Tematiche - Trattamento dell’acqua
6.1 Principio di funzionamento
Lo scambio di ioni consente di trattare l’acqua in modo mirato. I portatori di carica elettrica disciolti in acqua vengono rimossi o sostituiti. In tal modo, l’acqua può essere resa utilizzabile per il rispettivo impiego. Lo scambio di ioni viene impiegato anche per addolcire l’acqua. Gli ioni di calcio e magnesio (indurenti) associati all’idrogenocarbonato vengono rimossi dall’acqua e sostituiti da ioni di sodio. I composti di sodio sono più solubili rispetto ai composti di calcio e magnesio – e non formano residui difficilmente solubili. Questa operazione è reversibile, vale a dire che la resina per scambio di ioni può essere rigenerata lavandola con una soluzione concentrata di cloruro di sodio.
L’acqua dura attraversa lo scambiatore di ioni:
Ca2+/Mg2+ + 2Na·R → Ca/Mg·R + 2Na
|
R |
= |
resina per scambio di ioni |
La resina per scambio di ioni viene rigenerata con una soluzione concentrata di cloruro di sodio (NaCl):
Ca/Mg·R + 2Na+Cl− → 2Na·R + Ca2+/Mg2+Cl2−
|
R |
= |
resina per scambio di ioni |
L’acqua addolcita ha lo stesso tenore di sale, la stessa concentrazione di carbonato e praticamente la stessa conducibilità dell’acqua dura. Al posto degli idrogenocarbonati di calcio e magnesio difficilmente solubili contiene tuttavia idrogenocarbonato di sodio che non precipita come il calcare.
Lo scambiatore cationico fortemente acido è costituito da un granulato con particelle sferiche dell’ordine di grandezza da 0.2 a 1.2 mm.
Per l’addolcimento viene attualmente impiegata anche resina monodispersa per scambio di ioni con una granulometria perfetta e uniforme di ca. 0.5 mm. L’uniformità delle dimensioni delle particelle crea una superficie specifica più ampia, percorsi di diffusione più brevi e maggiore velocità di scambio. Il miglior sfruttamento della capacità così ottenuto consente di ridurre il fabbisogno di rigenerante e migliora il comportamento di risciacquo.
Gli addolcitori d’acqua
La capacità di assorbimento della resina per scambio di ioni varia in funzione della durezza complessiva dell’acqua grezza e della quantità di resina per scambio di ioni. Una volta sostituiti gli ioni di calcio e magnesio con ioni di sodio, la resina per scambio di ioni è esausta.
Parametri importanti per la procedura di scambio di ioni:
-
1 litro di resina per scambio di ioni può addolcire di 1 °fH una quantità di acqua pari a 5 m3 (5'000 litri).
-
Durante l’addolcimento, per ogni 1° fH / 0.1 mmol vengono rilasciati 4.6 mg/l di sodio.
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6.1.1 Spiegazione schematica dello scambio di ioni
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Il magnesio e il calcio entrano in contatto con la resina per scambio di ioni (G). Il sodio viene rilasciato, mentre il magnesio e il calcio vengono trattenuti. |
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L’impianto è esausto e viene avviata la rigenerazione. A tale scopo, la resina per scambio di ioni (G) esausta viene lavata con una salamoia (cloruro di sodio). |
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Gli ioni di sodio entrano in contatto con la resina per scambio di ioni (G). In ragione dell’elevata concentrazione di sodio, gli altri cationi vengono rilasciati. |
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La rigenerazione della resina per scambio di ioni (G) è terminata. Dopo la procedura di lavaggio che elimina gli ioni di sodio in eccesso, l’impianto è nuovamente pronto per il funzionamento. |
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La resina per scambio di ioni (G) può nuovamente assorbire gli ioni di calcio e magnesio. |
6.2 Informazioni per il dimensionamento dell’addolcitore d’acqua
Salamoia:
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Consumo di sale per la rigenerazione di 1 litro di resina = 120 g NaCl
-
Saturazione massima della salamoia (assorbimento di NaCl in 1 litro di acqua a 20 °C) = 359 g NaCl
Il tempo necessario per raggiungere la saturazione varia in funzione della pressione, della temperatura e del tipo di bagnatura del sale. La saturazione massima della salamoia viene raggiunta dopo circa 10-12 ore di bagnatura.
