Clorazione dell'acqua - Water chlorination

Controllo del livello di cloro della fonte d'acqua locale a La Paz, Honduras .

La clorazione dell'acqua è il processo di aggiunta di cloro o composti di cloro come l'ipoclorito di sodio all'acqua . Questo metodo viene utilizzato per uccidere batteri, virus e altri microbi nell'acqua. In particolare, la clorazione viene utilizzata per prevenire la diffusione di malattie trasmesse dall'acqua come il colera , la dissenteria e il tifo .

Storia

In un documento pubblicato nel 1894, fu formalmente proposto di aggiungere cloro all'acqua per renderla "priva di germi". Altre due autorità approvarono questa proposta e la pubblicarono in molti altri documenti nel 1895. I primi tentativi di implementare la clorazione dell'acqua in un impianto di trattamento dell'acqua furono fatti nel 1893 ad Amburgo , in Germania. Nel 1897 la città di Maidstone , in Inghilterra, fu la prima ad avere l'intera rete idrica trattata con cloro.

La clorazione permanente dell'acqua iniziò nel 1905, quando un lento filtro a sabbia difettoso e una fornitura di acqua contaminata causarono una grave epidemia di febbre tifoide a Lincoln , in Inghilterra. Alexander Cruickshank Houston ha usato la clorazione dell'acqua per fermare l'epidemia. Il suo impianto alimentava l'acqua da trattare con una soluzione concentrata del cosiddetto cloruro di calce . Questo non era semplicemente cloruro di calcio moderno, ma conteneva gas di cloro disciolto in acqua di calce (idrossido di calcio diluito) per formare ipoclorito di calcio (calce clorurata). La clorazione della rete idrica aiutò a fermare l'epidemia e, per precauzione, la clorazione fu continuata fino al 1911 quando fu commissionata una nuova fornitura d'acqua.

Cloratore a controllo manuale per la liquefazione del cloro per la depurazione dell'acqua, inizio XX secolo. Dalla clorazione dell'acqua di Joseph Race, 1918.

Il primo uso continuo di cloro negli Stati Uniti per la disinfezione avvenne nel 1908 al Boonton Reservoir (sul fiume Rockaway ), che serviva da rifornimento per Jersey City, nel New Jersey . La clorazione è stata ottenuta mediante aggiunte controllate di soluzioni diluite di cloruro di calce ( ipoclorito di calcio ) a dosi da 0,2 a 0,35 ppm. Il processo di trattamento è stato concepito da John L. Leal e l'impianto di clorazione è stato progettato da George Warren Fuller. Negli anni successivi, la disinfezione con cloro mediante cloruro di calce (ipoclorito di calcio) è stata rapidamente installata nei sistemi di acqua potabile di tutto il mondo.

La tecnica di purificazione dell'acqua potabile mediante l'uso di gas di cloro liquefatto compresso è stata sviluppata da un ufficiale britannico dell'Indian Medical Service , Vincent B. Nesfield, nel 1903. Secondo il suo stesso resoconto, "Mi è venuto in mente che il gas di cloro potrebbe essere trovato soddisfacente... se si potesse trovare un mezzo adatto per usarlo... La domanda successiva importante era come rendere portatile il gas. Ciò potrebbe essere ottenuto in due modi: Liquefandolo e immagazzinandolo in ferro rivestito di piombo recipienti, aventi un getto con un sottilissimo canale capillare, e muniti di rubinetto o tappo a vite. Si apre il rubinetto e si pone il cilindro nella quantità d'acqua necessaria. Il cloro fuoriesce e in dieci-quindici minuti l'acqua è assolutamente sicura. Questo metodo sarebbe utile su larga scala, come per i carri dell'acqua di servizio."

Il maggiore Carl Rogers Darnall , professore di chimica presso la Army Medical School , ne diede la prima dimostrazione pratica nel 1910. Questo lavoro divenne la base per gli attuali sistemi di depurazione delle acque municipali . Poco dopo la dimostrazione di Darnall, il maggiore William JL Lyster del dipartimento medico dell'esercito ha usato una soluzione di ipoclorito di calcio in un sacchetto di lino per trattare l'acqua.

Per molti decenni, il metodo di Lyster è rimasto lo standard per le forze di terra statunitensi sul campo e nei campi, implementato nella forma del familiare Lyster Bag (scritto anche Lister Bag). La tela "borsa, acqua, sterilizzazione" era un componente comune delle cucine da campo, emessa una per 100 persone, di una capacità standard di 36 galloni che pendeva da un treppiede spesso improvvisato sul campo. In uso dalla prima guerra mondiale alla guerra del Vietnam, è stato sostituito da sistemi ad osmosi inversa che producono acqua potabile filtrando a pressione l'acqua locale attraverso filtri a livello microscopico: l'unità di purificazione dell'acqua ad osmosi inversa (1980) e il sistema di purificazione dell'acqua tattica ( 2007) per la produzione su larga scala, e l'unità Light Water Purifier per esigenze su piccola scala che include la tecnologia di ultrafiltrazione per produrre acqua potabile da qualsiasi fonte e utilizza cicli di controlavaggio automatizzati ogni 15 minuti per semplificare le operazioni di pulizia.

