Filtri a carbone

Water treatment Plant (WTP)
1
2
I trattamenti di WTP
Devono rendere l’acqua idonea
per caratteristiche:
• Organolettiche
• Fisiche
(T, conducibilità, pH)
• Chimico-biologiche
(durezza, organici, batteri,
microinquinanti)
3
Schema dei trattamenti WTP
Solidi grossolani e
solidi sospesi
sedimentabili
Trattamenti fisici primari
Grigliatura e sedimentazione
Solidi sospesi non
sedimentabili
Setacciatura e filtrazione
jar test per ottimizzare
pH e dose di
coagulante
trattamenti chimico-fisici semplici o avanzati
Aerazione, eliminazione di
durezza, Fe, Mn, F, Si,
chiariflocculazione
affinazione (miglioramento caratteristiche organolettiche)
Filtri carboni attivi
demineralizzazione
disinfezione
clorazione
ozonizzazione
UV
4
Stacciatura
Per solidi grossolani non sedimentabili (alghe e plancton)
Utilizzata in alternativa alla sedimentazione primaria
Microstacciatura
 Trattamento più efficiente della
grigliatura fine (fori da 20-40 µm)
 Rimuove solidi biologici (alghe
multicellulari o filamentose) e
minerali dall’acqua superficiale
 Impiegabile come pretrattamento
prima della filtrazione lenta su
sabbia e della coagulazione
 Necessita di manutenzione per la
pulizia
5
Sedimentazione e filtrazione
Sedimentazione primaria per gravità
Filtrazione
(da sola o in serie alla chiariflocculazione)
Filtri di
superficie
(teli)
Filtri di
volume
(letti)
Filtri a membrana (micro/ultra/nanofiltrazione e
osmosi inversa)
Filtri lenti (per basse torbidità, sabbie finissime) a gravità azione
filtrante> biofilm
Filtri rapidi (materiale più grossolano) a gravità o pressione. Letti di
sabbia o misti con antracite
Sedimentazione secondaria
6
Sedimentazione e filtrazione
Sedimentazione primaria per gravità
Filtrazione
(da sola o in serie alla chiariflocculazione)
Filtri di
superficie
(teli)
Filtri di
volume
(letti)
Filtri a membrana (micro/ultra/nanofiltrazione e
osmosi inversa)
Filtri lenti (per basse torbidità, sabbie finissime) a gravità azione
filtrante> biofilm
Filtri rapidi (materiale più grossolano) a gravità o pressione. Letti di
sabbia o misti con antracite
Sedimentazione secondaria
7
Stabilizzazione delle acque
Sono considerate stabili acque in equilibrio con la reazione,
senza depositi di carbonati
CaCO3 + H2CO3 → Ca(HCO3)2
•A pH alti > acqua diventa incrostante
•A pH bassi > acqua aggressiva (fenomeni di corrosione,
acque blu-verdi da rame)
Deacidificazione si effettua con:
•Aerazione (eliminazione di anidride carbonica)
•Filtrazione su carbonati (marmo e calcare)
•Neutralizzazione con calce
La neutralizzazione di pH alti si ottiene con acido
solforico o cloridrico
8
Trattamenti di affinazione
Miglioramento delle caratteristiche organolettiche
•Odore e sapore
•Riduzione dei minerali
Composti rilevanti per odore e gusto possono essere rimossi per:
•Aerazione (gas disciolti, sostanze volatili)
•Chiariflocculazione (solidi sospesi,microorganismi)
•Disinfezione (batteri e alghe che producono odori)
•Filtri a carbone attivo per sostanze organiche e inorganiche
disciolte
(Cloroammine, metalli pesanti, fluoro, trialometani, pesticidi)
Il GAC può essere usato su letti filtranti
Il PAC può essere aggiunto in fase di chiariflocculazione
La demineralizzazione si ottiene con resine scambiatrici
9
Processi di disinfezione
Sono sempre necessari per il trattamento di acque superficiali
Utilizzati per acque profonde solo se necessario
Sono trattamenti finali della potabilizzazione, ma possono essere
seguiti da ulteriori processi (p.es. filtri a carboni attivi)
Solitamente si divide in una
pre- disinfezione o disinfezione iniziale
e una post-disinfezione o disinfezione finale
Per limitare la formazione di sottoprodotti
Ozono o diossido
di cloro
1.Clorazione
2.Ozonizzazione
3.UV
10
Clorazione
Il meccanismo disinfettante è duplice:
1. Azione ossidante sulla cellula (virus)
2. Inibizione dei processi enzimatici (batteri)
•
•
La torbidità influisce sull’efficienza
Alcuni protozoi e spore batteriche sono cloro-resistenti
1.clorazione
•Idrolisi del Cl2
HClO Acido debole
Ka=2.7 X 10 -8
L’azione disinfettante è espletata dalla forma indissociata.