Capacità della resina utilizzata
Il calcolo della capacità permette di determinare quanta resina (VGes) sia necessaria per l’addolcimento dell’acqua e quanti litri d’acqua possano essere introdotti nell’addolcitore prima che la resina si esaurisca.
-
1 litro di resina può addolcire di 1 °fH una quantità di acqua grezza pari a 5'000 litri.
Esempio di calcolo per il dimensionamento dell’addolcitore d’acqua:
Situazione iniziale:
|
Consumo di acqua in un’economia domestica di quattro persone |
= |
Ctot [l/d] |
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Consumo medio di acqua a persona al giorno |
= |
142 l/d |
|
Grado di durezza dell’acqua grezza |
= |
35 °fH |
|
Durezza residua desiderata |
= |
8 °fH |
Risulta una riduzione del grado di durezza di 27 °fH
Δ °fH = 27
Secondo EN 14743 è necessario effettuare una rigenerazione al più tardi dopo 4 giorni.
Ctot al giorno = 4 × 142 l = 568 l/giorno
Ctot al giorno × 4 giorni × Δ °fH = 568 l × 4 × 27 = 61'344 l
La quantità di resina (VGes) è pari a 12.3 litri.
L’addolcitore d’acqua Aquapro-Vita Compact 10 (19051) con 10 litri di resina garantisce un funzionamento ottimale con un ciclo di rigenerazione di 3.3 giorni. In questo calcolo si considera anche la perdita di pressione durante il flusso massimo attraverso l’addolcitore d’acqua. È inoltre garantito che, con il ciclo di rigenerazione indicato, la resina sia completamente esausta e non sia necessario anticipare la rigenerazione dopo 4 giorni tramite una rigenerazione forzata.
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6.2.1 Strumenti Nussbaum
Sul sito www.nussbaum.ch/strumenti, la
6.3 Prescrizioni di legge e raccomandazioni relative all’addolcimento dell’acqua
-
Per l’addolcimento dell’acqua potabile è necessario assicurarsi che la concentrazione di sodio non superi il valore di 200 mg/l (Direttiva UE 98/83).
-
La durezza residua non va impostata su un valore troppo basso. La SVGW raccomanda una durezza residua tra 7 e 15 °fH (si veda la nota tecnica della SVGW W10027, cap. 9).
6.4 Raccomandazioni Nussbaum per l’impostazione della durezza residua
La durezza residua va impostata di norma a 8 °fH.
In presenza di tubi in rame, l’acqua addolcita può comportarne la corrosione. Non dovrebbe pertanto essere addolcita a una durezza inferiore a 15 °fH.
Negli impianti zincati, la durezza residua va impostata su un valore non troppo basso affinché gli strati anticalcare sulla parete interna della tubazione possano formarsi o essere mantenuti. La
6.5 Verifica del contenuto di sodio in impianti di acqua potabile
Durante l’addolcimento con scambiatori di ioni, la concentrazione di sodio nell’acqua potabile aumenta. Tale concentrazione non può superare il valore di 200 mg/l (Direttiva UE 98/83). In presenza di una concentrazione di sodio superiore è necessaria un’aggiunta di acqua potabile non trattata per rispettare il valore limite.
I seguenti calcoli consentono di impostare la durezza residua e il contenuto complessivo di sodio.
6.5.1 Deduzione del consumo di sodio per °fH
Per calcolare le quantità di sostanze chimiche si utilizza l’unità di base mole del SI.
Una mole contiene ca. 6.022 × 1023 particelle. Questo numero è definito in modo tale che 12 g di carbonio corrispondano esattamente a una mole.