Il gas di cloro è stato utilizzato per la prima volta su base continuativa per disinfettare l'approvvigionamento idrico presso l'impianto di filtraggio di Belmont, a Filadelfia , in Pennsylvania , utilizzando una macchina inventata da Charles Frederick Wallace che lo soprannominò il cloratore. È stato prodotto dalla società Wallace & Tiernan a partire dal 1913. Nel 1941, la disinfezione dell'acqua potabile degli Stati Uniti mediante gas di cloro aveva ampiamente sostituito l'uso del cloruro di calce.

Biochimica

Come alogeno , il cloro è un disinfettante altamente efficiente e viene aggiunto alle forniture idriche pubbliche per uccidere i patogeni che causano malattie, come batteri , virus e protozoi , che comunemente crescono nei serbatoi di approvvigionamento idrico, sulle pareti della rete idrica e in serbatoi di stoccaggio. Gli agenti microscopici di molte malattie come il colera , la febbre tifoide e la dissenteria uccidevano innumerevoli persone ogni anno prima che i metodi di disinfezione venissero impiegati di routine.

Di gran lunga la maggior parte del cloro è prodotta dal sale da cucina (NaCl) mediante elettrolisi nel processo cloro-alcali . Il gas risultante a pressioni atmosferiche viene liquefatto ad alta pressione. Il gas liquefatto viene trasportato e utilizzato come tale.

Essendo un forte agente ossidante , il cloro uccide attraverso l'ossidazione delle molecole organiche. Il cloro e l' acido ipocloroso prodotto dell'idrolisi non sono carichi e quindi penetrano facilmente nella superficie caricata negativamente dei patogeni. È in grado di disintegrare i lipidi che compongono la parete cellulare e reagire con enzimi e proteine intracellulari , rendendoli non funzionali. I microrganismi poi muoiono o non sono più in grado di moltiplicarsi.

I principi

Quando disciolto in acqua, il cloro si converte in una miscela equilibrata di cloro, acido ipocloroso (HOCl) e acido cloridrico (HCl):

Cl 2 + H 2 O ⇌ HOCl + HCl

In soluzione acida, le specie principali sono Cl
2
e HOCl, mentre in soluzione alcalina, è effettivamente presente solo ClO ( ione ipoclorito ). Si trovano anche concentrazioni molto piccole di ClO 2 , ClO 3 , ClO 4 .

Clorazione d'urto

La clorazione d'urto è un processo utilizzato in molte piscine, pozzi d'acqua , sorgenti e altre fonti d'acqua per ridurre i residui batterici e algali nell'acqua. La clorazione d'urto viene eseguita mescolando una grande quantità di ipoclorito nell'acqua. L'ipoclorito può essere sotto forma di polvere o liquido come candeggina a base di cloro (soluzione di ipoclorito di sodio o ipoclorito di calcio in acqua). L'acqua che viene clorata d'urto non deve essere nuotata o bevuta fino a quando il conteggio dell'ipoclorito di sodio nell'acqua non scende a tre parti per milione (PPM) o fino a quando il conteggio dell'ipoclorito di calcio scende a 0,2-0,35 PPM.

Svantaggi

La disinfezione mediante clorazione può essere problematica in alcune circostanze. Il cloro può reagire con i composti organici presenti in natura presenti nell'approvvigionamento idrico per produrre composti noti come sottoprodotti della disinfezione (DBP). I DBP più comuni sono i trialometani (THM) e gli acidi aloacetici (HAA). I trialometani sono i principali sottoprodotti disinfettanti creati dalla clorazione con due diversi tipi, bromoformio e dibromoclorometano , che sono i principali responsabili dei rischi per la salute. I loro effetti dipendono strettamente dalla durata della loro esposizione alle sostanze chimiche e dalla quantità ingerita nel corpo. A dosi elevate, il bromoformio rallenta principalmente la normale attività cerebrale, che si manifesta con sintomi come sonnolenza o sedazione. L'esposizione cronica sia al bromoformio che al dibromoclorometano può causare cancro al fegato e ai reni, nonché malattie cardiache, perdita di coscienza o morte a dosi elevate. A causa della potenziale cancerogenicità di questi composti, le normative sull'acqua potabile in tutto il mondo sviluppato richiedono un monitoraggio regolare della concentrazione di questi composti nei sistemi di distribuzione dei sistemi idrici municipali. L' Organizzazione Mondiale della Sanità ha dichiarato che "i rischi per la salute derivanti da questi sottoprodotti sono estremamente ridotti rispetto ai rischi associati a una disinfezione inadeguata".

Ci sono anche altre preoccupazioni per quanto riguarda il cloro, compresa la sua natura volatile che lo fa scomparire troppo rapidamente dal sistema idrico, e preoccupazioni organolettiche come sapore e odore.

decloratore

Un decloratore è un additivo chimico che rimuove il cloro o la cloramina dall'acqua. Dove l'acqua del rubinetto è clorata, dovrebbe essere declorata prima dell'uso in un acquario , poiché il cloro può danneggiare la vita acquatica allo stesso modo in cui uccide i microrganismi . Il cloro uccide i pesci e danneggia il filtro biologico dell'acquario . I prodotti chimici che svolgono questa funzione sono agenti riducenti che riducono le specie di cloro a cloruro , che è meno dannoso per i pesci.

Alcuni composti impiegati nei decloratori commerciali sono il tiosolfato di sodio, l'idrossimetansolfonato di sodio e l'acido idrossimetan solfinico di sodio.

Guarda anche

Riferimenti

link esterno