicarsi.

 

tempo di contatto

 

L’azione del cloro è in relazione al tempo di contatto ovvero il tempo necessario affinchè esso possa esplicare la sua azione ossidativa che normalmente è assunta come minimo in 20 min. A tale scopo dal punto di vista impiantistico dopo un dosaggio di cloro è necessario prevedere fini di favorire il contatto tra disinfettante e acqua una o più vasche di contatto. Nel caso di acque fortemente inquinate  è opportuno che  dopo l’iniezione di cloro, della soluzione di ipocloriti sia eseguita in una vasca di premiscelazione rapida, questa deve fare seguito la vasca di contatto tradizionale. Nel caso di acque di elevata qualità e con bassa richiesta di cloro è sufficiente una sola vasca di contatto. Al fine di procedere alla misura del cloro residuo, dopo il tempo di contatto può essere utilizzato un  clororesiduometro, la cui installazione è indispensabile se si vuole asservire automaticamente il dosaggio del cloro alla richiesta di cloro dell'acqua stessa. In questo caso, la misura del cloro residuo nella portata uscente dalla vasca di contatto consente di variare opportunamente il dosaggio del cloro, in testa alla vasca stessa.

 

applicazioni

Il cloro svolge un ruolo importantissimo nel trattamento dell'acqua da molti decenni tanto da risultare in tutto il mondo come il disinfettante il più frequentemente usato. Infatti è relativamente poco costoso e semplice da produrre a fronte delle indiscusse  capacità di uccidere efficacemente i microorganismi patogeni, senza aggiungere nessun gusto specifico all'acqua e la sua efficacia contribuisce all'affidabilità dell'acqua potabile prodotta da acqua superficiale. nel corso del secolo scorso la diffusione della pratica di disinfezione dell'acqua potabile ha ridotto drasticamente la possibilità di espandersi di epidemie di colera e il tifo legate all'acqua, che avevano falcidiato anche le popolazioni europee agli inizi del 900. E' noto infatti che l'insorgenza delle malattie e a maggior ragione delle epidemie, dipende dalla diffusione degli agenti infettanti e dalla loro trasmissione diretta o indiretta da un individuo all'altro e l’acqua costituisce una forma di trasmissione preferenziale per le patologie infettive e per questo motivo il controllo della sua qualità è stao ed è uno dei principali obiettivi del trattamento delle acque potabili

 

Linee guida WHO (Organizzazione Mondiale per la sanita')

La sicurezza dell'acqua potabile è protetta e determinata dalle guida di riferimento che costituisce un indirizzamento per qualità dell'acqua da erogare definendo gli standard per l'analisi del rischio, la progettazione del sistemadi disnfezione, la prevenzione ed il controllo dell' inquinamento ed il trattamento delle acque. Inoltre contiene gli standard per le concentrazioni massime delle sostanze inquinanti e dei disinfettanti che possono essere presenti nell'acqua. (WHO Guidelines for Frinking Water Quality, Derde Editie, 2003) .

Riassumendo negli standard europei per l’acqua potabile, si indica che 2-3 mg/l di cloro dovrebbero essere aggiunti all'acqua per avere una buona disinfezione e concentrazione residua e la quantità massima di cloro utilizzabile è 5 mg/l. Per una disinfezione più efficace le quantità residue di cloro libero dovrebbero superare i 0.5 mg/l dopo almeno 30 minuti di contatto ad un pH di 8 o inferiore. (WHO, linee guida per la qualità dell'acqua potabile. terza edizione).

Ad esempio negli USA gli standard nazionali per l'acqua potabile stabiliscono una concentrazione residuale massima di cloro di 4 mg/l. Fino a poco tempo fa gli Stati Uniti usavano estesamente il cloro gassoso per il trattamento dell'acqua reflua


il cloro nelle piscine

 

La concentrazione di ipoclorito di sodio che si trova nelle piscine non è generalmente nociva per le persone ma è a tutti noto che quando nell'acqua c'e' troppo cloro, esso brucia i tessuti del corpo, il che causa danneggiamento dei tratti dei sistema respiratorio, stomaco e intestino, occhi e pelle. Quando l'ipoclorito di sodio è usato nelle piscine, a volte causa rossore agli occhi rossi ed emana l'odore tipico del cloro che si manifesta quando e' presente molta urea (miscela di urina e di sudore), l'acido ipocloroso e l'urea reagiscono formando clorammine. Esse irritano le membrane mucose e causano il cosiddetto 'odore di cloro'.

 

 

disinfezione effetti sulla salute

 

Nei primi anni settanta fu scoperto che durante la disinfezione dell'acqua per mezzo di disinfettanti chimici si possono formare sottoprodotti della disinfezione e solo allora iniziarono a svilupparsi ricerche sullo sviluppo e sugli effetti sulla salute di tali sottoprodotti. Oggi esistono degli standard che indicano i livelli massimi dei sottoprodotti di disinfezione nell'acqua potabile. Il dosaggio di cloro in acqua per la disinfezione  per la sua capacità di interagire con i composti organici ed inorganici disciolti nell'acqua dà origine a sottoprodotti di disinfezione definiti come i trialometani (THM) e gli acidi acetici alogenati. Il dosaggio ovvero la richiesta di cloro dipende dalla quantità di materia organica presente nell'acqua, dal pH dell'acqua, dal tempo di contatto e dalla temperatura. La quantità di cloro che reagisce durante questo processo viene indicata come cloro richiesta e la parte rimanente di cloro è definita cloro libero ed è quella che assolve alle funzioni di disinfezione dell’acqua in quanto da origine all’acido ipocloridrico (HOCl) noto come cloro attivo libero.

Se per uccidere i batteri è necessario un quantità minima di cloro circa 0,2-0,4 mg/L le concentrazioni di cloro aggiunte all'acqua sono solitamente più alte, a causa della cloro richiesta indotta dalla presenza di sostanze organiche e questo provoca la presenza più o meno importante dei THM che hanno caratteristiche cancerogene mutogene e per questa ragione dovrebbero essere rimossi totalmente dall’acqua al punto d’uso.

 

precauzioni d’uso

 

L’inspirazione di cloro gassoso irrita le vie respiratorie con effetti che variano da dolore alla cassa toracica e tosse, ad accumulo di liquido nei polmoni, in alcuni casi può anche causare irritazioni agli occhi ed alla pelle, effetti che non avvengono in circostanze naturali. Quando il cloro entra nel corpo non è molto persistente, a causa della sua reattività. Solo il cloro in forma gassosa pura è molto tossico e persino una piccola quantità può essere mortale. Durante la prima guerra mondiale il gas fu usato su vasta scala per danneggiare o uccidere i soldati nemici. La tossicità del cloro è dal fatto che attacca le mucose provocando delle ulcerazioni per poi penetrare nei vasi sanguigni. Le normative vigenti fissano in modo chiaro il massimo valore tollerato del cloro presente nell’acqua potabile ma nella realtà non c'è un valore soglia per l'esposizione all'ipoclorito di sodio, gli effetti sulla salute si presentano dopo esposizione. La gente è esposta all'ipoclorito di sodio attraverso l'inalazione degli aerosol. Ciò causa tosse e gola irritata. Dopo ingerimento gli effetti sono mal di stomaco, una sensazione di bruciore, tosse, diarrea, gola irritata e vomito. L'ipoclorito del sodio sulla pelle o sugli occhi causa rossore e dolore. Dopo un'esposizione prolungata, la pelle può diventare sensibile. L'ipoclorito del sodio è tossico per gli organismi acquatici. È mutageno e molto tossico quando entra in contatto con i sali dell'ammonio.


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