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ChiariflocculazioneLa chiariflocculazione è un trattamento chimico-fisico applicato alle acque da trattare o depurare e consiste principalmente nella precipitazione di sostanze sospese non sedimentabili (e, se presenti in soluzione, anche le sostanze sedimentabili) che durante questo processo formano via via aggregati di maggiori dimensioni e di peso fino a costituire un precipitato che si deposita sul fondo del contenitore o della vasca utilizzati. Questo processo permette la precipitazione di solidi sospesi colloidali non sedimentabili, e anche dei solidi sedimentabili molto fini, difficili da eliminare con un trattamento fisico semplice a causa della loro velocità di sedimentazione estremamente bassa che richiederebbe sedimentatori di notevoli dimensioni o un bisogno di permanenza troppo lungo nel sedimentatore.
Con la chiariflocculazione si possono separare mediante precipitazione quasi tutte le particelle che causano la torbidità dell'acqua. Questo processo, a seconda di come viene svolto e regolando opportunamente tutti i parametri di reazione:
Fasi del processoNel trattamento di chiariflocculazione si sfruttano le proprietà di alcune sostanze, dette "coagulanti", che in determinate condizioni operative permettono nelle acque da trattare la separazione di sostanze colloidi sospese tramite la loro precipitazione. L'intero processo di chiariflocculazione si può quindi suddividere in:[1]
Dal punto di vista impiantistico, il processo ha inizio in una vasca di coagulazione, quindi l'effluente passa attraverso una vasca di flocculazione e successivamente in un sedimentatore. Esistono inoltre impianti combinati dove queste operazioni vengono svolte all'interno di una singola apparecchiatura, in corrispondenza di appositi scomparti.[1] CoagulazioneI cationi derivanti dai coagulanti utilizzati interagiscono con la superficie di carica negativa che riveste la maggior parte delle sostanze colloidi; questo porta alla destabilizzazione delle sostanze colloidali sospese nell'acqua da trattare. Le sostanze colloidali, rivestite dagli ioni derivanti dal coagulante, possono interagire tra loro agglomerandosi prima in microfiocchi e poi fiocchi e/o possono essere incluse in un precipitato d'idrossido, costituito dal catione metallico derivante dal coagulante o da qualche altro metallo presente nell'acqua da trattare, e dall'anione idrossido OH- presente in soluzione e derivante dalla autodissociazione dell'acqua oppure da qualche base opportunamente aggiunta. Gli ioni trivalenti come Al3+ derivante dai sali AlCl3 e Al2(SO4)3, e come Fe3+ derivante dai sali Fe2(SO4)3 e FeCl3 sono dieci volte più efficaci degli ioni bivalenti come Fe2+ derivante dal sale FeSO4 e come Ca2+ derivante dalla calce spenta e dalla calce viva. Tuttavia i fattori da tenere in considerazione per l'intero processo di chiariflocculazione sono molteplici: le caratteristiche dell'acqua da trattare, il pH, il gradiente di velocità, il tempo a disposizione, il tipo e la quantità di coagulante da utilizzare. In questa prima fase vengono effettuate due operazioni:
La tipologia di agitazione può essere:
Se la basicità è insufficiente per la formazione dell'idrossido del metallo derivante dal sale coagulante si può aggiungere contemporaneamente al coagulante un'opportuna quantità di base come l'idrossido di calcio Ca(OH)2. Si può disporre di tante vasche quanti sono i reagenti da aggiungere all'acqua da trattare; quando gli impianti di chiariflocculazione sono a unità separate, i bacini di coagulazione, detti in inglese flash mixing, sono di norma a sezione circolare e possono essere a flusso radiale o a flusso assiale. CoagulantiI più utilizzati sono i coagulanti inorganici, come:[1]
Tali sostanze dissociandosi liberano ioni Al3+, Fe3+, Ca2+ i quali combinandosi con le particelle colloidali le destabilizzano formando sostanze più voluminose che successivamente precipitano o potrebbero precipitare, insieme agli idrossidi di metalli (insolubili) che si formano durante la reazione. I diversi coagulanti inorganici presentano le seguenti caratteristiche:
