VERIFICHE INERENTI L AGGRESSIVITÁ DELL ACQUA APPROVVIGIONATA NEI CONFRONTI DELLE OPERE CEMENTIZIE

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Giacomo Caputo
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1 VERIFICHE INERENTI L AGGRESSIVITÁ DELL ACQUA APPROVVIGIONATA NEI CONFRONTI DELLE OPERE CEMENTIZIE

2 ACQUA AGGRESSIVA ACQUA IN GRADO DI AGGREDIRE IL CARBONATO DI CALCIO RESENTE NEI MANUFATTI CEMENTIZI E MANDARLO IN SOLUZIONE (Ca 2+) * (CO3 2-) < Kso Parametri caratteristici dell acqua: [H +]: ione idrogeno (mol/l) [Alk]: alcalinità (meq/l) [Ca 2+]:ione calcio (mol/l) temperatura dell acqua t ( C) forza ionica dell acqua µ (mol/l) (Ca 2+),(CO3 2-):attività degl ioni calcio e carbonato (mol/l) Kso:prodotto di solubilità termodinamico del CaCO3, che dipende dalla temperatura l indice so si riferisce all assenza di complessi

(mol/l) temperatura dell acqua t ( C) forza ionica dell acqua µ (mol/l) (Ca 2+),(CO3 2-):attività degl ioni calcio e carbonato

3 LEGISLAZIONE Circolare Ministeriale n.42 del 1 luglio 1986 INDICE DI AGGRESSIVITÁ:IA INDICE PER LA DETERMINAZIONE DEL COMPORTAMENTO DELL ACQUA NEI CONFRONTI DELLE TUBAZIONI DI CEMENTO-AMIANTO IA = ph-log ( A * H ) LASSIFICAZIONE > 12 : acqua non aggressiva < IA < 12 : acqua moderatamente aggressiva < 10 : acqua aggressiva ph:ph misurato dell acqua A:alcalinità totale misurata, espressa come mg/l di CaCO3 H:concentrazione misurata di calcio espressa come mg/l di CaCO3

CONFRONTI DELLE TUBAZIONI DI CEMENTO-AMIANTO IA = ph-log ( A * H ) LASSIFICAZIONE > 12 : acqua non aggressiva < IA <

4 LEGISLAZIONE Decreto del Presidente della Repubblica n.236 del 24 maggio 1988 IN RELAZIONE AI PARAMETRI: CONCENTRAZIONE DI IONI IDROGENO ANIDRIDE CARBONICA LIBERA ALCALINITÁ(per le acque sottoposte a trattamenti di addolcimento o di dissalazione) L ACQUA NON DEVE ESSERE AGGRESSIVA

IONI IDROGENO ANIDRIDE CARBONICA LIBERA ALCALINITÁ(per le acque

5 DETERMINAZIONE DELL AGGRESSIVITÁ MEDIANTE PROVA DEL MARMO MEDIANTE CALCOLO UTILIZZANDO MODELLI BASATI SUL BILANCIO DEI BICARBONATI E DELL ANIDRIDE CARBONICA DISCIOLTA NELL ACQUA, UNITAMENTE ALLE CONCENTRAZIONI DEGLI ALTRI IONI PRESENTI

DEI BICARBONATI E DELL ANIDRIDE CARBONICA DISCIOLTA NELL

6 PROVA DEL MARMO PROVA BASATA SULLA DETERMINAZIONE DELL ALCALINITÁ DI UN CAMPIONE D ACQUA MESSO A CONTATTO PER 24 ORE CON POLVERE DI MARMO E DI UN CAMPIONE NON TRATTATO. LA DIFFERENZA FRA I DUE VALORI DI ALCALINITÁ FORNISCE LA CONCENTRAZIONE DELLA CO2 CHE SCIOGLIE IL CaCO3