L’efficienza dipende dunque dal pH (pH basso più efficace)
Aggiungendo cloro a 1g/L, a pH>3 il Cl2 è trascurabile
•Si usa direttamente ClO- perchè più sicuro
•Il cloro libero disponibile è costituito da HClO + ClO-
11
Clorazione_2
Quando il cloro reagisce con materia organica contenente
azoto si formano le cloroammine, cloro combinato
disponibile
È utile perchè più persistente, ma se la materia organica è
eccessiva, la domanda di cloro (clororichiesta) diventa alta
Il rapporto Cl/N determina il breakpoint, oltre il quale la
Cloro libero
clorazione è efficace (reazioni parassite marginali)
proporzionale a cloro
aggiunto
La clorazione è usata per abbattimento dell’azoto
(Cl/Nammoniacale 8:1, 5<pH<8)
Possibile formazione
di cloroformio
12
Clorazione _3
Diossido di cloro, ClO2
Efficace disinfettante senza formazione di trialometani
Gas pericoloso, quindi si genera on-site
5NaClO2 + 4HCl → 5NaCl + 4ClO2 + 2H2O
2NaClO3 + H2SO4 + H2O2 → 2ClO2 + O2+ Na2SO4 + 2H2O
Tra i possibili sottoprodotti, cloriti e clorati sono significativi dal
punto di vista sanitario (agenti mutageni)
Alcuni impianti di trattamento delle acque, Water Treatment
Plant (WTP) usano diossido di cloro come pre-disinfezione
13
cloroamminazione
Prodotto di clorazione con ammoniaca
Creano problemi di
odori a conc.
<monocloroammina
La reazione è controllata per ottenere prevalentemente
monoclorammina, unico dei tre con potere disinfettante
Efficacia minore di clorazione classica, ma più persistente
Altro possibile prodotto NCl3
14
Comparazione
Cloro (ipoclorito)
Diossido di cloro
Dipende dal pH
Non dipende dal pH
Persistente come cloroammine
Pericoloso, generato in situ
Reazione con sostanza
organica> cloroammine
Non genera cloroammine
Ossida metalli
(ferro, nitriti, solfiti,
ammoniaca)
Efficace con Mn per formazione
di ossidi insolubili
Formazione di trialometani
Non forma trialometani
Con alogeni, forma iodati e
bromati
Clorati e cloriti come
sottoprodotti
Con fenoli> clorofenoli modifica
dell’odore
Ossida i fenoli e i composti
umici
15
Clorazione_ quando?
