La rimozione della durezza delle acque

La durezza di un'acqua è legata alla presenza di ioni Ca++ e Mg++. Vediamo come si fa a rimuovere questi ioni.

In un'acqua si trovano disciolti i seguenti ioni: [Ca++], [Mg++], [Na+] rispettivamente in equilibrio con gli ioni [HCO3-], [CO3--], [Cl-], [SO4--], [NO3-].

L'equilibrio tra gli ioni [Ca++] e [Mg++] con [HCO3-] e [CO3--] da luogo alla durezza carbonatica. L'equilibrio tra gli ioni [Ca++] [Mg++] con [Cl-], [SO4--], [NO3-] da luogo alla durezza non carbonatica. La durezza totale dell'acqua è data dalla somma delle concentrazioni [in milliequivalenti] della durezza carbonatica e di quella non carbonatica ovvero dalla somma delle concentrazioni degli ioni [Ca++] e [Mg++].

Generalmente gli equilibri sopra variano in funzione del pH: a valori bassi prevarrà H2CO3 (formato da ioni [HCO3-] e [H+], a pH medio prevale [HCO3-], a valori elevati [CO3--].

La rimozione degli ioni si fa tramite precipitazione chimica:

  • Rimozione del H2CO3:

H2CO3 + Ca(OH)2 -> CaCO3 (insolubile) + 2H2O

  • Rimozione del Ca++:

Ca++ +2HCO3- + Ca(OH)2 -> 2CaCO3 (insolubile) + 2H2O

  • Rimozione del Mg++:

Mg++ +2HCO3- + 2Ca(OH)2 -> 2CaCO3 (insolubile) + Mg(OH)2 (insolubile)+ H2O

La durezza di un'acqua può venire abbassata anche facendola passare su una resina a scambio ionico, che consiste di un polimero recante ioni sodio (Na+) che vengono scambiati al passaggio con gli ioni calcio e magnesio dell'acqua. Gli ioni calcio e magnesio risultano quindi trattenuti dalla resina, che viene poi successivamente rigenerata per trattamento con acqua salata concentrata NaCl (eluato di rigenerazione).

Questa reazione fa aumentare la salinità della soluzione. Si definisce poi la capacità di fissazione della resina come la capacità che ha la resina di trattenere gli ioni calcio e magnesio.

Lo scambio ionico viene anche utilizzato per rimuovere metalli pesanti e nitrati (con resine che contengono Cl-). In alcune resine c'è anche una seconda reazione, che al contrario della prima, ne fa diminuire la salinità.

Molte volte si utilizza uno schema con un bypass a lato della colonna affinché sia soddisfatto il bilancio:

Questo schema viene usato per risparmiare materiale della colonna. Per rimuovere i nitrati si usano resine che contengono Cl- per fissare a sé lo ione nitrato anche se è meglio puntare sulla nitrificazione.

Utilizzo di membrane filtranti: possono essere utilizzate per separare solidi e sali. Ci sono le membrane a microfiltrazione (1-0,1 micron), ultrafiltrazione (0,1-0,01 micron), nanofiltrazione (0.01-0.001 micron) e osmosi inversa (<0.001 micron).

Si consideri un contenitore diviso da una membrana filtrante che fa passare le molecole d'acqua e non gli ioni. Nel caso dell'osmosi, l'acqua contenuta nella parte di destra si muoverà per diluire quella di sinistra fino al raggiungimento della pressione (pressione osmotica) data dal liquido sovrastante la soluzione di sinistra. Se sopra tale soluzione si applica una pressione maggiore di quella osmotica, l'acqua filtrerà da sinistra verso destra (osmosi inversa) e gli ioni resteranno intrappolati dalla membrana filtrante. Per l'osmosi si può scrivere il bilancio:

Dove:

Vp e Cp sono i volumi e le concentrazioni dell'inquinante nel permeato;

Vc e Cc sono i volumi e le concentrazioni dell'inquinante nel concentrato.

L'osmosi inversa va preceduta da microfiltrazione perché le membrane costano molto, le pressioni sono molto elevate (decine di atmosfere) e possono facilmente intasarsi.

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Prossimo concerto: 10 Maggio 2014 ore 21 presso la Chiesa dei Battuti a Caselle Torinese. Seguirà programma dettagliato.

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