7 INDICE DI SATURAZIONE DI LANGELIER: ISL ISL = ph-phs phs = pk2-pkso-log(ca 2+)-log(HCO3 -) ph: ph attuale phs: ph all equilibrio corrispondente alla concentrazione degli ioni [Ca 2+] e [HCO3 -] pk2, pkso: valori delle costanti termodinamiche della seconda dissociazione dell acido carbonico e del prodotto di solubilità del CaCO3 (Ca 2+), (HCO3 -): attività degli ioni Ca 2+ e HCO3 -

-] pk2, pkso: valori delle costanti termodinamiche della seconda dissociazione dell acido

8 INDICE DI SATURAZIONE DI LANGELIER: ISL L INDICE DI SATURAZIONE DI LANGELIER NON È ALTRO CHE LA DIFFERENZA TRA IL ph ATTUALE E IL phs DATA UN ACQUA DI CUI SI SIANO MISURATI ph, temperatura e concentrazione di calcio e bicarbonato SI POSSONO VERIFICARE 3 CASI ISL>0:acqua sovrasatura di carbonato di calcio ISL=0:acqua satura di carbonato di calcio ISL<0:acqua sottosatura di carbonato di calcio

concentrazione di calcio e bicarbonato SI POSSONO VERIFICARE 3 CASI ISL>0:acqua sovrasatura di

9 INDICE DI SARURAZIONE: IS IS = log ( IAP / Kso) IAP : prodotto di attività ionico di (Ca 2+) e (CO3 2-) KSO : prodotto di solubilità del CaCO3 (calcite o aragonite) IS < 0 ACQUA AGGRESSIVA

10 INTENSITÁ TAMPONE β e INDICE TAMPONE I.T. β = dcb / dph = -dca / dph dca e dcb : numero di moli di acido forte o di base forte richieste per produrre una variazione di ph di dph I.T. = 2.3*( Ka,4, )*Kb,8,2 / ( Ka,4,3+Kb,8, ) Ka,4,3:capacità neutralizzante acida a ph 4,3 Kb,8,2:capacità neutralizzante basica a ph 8,2 I.T. 0.5 mmol/l POSSIBILI PROBLEMI LEGATI ALLA AGGRESSIVITÁ ED ALLA CORROSIONE

11 CLASSIFICAZIONE DELLE ACQUE In base a: INDICE DI AGGRESSIVITÁ DELL ACQUA (IA) INDICE DI SATURAZIONE DI LANGELIER (ISL) TABELLA 1 CONTENUTO DELLO IONE (SO4 2-) NELL ACQUA CONTENUTO DELLO IONE (SO4 2-) NEL TERRENO TABELLA COMPOSIZIONE DELL ACQUA TABELLA 3 INDICE TAMPONE (I.T.) TABELLA 4 NORME DIN TABELLA 5

2-) NELL ACQUA CONTENUTO DELLO IONE (SO4 2-) NEL TERRENO TABELLA COMPOSIZIONE

12 TABELLA 1 AWWA LANGELIER Acqua non aggressiva IA>12 ISL>0 Moderatamente aggressiva IA=10 12 ISL= Fortemente aggressiva IA<10 ISL<-2

13 TABELLA 2 NELL ACQUA NEL TERRENO SO4 2- (mg/l) SO4 2- (%) Acqua aggressiva ,1 Debolmente aggressiva ,1 0,2 Moderatamente aggressiva ,2 0,3 Fortemente aggressiva >2000 >0,3

aggressiva 150 1000 0,1 0,2 Moderatamente

14 TABELLA 3 ph CO2 ag NH4 + Mg 2+ SO4 2- mg/l mg/l mg/l mg/l Aggressività debole 6,5 5, Aggressività forte 5,5 4, Aggressività molto forte <4,5 >60 >60 >1500 >2500

200 600 Aggressività forte 5,5 4,5 30 60 30 60 300 1500

15 TABELLE 4 e 5 Aggressività forte : I.T. < 0,5*10^-3 mol/l Acqua aggressiva : ph > 7,0 KS4,3 > 2 mol/m3 [Ca 2+] > 0,5 mol/m3(>20mg/l) [O2] > 3 mg/l IL < 1,0