Pre-clorazione
Superclorazione
(e declorazione)
Clorazione
frazionata
Post-clorazione
• A monte della filtrazione
• Ossidazione di inorganici indesiderati (ferro, ammoniaca, solfuro
di idrogeno)
• Disinfezione batterica
• Eliminazione di alghe
• Non c’è cloro residuo
• Aggiunta seconda necessità (spesso dopo filtrazione)
• Elimina sostanze che interferiscono con proprietà organolettiche
• Eccesso di cloro deve essere eliminato (solfiti. Tiosolfato,
ammoniaca)
• In due momenti distinti
• Controllo di alghe e batteri su filtri
• Alte concentrazioni per brevi tempi di contatto (più efficace)
• A valle della filtrazione
• Concentrazione bassa per eliminare batteri e garantire residuo
efficace
16
Ozonizzazione
2. Ozono, O3
Azione selettiva come ozono, non
selettiva come radicale OH
•Elimina problemi di sottoprodotti dellla clorazione (tranne bromati)
•Più efficace contro i virus, ioni metallici (As) e molecole complesse
•Migliori proprietà organolettiche dell’acqua
•Scarsa solubilità in acqua
•Decompone ad ossigeno velocemente, quindi si aggiunge comunque
cloro
•Seguita da filtrazione (spesso a carbone attivo)
La generazione di ozono in impianto da aria
tempo di contatto
con acqua 15 min
•Filtrazione
•Raffreddamento
•essiccazione
•Pressurizzazione
•Scarica di 20000 V
17
Ozonizzazione
2. Ozono, O3
Azione selettiva come ozono, non
selettiva come radicale OH
•Elimina problemi di sottoprodotti dellla clorazione (tranne bromati)
•Più efficace contro i virus, ioni metallici (As) e molecole complesse
•Migliori proprietà organolettiche dell’acqua
•Scarsa solubilità in acqua
•Decompone ad ossigeno velocemente, quindi si aggiunge comunque
Tecnica costosa
•Seguita da
filtrazione
(spesso
a carbone
attivo)
Adatta
ad
impianti
piccoli
cloro
La generazione di ozono in impianto da aria
tempo di contatto
con acqua 15 min
•Filtrazione
•Raffreddamento
•essiccazione
•Pressurizzazione
•Scarica di 20000 V
18
Ultravioletti
3. UV
•
Ottenuti da lampada a vapori di mercurio a bassa pressione o media
pressione (<180<λ<320, più efficace 250 nm)
•
L’azione disinfettante nei confronti delle proteine del metabolismo
batterico
•
Efficace su acque sufficientemente limpide
•Migliori proprietà organolettiche dell’acqua
•Non persistente, quindi si aggiunge altro disinfettante
•Per piccole portate
19
Tecniche emergenti
Sono stati valutati processi di disinfezione alternativi, soprattutto
in piccoli impianti, nelle applicazioni casalinghe e come entrata
di WTPs:
•Uso di alogeni (iodio e bromo)
•Uso di argento
Necessità di dati più approfonditi su
possibili by-products
ed effetti a lungo termine
20
Reazioni correlate a trattamenti di
disinfezione (DBPs)
Cl2
ClO2
O3
Azione battericida
+
+
+++
Inattivazione virus
+
++
+++
Azione sporicida
+
++
+++
Stabilità in rete
+
+
-
++
++
+++
+
++
+++
-,(+)
++
+++
Ox azoto ammoniacale
++
-
-
Ox bromuri
++
-
+++
-
++
++
Ox acidi fulvici e umici
Ox Fe+2; Mn+2; S-2; NO2Ox composti fenolici
Eliminazione odori e
sapori
Disinfection By-Products (DBPs)
Composti organoalogenatiTrialometani (THM), acidi aloacetici
Tipo di
disinfettante
(HAAs), clorofenoli
Composti organici non alogenatibenzene, aldeidi
