Acqua Acque naturali Nel ciclo naturale l acqua discioglie ed incorpora una notevole quantità di materiali, proprio in base al contenuto dei materiali il quale a sua volta dipende da quale momento storico si trova nel suo ciclo naturale, distinguiamo in acque dolci ed acque marine, quest ultime hanno un elevato contenuto di sali disciolti ed altri specie in sospensione. Le specie in sospensione possono essere separate dall acqua con trattamenti fisici, come filtrazione o sedimentazione, le quali possono essere favorite con centrifugazioni, in maniera tale da favorire l addensamento delle particelle colloidali in maniera da raggiungere una dimensione che le faccia precipitare per gravità. Se invece dobbiamo sapere qual è il contenuto dei solidi sospesi si opera attraverso un evaporazione dell acqua pesando il residuo di fondo. Le specie presenti in soluzione sono sotto forma di cationi (Ca 2+, Mg 2+, Na +, K +, Fe 3+, Al 3+, ecc.) ed i corrispondenti anioni (HCO 3 -, Cl -, SO 4 2 -, SiO 3 2 -, NO 3 -, ecc.), la concentrazione di queste specie si esprime come rapporto in peso, ppm ( parti per milione, mg su kg di soluzione) o si esprime in epm ( equivalenti per milione, equivalente per kg di soluzione). Una buona misura del contenuto ionico dell acqua è possibile tramite cromatografia ionica, la soluzione attraversa una colonna dentro la quale ogni singola specie ha un suo tempo caratteristico di adsorbimento ed desorbimento, all uscita della colonna attraverso un rilevatore si misurano quantitativamente le specie presenti, il risultato è un cromatogramma con diversi picchi caratteristici di ogni singola sostanza le cui ampiezza sono proporzionali alla concentrazione delle specie. Altro metodo utilizzato è la titolazione, la quale usa una particolare specie chimica che permette di capire attraverso reazioni rappresentate da cambi di colore, la quantità delle specie presenti, (es. EDTA per magnesio e calcio). Da considerare gli eventuali equilibri che si instaurano nella soluzione i quali dipendono dalla condizioni ambientali, temperatura, pressione e ph, per esempio in condizioni normali ed a ph intermedi ( 6-8) la specie CO 3 2- non è presente in quanto: CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H 2 CO 3 HCO - 3 + H + HCO - 3 CO 2-3 + H + Questi equilibri dipendono dal ph sensibilmente, per ph bassi si spostano verso sinistra, a ph intermedi prevale la specie HCO 3 -, per questo è importante sapere le condizioni, per esempio a ph alti prevale la specie CO 3 2-, la quale reagisce con ioni calcio e precipita ad alte temperature sotto forma di calcare, cosa non desiderate per le acque da raffreddamento. Durezza dell acqua Misura importante per ogni acqua naturale è la quantità delle specie magnesio e calcio disciolte in essa, la concentrazione di queste due specie è proprio la durezza dell acqua, tale parametro è importante, perché ogni applicazione dell acqua richiede una sua determinata durezza, per esempio per usi civili, l acqua deve essere poco dura, si dice dolce, perché un elevata presenza di ioni calcio e magnesio rende l acqua poco digeribile. Esistono diverse misure di durezza, si può misurare in equivalenti, od in gradi francesi i quali convenzionalmente esprimo la concentrazione di questi ioni come grammi di CaCO 3, ossia moltiplicando le moli o gli equivalenti totali di Mg 2+ e Ca 2+ per il PM o il PE del carbonato di calcio. Si può definire una durezza totale la quale si distingue in durezza temporanea e durezza permanente. La prima è legata alla presenza di HCO 3 -, il quale per riscaldamento darà 2HCO 3 - CO 3 2- + H 2 O + CO 2
