Disinfezione distruzione di microrganismi patogeni. Sterilizzazione eliminazione di tutti i microrganismi. I microrganismi presenti nelle acque sono:

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1 DISINFEZIONE 1

2 Disinfezione distruzione di microrganismi patogeni Sterilizzazione eliminazione di tutti i microrganismi I microrganismi presenti nelle acque sono: Virus (poliemielite, epatite, ) Batteri (tifo, colera, dissenteria, ) Cisti amebiche 2

3 DISINFEZIONE Trattamento avente lo scopo di eliminare completamente la presenza di microrganismi patogeni o di microrganismi indicatori della potenziale presenza di microrganismi patogeni (protozoi, batteri, virus,.) Sempre presente nella potabilizzazione di acque superficiali, può essere presente o meno nella potabilizzazione di acque di falda E sempre presente anche negli impianti di depurazione delle acque reflue, ma qui allo scopo di ridurre la carica microbiologica entro i limiti richiesti per il mantenimento di standard qualità nel corpo ricettore oppure per il riuso delle acque 3

4 Schema tipico su acque superficiali 4

5 Metodi di disinfezione AGENTI CHIMICI Composti del Cloro, Bromo, Iodio, Ozono, fenoli, metalli pesanti, AGENTI FISICI Calore e luce AGENTI MECCANICI E RADIAZIONI Elettromagnetiche, acustiche, gamma, 5

6 Meccanismi di disinfezione 1. Danneggiamento o distruzione della parete cellulare provoca la rottura della cellula e la sua morte (ex. penicillina). 2. Alterazione della permeabilità cellulare meccanismo associato ai fenoli e detergenti, alterano la permeabilità del citoplasma permettendo la fuoriuscita dei nutrienti essenziali (N, P). 3. Alterazione della natura colloidale del protoplasma calore e radiazioni coagulano le proteine delle cellule, acidi e alcali denaturano queste proteine. 4. Inibizione dell attività enzimatica agenti ossidanti che alterano e deattivano gli enzimi (ex. Cloro). 6

7 Fattori influenzanti 1. Tempo di contatto 2. Concentrazione e tipo di agente chimico 3. Intensità e natura dell agente fisico 4. Temperatura 5. Numero di organismi 6. Tipo di organismi 7. Natura del liquido in cui vivono i microrganismi. 7

8 Tempo di contatto Rimozione di E.Coli in funzione del tempo di contatto e della concentrazione del disinfettante. 8

9 Tempo di contatto Relazione di Chick dn dt = kn t N t = numero di organismi al tempo t t = tempo k = cost [t -1 ] Fissato il numero degli organismi al tempo 0 come N 0 si ha: ln N t N 0 = kt 9

10 Concentrazione e tipo di agente chimico Legge di Allen C n t p = cost C = concentrazione dell agente n = cost (se > 1 è più importante il dosaggio e viceversa) t p = tempo richiesto per ottenere un costante effetto battericida. 10

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12 Intensità e natura dell agente fisico Efficienza di calore o luce dipende dalla loro intensità, agendo sulla costante cinetica del decadimento. dn dt = kn t L effetto dell intensità influenza il valore di k. 12

13 Legge di Van t Hoff - Arrhenius Temperatura ln t t 1 2 = ( T T ) E 2 RT T t 1,2 = tempi per raggiungere una % di inattivazione batterica T 1, 2 = temperature in K E = energia di attivazione [J/mol] R = cost generale dei gas [8.314 J/mol K] 13

14 Numero di organismi Relazione empirica di correlazione tra num. microrganismi e concentrazione del disinfettante. C q N p = cost C = concentrazione del disinfettante n = costante (f. di C) N p = concentrazione di microrganismi ridotti 14

15 Tipo di microrganismi Diversa è l efficienza del disinfettante al variare del tipo di microrganismo. Natura del liquido di sospensione L efficienza del disinfettante è influenzata dalla presenza di sostanze organiche e dalla torbidità (per i trattamenti che sfruttano l irradiazione). 15