In altre parole, una mole di una sostanza indicata in grammi ha lo stesso valore numerico della massa atomica della sostanza in unità di massa atomica (u). (la massa atomica del carbonio è pari a 12 u)
|
Denominazione |
Simbolo/formula |
Quantità sostanza [Mol] |
Massa molare [g] |
|---|---|---|---|
|
Calcio |
Ca |
1 |
40 |
|
Carbonio |
C |
1 |
12 |
|
Ossigeno |
O |
1 |
16 |
|
Sodio |
Na |
1 |
23 |
|
Carbonato di calcio |
CaCO3 |
1 |
100 |
Massa molare di diversi elementi e composti chimici
Per definizione, 10 mg/l di durezza complessiva (durezza calcica e magnesiaca) corrispondono a un grado di durezza francese (1 °fH), 👉 Conversione per unità di misura della durezza dell’acqua.
10 mg/l CaCO3 corrispondono a 0.1 mmol/l CaCO3
Ne consegue che:
0.1 mmol/l CaCO3 corrisponde a 1 °fH.
Per compensare la carica di uno ione di calcio (Ca2+) sono necessari 2 ioni di sodio (Na+), vale a dire che per sostituire 0.1 mmol/l Ca2+ occorrono 0.2 mmol/l o 4.6 mg/l Na+.
Ne consegue che:
Per sostituire 1 °fH sono necessari 4.6 mg/l Na+.
6.5.2 Calcolo per l’impostazione della durezza residua
Se il contenuto di sodio supera il valore massimo di 200 mg/l (Direttiva UE 98/83) diviene percepibile al gusto. In caso di addolcimento dell’acqua potabile, una valvola di miscelazione deve pertanto garantire che la durezza residua dell’acqua addolcita venga impostata in modo tale che la concentrazione di sodio nell’acqua potabile non superi il valore massimo.
Per il calcolo della durezza residua vanno considerati il contenuto di sodio e la durezza dell’acqua grezza nell’approvvigionamento idrico.
6.5.2.1 Esempio di calcolo per approvvigionamento idrico dal contenuto di sodio moderato
Situazione iniziale:
|
Contenuto di sodio (percentuale di base) |
= |
11 mg/l |
|
Durezza dell’acqua |
= |
35 °fH |
Per rimuovere completamente la durezza (0 °fH) con lo scambiatore di ioni è necessaria la seguente quantità di sodio:
4.6 mg/l Na per 1 °fH
35 × 4.6 mg/l Na = 161 mg/l Na (percentuale di rigenerazione)
Contenuto di sodio totale (percentuale di base + percentuale di rigenerazione) = 11 mg/l + 161 mg/l = 172 mg/l
Anche rimuovendo completamente la durezza, il contenuto di sodio rimane al di sotto del valore prescritto dalla direttiva UE. Non è necessario aggiungere acqua potabile non trattata.
La durezza residua può essere impostata su un valore ottimale tra 7 e 15 °fH.
6.5.2.2 Esempio di calcolo per approvvigionamento idrico dal contenuto di sodio elevato
Situazione iniziale:
|
Contenuto di sodio (percentuale di base) |
= |
107 mg/l |
|
Durezza dell’acqua |
= |
37.6 °fH |
Per rimuovere completamente la durezza (0 °fH) con lo scambiatore di ioni è necessaria la seguente quantità di sodio:
4.6 mg/l Na per 1 °fH
37,6 × 4.6 mg/l Na = 173 mg/l Na (percentuale di rigenerazione)
Contenuto di sodio totale (percentuale di base + percentuale di rigenerazione) = 107 mg/l + 173 mg/l = 280 mg/l
Il contenuto di sodio supera di 80 mg/l il valore massimo prescritto dalla direttiva UE. È necessario aggiungere acqua potabile non trattata.