Composti inorganiciCloriti, clorati, bromati
Tempo
di
contatto
DBPs
Concentrazione
residua
Carico
organico
22
Reazioni correlate (DBPs)
Composti
Trialometani
Aloacetonitrili
Derivati aloacidi
Clorofenoli
Chetoni clorurati
Disinfection By-product
Effetti tossicologici
Cloroformio
Cancerogeno, epatotossico, tossicità renale
Diclorobromometano
Epatotossico, tossicità renale
Dibromoclorometano
Epatotossico, tossicità renale
Bromoformio
Epatotossico, tossicità renale
Cloroacetonitrile
Genotossico, evolutivo
Dicloroacetonitrile
Mutageno, genotossico, evolutivo
Tricloroacetonitrile
Genotossico, evolutivo
Bromocloroacetonitrile
Mutageno, genotossico, evolutivo
Dibromoacetonitrile
Genotossico, evolutivo
Acido dicloroacetico
Disordini metabolici, neurotossico, lesioni
oculari
Acido tricloroacetico
Incremento dei perossisomi epatici
2-Clorofenolo
Fetotossico, promotore di tumore
2,4-Diclorofenolo
Fetotossico, promotore di tumore
2,4,6-Triclorofenolo
Cancerogeno
1,1-Dicloropropanone
Mutageno
1,1,1-Tricloropropanone
Mutageno
1,1,3,3Tetracloropropanone
Mutageno
THMs
Epatotossici, nefrotossici e
possibili cancerogeni per
l’uomo (2B IARC)
•Cloroformio
•Bromoformio
•Bromodiclorometano
•Dibromocloroetano
WHO
La loro formazione dipende da
•Quantità di acidi umici
•pH
•Temperatura
•Presenza di bromo
DL 31/2001
THMs totali 30 µg/L
con possibilità di deroghe
regionali
•Cloroformio principale costituente, in presenza di bromo>composti
bromurati
•L’apporto di THM in aria è significativo (assorbimento durante
doccia)
Standard EPA (USA) THMs
totali 80 µg/L
24
Composto
Sorgente
Benzene
DBPs
Limite WHO,
µg/L
Livelli di
contaminazione
abbattimento
Reflui
industriali,atmosfer
a
10
<5 µg/L
10 µg/L con GAC o
stripping
Bromati
ozonizzazione
10
2-293 µg/L
Controllo di
processo
Acidi acetici
bromurati
Disinfezione di
acque bromurate
-
<5 µg/L
Acido dicloroacetico
clorazione
50
20 µg/L
Coagulazione e
Controllo di pH in
clorazione
Cloroammine
(mono)
clorazione( cloro e
ipoclorito)
3000
500-2000 µg/L
Per riduzione
(concentrazioni utili
ca 10 mg/L)
Cloriti e clorati
clorazione (diossido
di cloro o uso di
ipoclorito ad alte
temperature)
700
-
Da uso di ipoclorito
(0.1mg/L)
Controllo di
processo per
diossido (<0.2
mg/L
Clorofenoli
clorazione
(ipoclorito)
200
<1 µg/L
GAC
Acetonitrile
alogenati
(dicloroacetonitrile)
Clorazione e
cloroamminazione
20
Controllare
precursori
25
Efficacia di rimozione di composti
parametrati WHO
26
Efficacia di rimozione di composti
parametrati WHO_2
27
Efficacia di rimozione di composti
parametrati WHO_3
28
Efficacia di rimozione di composti
parametrati WHO_4
29
Efficacia di rimozione di composti
parametrati WHO_5
30
Efficacia di rimozione di composti
parametrati WHO_6
31
Trattamento per acque profonde
Qualità superiore. Possono essere contaminate da ferro, Mn, H2S, solfati
e As come fonti naturali
Pesticidi e nitrati per infiltrazione
Filtri a carbone
attivo
Aggiunta di calce
(CaO2 o Ca(OH)2)
Per precipitazione di
Ca2+ e Mg2+
Eliminazione di composti volatili
(H2S, CO2, CH4, CH3SH, metaboliti di
batteri)
Ossidazione Fe(II) a Fe (III) insolubile
Coagulante
(solfati di Fe (III) e Al)
aggiunta di elettroliti
32