16 METODI ANALITICI ph : METODO 2080 IRSA - CNR (1994) Ca 2+ : METODO 3070 IRSA - CNR (1994) ALCALINITÁ : STANDARD METHODS 2320 (1995) H2CO3* : METODO 4040 IRSA - CNR (1994)

17 ESEMPIO APPLICATIVO 1 DATI: composizione chimica, T( C), R180(mg/l), ph, [Alk](meq/l) INCOGNITA: indice di saturazione di Langelier IsL METODO RISOLUTIVO: - espressione dei valori di concentrazione in meq/l e mmol/l - calcolo della bontà dell analisi - determinazione delle costanti K2 e Kso (da tabella) - calcolo della forza ionica µ - determinazione dei coefficienti di attività fi mediante equazione di Debye-Hückel o equazione di Gütemberg - calcolo dei valori dell attività relativi alle specie Ca 2+ e HCO3 - come prodotto della loro concentrazione per i relativi coefficienti di attività - calcolo del ph di saturazione - determinazione dell indice di Langelier IsL

determinazione dei coefficienti di attività fi mediante equazione di Debye-Hückel o equazione di Gütemberg - calcolo dei valori dell attività relativi alle specie Ca 2+

18 ESEMPIO APPLICATIVO 2 DATI: composizione chimica, T( C), R180(mg/l), ph, [Alk](meq/l) INCOGNITA: indice di saturazione Is METODO RISOLUTIVO: - calcolo della forza ionica dell acqua - calcolo dei coefficienti di attività delle specie Ca 2+ e CO calcolo delle attività degli ioni Ca 2+ e CO calcolo del prodotto ionico delle attività - calcolo del valore di KSO - calcolo dell indice di saturazione IS

coefficienti di attività delle specie Ca 2+ e CO3 2- - calcolo delle attività degli ioni Ca 2+ e CO3

19 ESEMPIO APPLICATIVO 3 DATI: composizione chimica, T( C), R180(mg/l), ph, [Alk](meq/l) INCOGNITE: intensità tampone β e indice tampone I.T. METODO RISOLUTIVO: - calcolo della concentrazione totale CT delle specie carboniche - calcolo dell intensità tampone β - calcolo del valore pk 1 - calcolo del valore della Kb,8,2 - calcolo dell indice tampone I.T.

20 BIBLIOGRAFIA rbenni P., Occhi R.(1991) Miscelazione delle acque: aggressività, corrosioni e incrostazioni.in Qualità delle acque tabili: problemi attuali ed interventi tecnologici, XXXVIII Corso di aggiornamento in Ingegneria Sanitaria, Politecnico Milano. rbenni P., Occhi R.(1992) Effetti della miscelazione di acque di diversa qualità: aggressività, corrosione, incrostazioni. uinamento, 34, 9, mm W., Morgan J.J.(1996) Aquatic chemistry: chemical equilibria and rates in natural waters.wiley Interscience. grand L., Leroy P.(1990) Prevention of corrosion and scaling in water supply system. Ellis Howood, New York. rrill D.T., Sanks R.L.(1977) Corrosion control by deposition of CaCO3 films. A practical approach for plant operators. rnal AWWA, 69, , ; 70, igan R.A.Jr, Singley J.E.(1985) Technical Note: Experimental Determination of the Calcium Carbonate Saturation State Water Systems. Journal AWWA, 77, ngelier W.F.(1936) The analitical control of anti-corrosion water treatment. Journal AWWA, 28, ock M.R., Buelow R.W.(1981) The behavior of asbestos-cement pipe under various water quality condition: Part 2, oretical considerations. Journal AWWA, 73, ndard Methods for examination of water and wastewater 19th Edition(1993), 2330 Calcium carbonate saturation. SA(1994) Metodi analitici per le acque. Istituto poligrafico e zecca dello Stato, Roma.

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