Flocculazione La flocculazione consiste nell'ulteriore destabilizzazione delle sostanze colloidali sospese in acqua e soprattutto nell'agglomerazione di particelle destabilizzate che danno origine a microfiocchi e poi ancora fiocchi che precipitano facilmente. Velocità di agitazioneIn questa fase, all'acqua trattata già sottoposta a coagulazione, viene aggiunto il flocculante e questa sarà sottoposta ad una lenta agitazione per circa 20-25 min, per favorire la formazione di microfiocchi e l'aggregazione di questi in fiocchi sedimentabili. Affinché ciò avvenga, all'acqua vengono aggiunte sostanze dette coadiuvanti della coagulazione o flocculanti. Nel caso la coagulazione e la flocculazione si abbiano nella stessa vasca, all'inizio durante la fase di coagulazione si può procedere con un'agitazione energica, ma dalla fase di flocculazione in poi si deve effettuare un'agitazione moderata e lenta fino alla sedimentazione del precipitato che verrà successivamente separato dall'acqua trattata. Apparecchiature utilizzateI bacini di flocculazione hanno forma rettangolare e possono essere:
Flocculanti o coadiuvanti della flocculazioneAffinché avvenga la flocculazione è necessario innanzitutto destabilizzare le cariche dei colloidi. Le particelle colloidali delle sospensioni, essendo normalmente caricate negativamente, richiedono di solito coagulanti ad azione cationica. Non è peraltro da escludere la possibilità di imbattersi in sospensioni formate da particelle cariche positivamente, come ad esempio nel caso del carbone, per cui possono necessitare anche coagulanti ad azione anionica. La destabilizzazione delle cariche permette la formazione dei primi piccoli aggregati solidi (durante la cosiddetta "coagulazione"[2]) che successivamente tenderanno a ingrossarsi per successivo adsorbimento di particelle fino alla formazione dei primi fiocchi (o "flocculi") in sospensione.[3] Mentre per favorire la coagulazione era indicata una energica agitazione, nella fase di flocculazione tale agitazione è controindicata in quanto in grado di rompere i fiocchi formatisi. Ciò viene realizzato facendo uso di flocculanti (spesso si usa indifferentemente il termine coadiuvanti di coagulazione). Questi sono sostanze di varia origine che esplicano la loro azione in valori di intervallo di pH ben definiti. Una temperatura sufficientemente alta, un aumento della forza ionica e una forte agitazione sono fattori che favoriscono la flocculazione. I coadiuvanti della coagulazione o flocculanti, aggiunti in piccole dosi dopo i coagulanti, migliorano il rendimento del processo influendo soprattutto sulla rapidità di formazione dei fiocchi, sulle caratteristiche dei fiocchi (come dimensione e peso specifico) e sul conseguente miglioramento della velocità di sedimentazione dei fiocchi.
Questi possono essere utilizzati anche come agenti coagulanti, ma si preferisce utilizzarli in piccole dosi come flocculanti.
I flocculanti sono in genere degli elettroliti inorganici o polielettroliti organici, tra cui:[1]
I coadiuvanti più utilizzati sono i polielettroliti, macromolecole organiche ottenute attraverso processi di polimerizzazione, solubili in acqua o ben disperdibili, caratterizzati dalla presenza di gruppi ionici lungo tutta la catena. Oppure possono essere usati anche polimeri presentanti lungo la loro catena numerosi gruppi polari. ApplicazioniLa chiariflocculazione è un trattamento tradizionale e consolidato. La sequenza di operazioni sedimentazione-precipitazione-coagulazione-flocculazione è la tecnica più comunemente utilizzata nel mondo per la produzione di acqua potabile. Il processo richiede bassi costi per elevati volumi di acqua depurata. È un processo affidabile, adatto al controllo automatico. Tra le numerose applicazioni della chiariflocculazione si annoverano:
NoteVoci correlate |