16 CLORO Disinfettante più usato nel mondo, usato sia come Cloro elementare (Cl 2 ), sia come sale nell acido ipocloroso (HClO). In natura si trova solo allo stato combinato, prevalentemente come NaCl (cloruro di sodio). Se non confinato il cloro liquido vaporizza rapidamente a cloro gas. 16

17 Stoccaggio Bombole ad alta pressione. Si tratta di un gas tossico e corrosivo per cui è necessario osservare delle precauzioni: Sistema di ventilazione posto a livello del pavimento Stoccaggio e dosaggio in ambiente separato, una finestra su ogni parete e controllo della ventilazione posto all entrata Temperatura della stanza sufficientemente alta per evitare congelamento Le condotte del cloro gas possono essere in acciaio, mentre della soluzione acquosa in PVC Contenitori protetti dalla luce diretta Sistema di controllo del cloro residuo per evitare sovra o sotto dimensionamenti Sistemi di prevenzione incendi e rilevatori del gas 17

18 Addizionato all acqua dà origine all idrolisi: Cl 2 + H 2 O HOCl + H + + Cl - HOCl H + + ClO - L acido indissociato ha un effetto battericida volte superiore allo ione Ipoclorito ClO -. 18

19 Acido ipocloroso Ione ipoclorito 19

20 Reazione del cloro con ammoniaca NH 3 + HOCl NH 2 Cl + H 2 O (monocloroammina) NH 2 Cl + HOCl NHCl 2 + H 2 O (dicloroammina) NHCl 2 + HOCl NCl 3 + H 2 O (N-tricloruro) Potere battericida inferiore a quello a quello del cloro libero 20

21 DOMANDA DI CLORO differenza tra la qtà di Cl introdotta e la qtà di Cl residuo 21

22 L aggiunta di cloro oltre il breakpoint può causare: emissione di odori per formazione di NCl 3 caduta del ph per consumo dell alcalinità superamento del Cloro libero nell effluente È necessario fare delle misure sul Cl residuo 22

23 Metodi analisi Metodo iodometrico (Cl libero) Retrotitolazione dello Iodio che si sviluppa nella reazione redox a ph < 8, il punto finale è visibile come variazione di colore o della conducibilità. HCl + HOCl + 2KI 2KCl + H 2 O + l 2 DPD (Cl libero e combinato) Titolazione con solfato ammonico ferroso, sviluppa un colore rosso. n, n-dimetil-anilina (Cl libero e combinato distinti) Reagisce con il cloro e sviluppa un colore blu. Dopo 5 reagisce col cloro combinato. Orto-toluidina (Cl libero e combinato) Reagisce con il cloro e sviluppa un colore giallo. Non viene più usato per l orto-toluidina (cancerogena). 23

24 Il Colorimetro Digitale (detto anche fotometro) permette di determinare la concentrazione di cloro libero e totale con un metodo colorimetrico. La reazione tra cloro e reagente conferisce una particolare colorazione all'acqua che, opportunamente elaborata dalla fotocellula interna allo strumento permette di leggere direttamente nel Display il valore in mg/l (ppm), con una precisione da laboratorio. 24

25 Declorazione Necessaria quando si usa un dosaggio troppo elevato di Cl e restano dei composti tossici nel refluo. La declorazione può essere effettuata con: aggiunta di anidride solforosa; trattamento a carbone attivo. Aggiunta di anidride solforosa Permette l eliminazione del cloro libero, oltre che delle clorammine. La reazione è istantanea, è richiesta perciò un efficace agitazione. Carbone attivo Rimuove completamente i composti del cloro (oltre ai composti organici). 25

26 BIOSSIDO DI CLORO Gas di colore giallo, odore simile a quello del Cloro. Procedimento clorito-cloro 2NaClO 2 + Cl 2 2ClO 2 + 2NaCl Procedimento clorito-acido cloridrico 5NaClO 2 + 4HCl 4ClO H 2 O + 5NaCl 26