ciò implica la precipitazione di parte del calcio e del magnesio come carbonato e come idrossido rispettivamente: CO 2-3 + Ca 2+ Ca CO 3 CO 2-3 + Mg 2+ + H 2 O Mg(OH) 2 + CO 2 Questi equilibri ovviamente sottraggono ioni magnesio e calcio al computo della durezza, per questa essa è definita come durezza temporanea, mentre il computo degli altri anioni come durezza permanente. Esempio: 287 ppm di HCO 3 - PE HCO3- = 61 quindi avremo 4,7 epm di HCO 3-46 ppm di Ca 2+ PE Ca = 40/2= 20 ossia 2.3 epm di Ca 2+ 28 ppm di Mg 2+ PE Mg = 24/2 = 12 ossia 2.33 epm di Mg 2+ Una durezza totale di 4,63 epm, la quale è ovviamente quella temporanea. La determinazione sperimentale della durezza avviene tramite titolazione con EDTA (acido etilendiamminotetracetico (CH 2 COOH) 2 N-CH 2 -CH 2 -N(CH 2 COOH) 2 ). Questo composto, che viene impegato usualmente sotto forma del suo sale sodico, ha le proprietà di potersi unire ai cationi inorganici bi, tri e tetravalenti, che vanno a sostituire i due atomi d idrogeno acido. Quello che si forma non è però un sale, ma un complesso solubile nel quale l atomo metallico è unito non solo agli atomi di ossigeno, ma anche agli atomi di azoto, mediante legami di tipo non ionico. Una volta che avviene la reazione tra EDTA e ione, i cationi perdono la loro individualità e non esistono più come tali in soluzione. La titolazione viene eseguita in ambiente leggermente basico (ph tra 8 e 10), che viene ottenuto aggiungendo all acqua ammoniaca e cloruro di ammonio. Si usa un indicatore, solitamente il nero di eriocromo, il quale contiene tra atomi di idrogeno acido, ed al ph al quale siamo, si trova in soluzione sotto forma di ioni HIn 2- di colore azzurro, i quali reagiscono con gli ioni magnesio secondo la reazione: Mg 2+ + HIn 2- (azzurro) MgIn - (rosso vino) + H + Aggiungendo questo indicatore ad un acqua che contenga ioni magnesio questa assume un colore rosso vino. Però gli ioni magnesio formano con l EDTA un complesso più stabile, quindi man mano che aggiungiamo EDTA si avrà: MgIn - + H 2 E 2- HIn 2- + H + + MgE 2- Dove E rappresenta il residuo dell EDTA. Sia gli ioni che i complessi formati dall EDTA sono incolori, gli indicatori usati, oltre che al nero eriocromo, contengono un po di metilarancio, sostanza che in ambiente basico assume il colorazione gialla; questa sommandosi al colore azzurro dello ione Hin 2- fa sì che nella reazione soprascritta si passi da una colorazione rosso vino ad una colorazione verde. Riassumendo, nel corso della titolazione della durezza dell acqua con EDTA questo si combina dapprima con gli ioni calcio, poi con gli ioni magnesio ed infine sottrae magnesio dal complesso magnesio indicatore rimettendo in libertà l indicatore stesso; a questo punto si ha il viraggio dal rosso vino al verde. Poiché la presenza del magnesio è indispensabile al viraggio (il calcio forma un complesso con il nero eriocromo di scarsa stabilità), qualora esso non fosse già contenuto nell acqua si aggiunge una piccola quantità di un suo sale prima della titolazione. Con questo
metodo, che può essere usato sia per la durezza totale che per quella permanente, si titola sia la durezza dovuta ai sali di calcio, sia quella dovuta ai sali di magnesio. Operando a ph più elevati ed usando altri indicatori, ad esempio la muresside, si può determinare la durezza derivante dai soli sali di calcio e ricavare poi per differenza quella dovuta ai sali di magnesio. Alcalinità delle acque Si intende il contenuto di ioni OH -, CO 3 2- e HCO 3 -, le quali sono specie basiche, quindi il contenuto di queste specie esprime la capacità di un acqua di reagire con acidi. La determinazione classica è la titolazione con un acido. OH - + H + H 2 O CO 2-3 + H + - HCO 3 HCO - 3 + H + H 2 CO 3 P ph = 8.3 M ph = 4.5 Le reazioni avvengono nell ordine mostrato, aggiungendo un acido, la seconda reazione si completa a ph = 8.3, continuando ad aggiungere acido, la specie presente è solo il bicarbonato, fino a quando la terza reazione si completa a ph = 4.5, dove tutto il bicarbonato si è trasformato in acido carbonico, questi valori di ph sono visualizzati attraverso due sostanze: la fenolftaleina, la quale va assumere un colore caratteristico a ph = 8.3 e il metilarancio che colora di arancione la soluzione a ph = 4.5. Si definisce alcalinità P, la quantità di acido aggiunto fino al viraggio della fenolftaleina ed alcalinità M quando la quantità di acido ha fatto raggiungere il valore di ph tale che si ha i viraggio del metilarancio. Supponendo di avere acqua con prevalenza di CO 3 2-, aggiungendo acido si realizza