Trattamenti per acque superficiali
DL 152/2006_allegato 1A
Disciplina i trattamenti da effettuare in base alle categorie di “acque
dolci superficiali destinate alla produzione di acqua potabile”
A1
trattamento
fisico semplice e
disinfezione
A2
trattamento fisico e
chimico normale e
disinfezione
Pretrattamenti
Pretrattamenti
Filtrazione
Pre-disinfezione
trattamento fisico
e chimico spinto,
trattamento di
affinamento e
disinfezione
Pretrattamenti
Pre-disinfezione
Chiariflocculazione
disinfezione
Chiariflocculazione
Sedimentazione
Sedimentazione
Filtrazione
Filtrazione
Rimozioni
microinquinanti
disinfezione
disinfezione
33
A3
Acque superficiali venete
Fonte: arpav
34
Acque superficiali venete
Fonte: arpav
35
Origine di contaminazione per
composti parametrati WHO
36
Origine di diverse sostanze chimiche
nell’acqua al consumo (Dir 98/83/EC)
35
30
25
20
15
Public & domestic systems
Disinfection
10
Physico-chemical treatments
Anthropic
Natural
5
0
Catchment
Production
Distribution
37
Alcune tipologie di apparecchiature ad
uso domestico per il trattamento delle
acque potabili







Addolcitori a scambio ionico
Dosatori di reagenti chimici
Apparecchi ad osmosi inversa
Filtri meccanici
Sistemi fisici
Filtri a carbone attivo
Filtri a struttura composita
Trattamento domestico delle acque
potabili
(riferimenti legislativi in Italia)
 l’acqua trattata deve mantenere le caratteristiche
di potabilità previste dalla normativa
(D.Lgs.31/2001)
 apparecchi rispondenti a specifiche tecniche
(Decreto del Ministero della Sanità 443/1990)
 rispondenza dei materiali a normativa su CPDW (
D.M. 174/2004)
 rispetto normativa su etichettatura e
presentazione dei prodotti alimentari, e relativa
pubblicità (D.lgs. 181/2003, dir 2000/13/CE )
Alcune indicazioni normative su
apparecchiature ad uso domestico per il
trattamento delle acque potabili

denominazione: no “depuratore d’acqua”, ma solo con la
precisa indicazione della specifica azione svolta (es.
addolcitore)
• non applicabili a impianti tecnologici ed elettrodomestici o rete
indipendente da quella potabile
• fogli illustrativi
• includono «Norme per la sicurezza degli impianti».
Alcune problematiche
Addolcitori a scambio ionico
Eccessivo addolcimento, sotto i 10-15°F*
Apparecchi ad osmosi inversa
Eccessiva demineralizzazione
Sistemi fisici
Efficacia dubbia
Filtri a carbone
Rischio di esaurimento, con saturazione e rilascio dei microinquinanti adsorbiti
Per tutte le tipologie
Aspetti microbiologici (possibile proliferazione batterica)
Aspetti da sottolineare nelle azioni di
regolamentazione e vigilanza
 corretta informazione commerciale: si tratta di
apparecchiature per il trattamento domestico di acque
già potabili
 distinzione tra esigenze sanitarie, esigenze organolettiche,
esigenze tecnologiche
 scelta della apparecchiatura sulla base delle proprie esigenze,
identificando lo strumento adatto
• manutenzione: ruolo fondamentale al fine del buon
funzionamento dell’apparecchio e della prevenzione dei
rischi
• sostituzione periodica di componenti soggetti a saturazione
od esaurimento.
• impianti provvisti di serbatoi di accumulo: devono essere
previsti interventi periodici di sanatizzazione.