27 Rispetto al Cloro: distrugge i cattivi odori e sapori dell acqua, soprattutto quelli provenienti dalla decomposizione delle alghe e composti fenolici (il Cloro reagisce con i fenoli dando clorofenoli); maggiore velocità nella disinfezione; non reagisce con l acqua ed è molto solubile, risente poco del ph; dosaggi inferiori; non reagisce con ammoniaca e sali di ammonio; ossida totalmente anche i cianuri complessi; elevata permanenza del potere disinfettante. 27

28 Dimensionamento di un impianto di clorazione Controllo del dosaggio Metodo manuale: misurazione del cloro residuo dopo 15 di tempo di contatto. Viene corretto per ottenere Cl residuo = 0.5 mg/l. Miscelazione e contatto t = minuti. Immissione e mescolamento iniziale Il cloro viene aggiunto generalmente con dei diffusori o con l ausilio di un elica. È necessario che si instauri un regime turbolento (salti idraulici, pompe, miscelatori meccanici, a getto per Cl 2 gassoso ). 28

29 Progetto delle vasche La configurazione migliore è quella plug-flow a serpentina: si evitano zone di corto circuito. Rapporti lunghezza/larghezza = 10/1 o 40/1 Il flusso all ingresso deve essere rallentato. La vasca di contatto deve essere provvista di: - sistemi per l eliminazione delle schiume - sistemi per l evacuazione dei fanghi che possono sfuggire alla sedimentazione 29

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32 Scarico acqua da disinfezione 32

33 Velocità Tale da impedire la sedimentazione del fango (2 4.5 m/min). Misura del cloro residuo Analisi del MPN (Most Probable Number) di coliformi totali per la valutazione dell effetto ottenuto. Declorazione Se c è potenziale effetto tossico sulle specie viventi. Anidride solforosa, carbone attivo. 33

34 OZONO L'ozono è ossigeno triatomico (O 3 ), gas instabile che si degrada e si decompone con facilità. Grazie al suo alto potere ossidante è sfruttato per ossidare ogni tipo di riduttore. Inizi 900 in Francia, per trattamento acque potabili. 34

35 Prodotto in loco attraverso il passaggio di aria in un ozonizzatore. Il generatore di ozono comprende due elettrodi separati da uno spazio regolare nel quale è posto un foglio di dielettrico ad elevata conduttanza. L ozono è prodotto dalla corrente di un fluido ossigenato o di aria o di ossigeno, perfettamente secca, che circola nello spazio restante, e da una tensione alterna sinusoidale, di ampiezza sufficientemente elevata, che si crea nello spazio gassoso 35

36 3 O kj 2O 3 Elevato assorbimento di energia, l ozono è estremamente instabile O 3 O 2 + O Elevato potere ossidante Letale per i microrganismi 36

37 Vantaggi Efficienza battericida elevata, oltre ad azione antivirale Alto potere decolorante e di abbattimento degli odori Non resta nessuna traccia dal suo uso azione molto più rapida e completa degli altri agenti Non è influenzato dal ph e dall ammoniaca Aumenta l OD del refluo Non sono necessari trattamenti di rimozione dell eccesso. 37

38 RAGGI UV Le lunghezze d'onda specifiche responsabili di questa reazione sono situate fra nanometri con un picco alla lunghezza d'onda di 265 nm e sono note come UV-C. 38

39 Quando un microrganismo è esposto ai raggi UV, i nuclei delle cellule, a causa dei processi fotolitici, sono così cambiati che la scissione cellulare, e quindi la riproduzione, sono impedite. I raggi UV: Efficacia battericida Efficacia viricida Non generano composti tossici 39

40 Le lampade a vapori di mercurio sembrano essere le più efficaci (producono l 85% della luce con λ = nm) lunghezza = m, diametro = mm Poste all interno o fuori dall acqua (se immerse sono prodotte in tubi di quarzo) 40

41 Una dose UV è il prodotto di intensità UV (espressa come energia per unità di superficie) e di tempo di residenza. UNA DOSE = I x T Ciò si esprime comunemente come 1mJ/cm 2 =1000 micro watt second/cm 2 41

42 Possono essere usati solo in acque limpide 42