Se sono noti il contenuto di sodio dell’acqua grezza nell’approvvigionamento idrico e il contenuto di sodio a valle dello scambiatore di ioni è possibile calcolare facilmente le percentuali di portata dall’approvvigionamento idrico e dall’impianto di addolcimento sulla scorta del contenuto massimo di sodio consentito di 200 mg/l e determinare, in tal modo, la durezza residua da impostare.
Calcolo della durezza residua tramite croce di miscelazione
Il calcolo della durezza residua tramite croce di miscelazione è un modo semplice per calcolare le percentuali di miscelazione e la durezza residua da impostare. Si basa sul principio matematico di un’equazione a più incognite nella forma:
c1 × V1 + c2 × V2 = c3 (V1 + V2)
|
c |
= |
contenuto di sodio |
|
V |
= |
volume |
Con un’aggiunta di acqua potabile dall’approvvigionamento idrico del 46.2 % si ottiene la durezza residua seguente:
46.2 % di 37.6 °fH = 17.4 °fH
Calcolo della durezza residua sulla base del sodio in eccesso
In presenza di un eccesso di sodio di 80 mg/l e 4.6 mg/l Na per 1 °fH risulta la durezza residua seguente:
80 mg/l ÷ 4.6 mg/l Na per 1 °fH = 17.4 °fH
Calcolo delle percentuali di portata
Con una portata rappresentativa dell’acqua impostata per l’immobile corrispondente, con l’ausilio della valvola di miscelazione va aggiunta acqua potabile non trattata proveniente dall’approvvigionamento idrico fino a quando, in seguito all’addolcimento, sulla valvola di campionamento non risulta una durezza dell’acqua di 17-18 °fH.
6.6 Limitazione della contaminazione da germi
I microrganismi filtrati sulla superficie della resina per scambio di ioni possono proliferare nel letto di resine e comportare una contaminazione dell’impianto. La crescita può essere limitata tramite semplici misure:
-
Aggiunta di resina argentata (ca. 1 %) alla resina per scambio di ioni
-
Luogo d’installazione con temperatura ambiente fresca
-
Cicli di rigenerazione brevi
Una soluzione salina satura svolge un’azione germicida. La
6.8 Installazione
Per l’installazione di un addolcitore devono essere rispettati i seguenti requisiti e le seguenti avvertenze:
-
Valgono le disposizioni della direttiva W3 della SVGW.
-
L’impianto può essere installato unicamente da qualificati professionisti della tecnica idrosanitaria conformemente alle prescrizioni edilizie locali.
-
I componenti devono essere facilmente accessibili per le operazioni di manutenzione e controllo.
-
Le interruzioni nell’approvvigionamento di acqua domestica per gli interventi di assistenza devono essere evitate bypassando l’approvvigionamento idrico.
-
Vanno previste valvole di campionamento a monte e a valle dell’addolcitore.
-
L’installazione dell’impianto deve avvenire a valle di un impedimento del riflusso, onde scongiurare il riflusso di sostanze indesiderate nella conduttura di allacciamento all’abitazione.
-
Va considerata la perdita di pressione.
6.9 Controllo e manutenzione
Gli addolcitori devono essere sottoposti a controlli periodici in conformità al diritto svizzero sulle derrate alimentari e in considerazione della direttiva W3/C2 della SVGW. La manutenzione e la documentazione corrispondenti vanno affidate a personale qualificato.
Il proprietario o la persona da questi incaricata è responsabile del corretto funzionamento. Vige l’obbligo di controllo autonomo, vale a dire che il proprietario deve assicurarsi che vengano rispettati i requisiti del diritto svizzero sulle derrate alimentari.
Informazioni sul concetto di controllo autonomo della W3/C4 sono disponibili nel documento
6.9.1 Controlli ufficiali
Gli organismi preposti all’applicazione del controllo ufficiale delle derrate alimentari sono autorizzati a controllare gli addolcitori e la rispettiva documentazione all’interno di immobili con appartamenti in affitto e di edifici pubblici. Ove necessario possono richiedere modifiche o integrazioni a tali impianti.