Classificazione delle acque in base alla
durezza
Storicamente definisce la capacità dell’acqua di precipitare i
saponi , dovuta a calcio e magnesio ma anche bario, ferro,
manganese, stronzio, zinco
mg/L (CaCO3)
°f
0 -17,1
0-4
Mediamente dura
17,1 - 60
4 - 15
Discretamente dura
60 - 120
15 - 30
120 - 180
30 - 45
> 180
> 45
Dolce
Dura
Molto dura
0.1 mmol/L
CaCO3
mg/L (CaCO3)
Dolce
Moderatamente dura
Dura
°f
< 100
< 25
100 - 200
25 - 50
> 200
> 50
Regolamentazione della durezza
 Dir 98/83 CE: parametro Durezza non considerato
 in Italia (D.Lgs. 31/01) la Durezza è inserita nella parte C
dell’Allegato I (Parametri indicatori)
 è riportato un valore consigliato (15-50°f): limite inferiore vale
per le acque sottoposte a trattamento di addolcimento o di
dissalazione
soglia di percezione del sapore per lo
ione calcio 100-300 mg/L, concentrazioni
più alte sono accettabili. livelli di durezza
superiori ai 500 mg/L generalmente
considerati
inaccettabili
visivamente
(acqua opalescente o torbida)
ISS: La durezza dell'acqua destinata
al consumo umano: riflessi sulla salute umana
http://www.iss.it/binary/itti/cont/No
tiziario%20ISS%20durezza%20acqu
a.1179820668.pdf
Significato sanitario di Ca e Mg
•
fine degli anni ’50: studi epidemiologici che riscontravano una
correlazione inversa tra Cardiovascular deseas (CVDs) e durezza
delle acque potabili
•
ventennio successivo: centinaio di studi condotti a livello mondiale:
significativa incidenza di CVDs in popolazioni servite da acque con
ridotti contenuti di calcio e magnesio
•
“Nutrients in Drinking Water” - Protection of the Human Environment
Water sanitation and Health. WHO, Geneva, 2005
• Monarca et al.*: analisi di studi epidemiologici riportati nel periodo
1979-2004 e studi in-vitro, su animali e uomo: importante ruolo
sanitario alla presenza del magnesio nell’acqua
• necessità di approfondire studi
• ruolo essenziale dell’acqua potabile nell’apporto di nutrienti
• acque dure per la prevenzione di CVDs, soprattutto per la
presenza di Mg
• raccomandata la reintroduzione del parametro durezza
• corretta informazione
* Monarca, S., Zerbini, I. and F. Donato, Drinking Water Hardness
and Cardiovascular Diseases: A Review of Epidemiological Studies
1979-2004
Correlazione tra durezza dell’acqua e CVDs in diverse
aree geografiche della Gran Bretagna
Distribuzione geografica della mortalità maschile (a) e
femminile (b) per CVDs
Durezza dell’acqua destinata al
consumo umano in mg/l in diversi
distretti della Gran Bretagna
University of East Anglia and Drinking Water Inspectorate. Review of evidence for relationship
between incidence of cardiovascular disease an water hardness. Final report for contract
DWI/70/2/176, 2005
Orientamenti attuali
Revisione della dir 98/83/CE:
largamente condivisa l’importanza di reintrodurre il parametro durezza
sulla base di considerazioni sanitarie legate in particolare ai numerosi
studi epidemiologici che associano il consumo di acque a ridotto tenore
di calcio e, soprattutto, di magnesio all’incremento di CVDs
European Network of Drinking Water Regulators (ENDWARE) (inchiesta
informale):
su 16 paesi che hanno fornito informazioni:
•
9 paesi: parametro durezza nella propria legislazione (limite minimo per
acque sottoposte a trattamenti di addolcimento) 3 paesi : limite minimo di
durezza in norme tecniche nazionali
•
opinione generalmente favorevole alla reintroduzione del parametro
durezza nella normativa europea
Parametri dell’acqua dopo osmosi
inversa
Parametro
Valore
Valore medio
acquedotto
Unità pH
6,5
7,35
µS/cm
167
1034
Cloruri
mg/L
25
119,3
Nitrati
mg/L
4
7,6
Solfati
mg/L
9
180,5
Ferro totale
µg/L
<10
59
UFC/100ml
>300
7
Magnesio
mg/L
1
23,2
Calcio
mg/L
11
134,6
°f
3
43,1
UFC/100ml
>300
4
pH
Conducibilità a 20°C
Colonie su agar
36°C
Durezza
Colonie su agar
22°C
U.M.
