I processi di trattamento delle acque: PH e torbidità

In molti processi che riguardano il trattamento delle acque vi è l’esigenza di controllare e misurare alcune grandezze, come ad esempio il PH, la temperatura, oppure la torbidità.

L’importanza di queste variabili risulta cruciale al fine di rispettare i parametri prefissati che riguardano le acque reflue: è per questo che sia a livello industriale che civile i processi di controllo hanno un ruolo determinante, così come la scelta dei componenti utilizzati nell’impianto (fra cui pompe dosatrici, elettrovalvole, sensori di misurazione).

La regolazione del PH: caso generale

Normalmente l’acqua pura ha un pH =7, valore che corrisponde ad una soluzione neutra, ma normalmente in una soluzione possono essere disciolte diverse sostanze che conferiscono all’acqua caratteristiche acide o basiche.

Dal punto di vista chimico, un acido è una sostanza in grado di liberare ioni idrogeno H+ in una soluzione acquosa, mentre una base è una sostanza in grado di liberare ioni idrossido OH-: per questo quando un acido viene aggiunto in una soluzione esso tende a dissociarsi liberando ioni H+, con il conseguente abbassamento del valore del pH (acqua acida). Al contrario, in presenza di una base si liberano ioni OH– i quali, combinandosi con gli H+, ne diminuiscono la concentrazione con il risultato di far alzare il pH (acqua basica o alcalina).

La regolazione del pH assume un ruolo cruciale in molti processi industriali e civili perché spesso l’acqua viene trattata con additivi (fra cui flocculanti o altre sostanze attive) la cui azione è fortemente influenzata dal valore del pH nella soluzione.

La conoscenza dei valori di acidità di una soluzione è molto importante ad esempio per la qualità delle acque potabili, dei prodotti alimentari e di uso quotidiano e per un gran numero di lavorazioni industriali (produzione carta, farmaci, tintura, stampa..) e di processi tecnologici (produzione vino, birra, conservazione latte, carne ecc…).

Come è fatto un impianto di regolazione automatica del pH

 

Nel trattamento delle acque, possiamo immaginare un sistema automatico per la neutralizzazione del pH come un impianto completamente programmabile, in grado di gestire tramite l’apertura e la chiusura di elettrovalvole l’attivazione di agitatori e di pompe dosatrici al fine di normalizzare il pH nella soluzione controllata. Il processo è ciclico con controllo continuo, e le varie fasi possono essere così riassunte:

1. Controllo del livello dell’acqua in vasca (tramite sensori di livello)
2. Apertura della valvola per il carico dell’acqua, fino al raggiungimento del livello desiderato ( valvola
   chiusa )
3. Misurazione del pH (sensori di misurazione)
4. Eventuale dosaggio dell’acido o della base per la neutralizzazione del pH ( attivazione di una pompa
   dosatrice)
5. Attendere il tempo di reazione (variabile a seconda del dosaggio)
6. Scarico dell’acqua dal serbatoio (valvola di scarico aperta)
7. Iterazione del ciclo

Lo schema in Fig.1 mostra un sistema automatico per la neutralizzazione del pH: il sistema è completamente programmabile per gestire l’apertura e la chiusura di elettrovalvole di carico e scarico acqua, l’attivazione di agitatori e di pompe dosatrici.

Il sensore fornirà una costante misura del pH e se necessario attiverà una o più pompe che immetteranno la sostanza regolatrice direttamente nel serbatoio di stoccaggio dell’acqua oppure nella tubazione, a seconda del tipo di processo richiesto.

Il controllo dell’alcalinità delle acque tramite anidride carbonica

In certi casi ad esempio può essere necessario diminuire l’alcalinità di una soluzione acquosa: la tecnica è quella di agire chimicamente mescolando una soluzione acida che consente alla soluzione di rientrare nei valori di pH desiderati.

Una prassi comune è quella di impiegare acidi forti come H2SO4, HCl o eventualmente fumi provenienti da combustioni: tale procedura però potrebbe comportare dei rischi legati all’impiego di queste sostanze, oppure creare fenomeni di sovra-salinazione, calcificazione e rischio di sovra-dosaggio. Si può pensare in tal caso di utilizzare l’anidride carbonica. Le reazioni interessate sono:

L’impianto schematizzato in figura 2 è costituito da una vasca contenente il refluo da trattare, in cui viene inserita la CO2 attraverso dischi o tubolari porosi, sfruttando la pressione con cui viene stoccato il gas .

La quantità di CO2 necessaria è regolata da un quadro di controllo contenente l’elettrovalvola, opportunamente collegata ad un misuratore di pH, la cui sonda è immersa nel liquido da trattare; tutte queste strumentazioni permettono di erogare esclusivamente la CO2 necessaria alla corretta neutralizzazione, ottimizzando così il risultato finale.

Lo strumento di controllo comanderà l’attivazione di una o più pompe dosatrici che immetteranno il regolatore del pH direttamente nel serbatoio di stoccaggio dell’acqua oppure nella tubazione. Tramite un elettrodo sono costantemente monitorati i valori di pH e di conseguenza l’aggiunta del regolatore fintanto che in acqua non sarà rilevato il pH impostato, chiamato “set point”.

La soluzione acquosa presente nel serbatoio di stoccaggio o nella tubazione entra in contatto con il regolatore del pH e, nel contempo, la pompa dosatrice aggiunge altro acido, oppure base, per ripristinare il pH desiderato, completando così il ciclo di controllo.

 

Il controllo della torbidità nel trattamento delle acque

In altri casi i processi di regolazione delle acque possono interessare anche la torbidità, il cui monitoraggio assume rilevante importanza nel trattamento delle acque, siano esse reflue, potabili, di processo o per piscine.

In questo caso l’impianto dovrà essere in grado di monitorare e regolare la torbidità dell’acqua grazie al controllo di un valore fissato di riferimento (“set point”), che permetterà di attivare in caso opportuno una pompa per il dosaggio di una sostanza chimica (ad esempio un flocculante ), oppure azionare l’apertura / chiusura di un’elettrovalvola. (vedi figura 3)

Fonti: A. Vercellesi, F.Manzoni, Air Liquide italia “Chimica&Ambiente: neutralizzazione degli scarichi alcalini da cantiere” La chimica e l’industria web (Settembre/Dicembre 2014)
Appunti di chimica – Prof. Ticozzi, Politecnico di Milano
www.zanichelli.it