CARATTERIZZAZIONE DELLA MINERALIZZAZIONE DELL’ACQUA
DESTINATA AL CONSUMO UMANO
RESIDUO FISSO
GRANDEZZE USATE
DUREZZA TEMPORANEA
DUREZZA
DUREZZA PERMANENTE
DUREZZA TOTALE
RESIDUO FISSO
TEMPORANEA
DUREZZA
PERMANENTE
Rappresenta l’insieme delle sostanze inorganiche (in prevalenza) ed
organiche che restano dopo evaporazione dell’acqua a 180°C
CONTENUTO DI Ca(HCO3)2 e Mg(HCO3)2 ;sono presenti gli equilibri
simultanei HCO3- + H2O  H2CO3 + OH- e HCO3-  H+ + CO32- che,
sommati, danno 2HCO3  ⇋ CO2 + H2O + CO32- da cui si deduce che,
portando l’acqua ad ebollizione, viene eliminata l’anidride carbonica
CO2 , e gli ioni carbonato prodotti in eccesso si trasformano (da cui il
termine”temporanea”) in carbonati CaCO3 e MgCO3 (sali neutri) che,
essendo poco solubili, precipitano provocando incrostazioni; dalle
reazioni
Ca(HCO3)2  CaCO3  + CO2 + H2O
Mg(HCO3)2  MgCO3 + CO2 + H2O
nota la quantità dei carbonati si risale alla quantità di monoidrogeno
carbonati
CONTENUTO DEI SALI DI CALCIO E MAGNESIO (cloruri, nitrati,
solfati,etc.) che, portati ad ebollizione non subiscono trasformazioni e
rimangono quindi in soluzione,
TOTALE
CORRISPONDE ALLA SOMMA DELLA DUREZZA PERMANENTE E
DELLA DUREZZA TEMPORANEA.
E’ il contenuto in ioni calcio e magnesio espresso come carbonato di
calcio (CaCO3) e viene determinata sull’acqua prima di essere
sottoposta a trattamento termico.
ESPRESSIONEDELLA
DUREZZA (totale)
In gradi Francesi (in Italia);1 grado 10 mg/l CaCO3 . Un’acqua
contenente pochi sali è MOLLE o DOLCE, molti sali è DURA.
La DUREZZA TOTALE è definita come la
somma delle concentrazioni di ioni calcio e magnesio
ed è espressa in
mg/L di CaCO3.
Sono in progressivo
disuso
i
risultati
espressi in
gradi francesi (°F)
1°F = 10 mg/L come CaCO3 cioè 1°F è la
concentrazione di (Sali di) calcio e magnesio
molecolarmente uguale a 10 mg/L di CaCO3,
1°F = 5,6 mg/L come CaO)
gradi tedeschi (°T)
1°T = 17,9 mg/L come CaCO3
1°T = 10 mg/L come CaO
gradi inglesi (°I)
(1°I = 14,3 mg/L come CaCO3
1°I= 8 mg/L come CaO
La durezza totale di un’acqua, cioè il suo contenuto di ioni calcio e magnesio si determina mediante una
titolazione complessometrica con il sale bisodico dell’acido EDTA usando NET (nero eriocromoT) come
indicatore; dalla reazione si formano i due complessi del Ca e del Mg.
ESECUZIONE: acqua tamponata a pH 10 con tampone ammoniacale, per evitare a pH superiore la
precipitazione di carbonato di calcio e di idrossido di magnesio, Na2H2Y-Sale bisodico dell’acido
etilendiamminotetracetico (EDTA)- usando NET (nero eriocromo T) come indicatore che forma un
complesso di colore rosso vino con gli ioni di calcio e magnesio. Quando tutto il calcio ed il magnesio
sono stati a loro volta complessati dall’EDTA la soluzione passa al blu chiaro che è il colore di una forma
del NET non complessato e cioè libero; a questo punto l’operatore arresta la titolazione.
N
a
N
a
Acido etilendiamminotetracetico (EDTA) Sale bisodico dell’acido etilendiamminotetracetico (EDTA)
Na2H2Y
H 4Y
Nel complesso formato dallo ione del metallo “M”con una molecola di EDTA due atomi di
azoto e quattro atomi di ossigeno coordinano lo ione M in modo da ottenere una
disposizione a forma di bipiramide a base quadrata con M al centro
Mg
Complesso Ca-EDTA
Complesso Mg-EDTA
EDTA 0,0165 M
12,7
mL
ESEMPIO DI CALCOLO
Le moli utilizzate di EDTA per titolare le x moli di calcio e le y moli di
magnesio sono
0,0127.0,0165=0,00021moli = x+y
Dato che la durezza in gradi francesi si esprime in mg/L di CaCO3 e i
mg di CaCO3 e quindi le moli di CaCO3 sono per CONVENZIONE
uguali alle moli di calcio (x) +le moli di magnesio(y) imponiamo che
0,00021(moli di CaCO3 ) = x+y
Dividendo ambo i membri per 0,1 (100 mL di acqua trasf.in L)
otteniamo che la concentrazione in moli/L del CaCO3 è uguale alla
concentrazione totale in moli/L dei due ioni. Allora la concentrazione
in moli/L del CaCO3 è
0,00021/0,1=0,0021 moli/L
e, trasformata in mg, è (x PM CaCO3=100) 0,21g/L cioè 210 mg/L di
CaCO3.
Dato che 1°F = 10 mg/L come CaCO3, dalla proporzione 1:10=
z:210 otteniamo che
z= 21°F
nero eriocromoT
Alla stessa conclusione si perviene con l’espressione
Acqua (100 mL)
contenente
x moli Ca2+ e y moli
Mg2+
(A*CEDTA*1000·*PMCaCO3)/V
dove:
A = volume (mL) di EDTA in concentrazione C (Molare);
V = volume (mL) di campione prelevato
REAZIONI INTERESSATE
Il nero di eriocromo T (NET) è un indicatore usato nelle titolazioni con EDTA ed è un acido triprotico (H3D) che
si comporta come acido forte nel 1° atto dissociativo in quanto il protone deriva al gruppo solfonico -SO3H, e
debole nel 2° e 3° atto dissociativo in quanto i due protoni derivano dai due gruppi -OH, cioè
H3 D  H2 D- + H+
H2D-  HD2- + H+ (Ka,2=5.10-7)
rosso
blu
a pH acido (6-7) prevale la forma colorata in rosso e a pH basico (11-12) prevale quella colorata in blu
HD2-  D3- + H+ (Ka,3=2,5.10-11)
blu
arancione
Prima della titolazione quando si aggiunge il NET si forma per primo il complesso rosso Mg-NET (perché
possiede una Kf maggiore rispetto a quella del calcio), il Ca2+ rimane libero e avviene la reazione
Mg2+ + 2 H2D- Mg(H2D)2
Quando di aggiunge EDTA (sale bisodico) si forma, con il Ca2+, il complesso rosso Ca-EDTA (perché
possiede una Kf maggiore rispetto a quella del magnesio,secondo la
Ca2+ + EDTA2-  Ca-EDTA
(1° punto di equivalenza)
Per ulteriore aggiunta di EDTA il Mg viene sottratto al complesso Mg(H2D)2 (perché la Kf di tale complesso è
minore di quella del complesso con EDTA) secondo la
Mg(H2D)2 + EDTA2-  Mg-EDTA + 2 (H2D)(2° punto di equivalenza)
L’(H2D)- liberato a pH basico si trasforma in HD2- di colore blu e, quando ciò avviene,
SI ARRESTA LA TITOLAZIONE.
Campione
di acqua
Tampone da
aggiungere all’ acqua
Aggiunta di indicatore
(nero eriocromo T)
Titolazione
con EDTA
Punto di fine=arresto
della titolazione
Fundamental water Legislation
Decree (Italian kingdom)
1265/1934
Responsability of mayor for DW
DPR 236/88
Transposition of dir 80/778/EEC
DM 443/1990
Devices used in DW treatment in household
DM 26/3/1991
Building and protection of aqueducts
L 36/1994
Assett of water suppliers (ATO)
Decree 152/99
Asset of inland water, some principles of dir
2000/60/EC
Decree 31/2001 & 27/2002
(revoked DPR 236/88)
Transposition of dir 98/83/EC
Decree 174/2004
Construction products in contact with DW
Decree 152/06
(revoked decree 152/99)
Formal transposition of dir 2000/60/EC
Dir 80/778/EEC
Dir 98/83/EC
Dir 2000/60/EC