la seconda reazione: quando si ha il viraggio della fenolftaleina, la quantità di acido aggiunta sarà l alcalinità P, per ricavare quella M, dovrò continuare ad aggiungere acido, di conseguenza si otterrà un alcalinità M pari a 2P. Se invece oltre a gli ioni carbonato abbiamo OH -, otterremo che M < 2P, se invece abbiamo oltre al carbonato anche de gli ioni bicarbonato, allora M > 2P, la sola presenza di ioni bicarbonato ci da invece P = 0, mentre se sono assenti sia gli ioni carbonato sia gli ioni bicarbonato, allora M = P. ovviamente non esiste il caso della sola presenza di OH - e HCO 3 - in quanto essi reagirebbero tra di loro formando carbonato. Trattamenti dell acqua - Addolcimento è il trattamento per rendere l acqua meno dura, ossia abbassare il contenuto di ioni magnesio e calcio presenti in soluzione. Ci sono diversi metodi per ottenere questo risultato, che possono essere chimici oppure si può ottenere lo stesso risultato con scambio ionico. a) Processo a calce e soda Attraverso il trattamento dell acqua con Ca(OH) 2 e NaCO 3 si possono eliminare gli ioni magnesio e calcio, facendoli precipitare secondo le seguenti reazioni: CO 2(libera) + Ca(OH) 2 Ca CO 3 + H 2 O Ca(HCO 3 ) 2 + Ca(OH) 2 2Ca CO 3 + 2H 2 O La prima di queste reazioni avviene quando c è dell anidride carbonica disciolta in acqua e se vi è presente Ca 2+, in questa maniera eliminiamo sia gli ioni carbonato che quelli calcio. Mentre il magnesio viene eliminato sotto forma di idrossido, il quale ha un prodotto di solubilità estremamente basso tale da farlo precipitare:
Mg(HCO 3 ) 2 + 2Ca(OH) 2 Mg(OH) 2 + 2Ca CO 3 + 2H 2 O MgSO 4 + Ca(OH) 2 Mg(OH) 2 + CaSO 4 MgCl 2 + Ca(OH) 2 Mg(OH) 2 + CaCl 2 I sali sono solubili in acqua, sono indicati così per evidenziare gli anioni associati. Le utlime due reazioni non sono di addolcimento. La calce è in grado di eliminare la durezza temporanea e di trasformare la durezza permanente del magnesio in durezza permanente del calcio, elimina anche l eventuale CO 2 disciolta. Aggiungendo anche la soda si ottiene: CaSO 4 + Na 2 CO 3 Ca CO 3 + Na 2 SO 4 CaCl 2 + Na 2 CO 3 Ca CO 3 + 2NaCl Calce Acqua da dolcificare Soda Acqua trattata Scarico fanghi Si depositano il carbonato di calcio e l idrossido di magnesio, sia per effetto della forza centrifuga sia per il notevole aumento della sezione di passaggio che consente la sedimentazione, di solito si migliora il tutto con un operazione di filtrazione. L acqua in questo modo depurata risulterà meno dura, ma non è possibile neanche in linea teorica eliminare completamente tutti gli ioni magnesi e calcio, a cause del fatto che le reazioni sono tutte reazioni incomplete, ossia d equilibrio. Per questo certe volte è solo suficiente la calce, in quanto la soda è più costosa. b) Scambio ionico si sfruttano le proprietà di sostanze in grado di scambiare ioni, ossia un materiale in grado di cedere ioni non dannosi prendendo calcio e magnesio a loro posto. Questi materiali possono essere naturali come le zeoliti o artificiali resine particolari ottenute di solito da stirene e da divinilbenzene. Quest ultime sono materiali polimerici estremamente reticolati, proprio a causa del divinilbenzene, il quale crea dei ponti. Tali resine vengono solfonate, ossia tramite reazioni di - sostituzione elettrofila aromatica, vengono aggiunti gruppi solfonici SO 3 i quali sono accoppiati a cationi di sodio o di potassio. Di solito sono sotto forma granulare, i quali granuli sono in grado di rigonfiare a contatto con l acqua. Esse reagiscono con acque dure secondo le seguenti reazioni: 2 Res SO - 3 Na + Ca 2+ (Res SO - 3 ) 2 Ca 2+ + 2Na + lo ione calcio resterà imprigionato nell area d influenza del sito attivo, una volta esauriti i siti attivi, la resina si rigenera con trattamenti in salamoia, ossia soluzioni ad elevata contenuto di Na +. Tramite questo metodo è possibile eliminare del tutto la durezza dell acqua.
Un parametro caratteristico della resina è il suo potere di scambio ionico, cioe la capacità di scambiare sodio con calcio, per definirlo in maniera quantitativo ci si deve riferire agli ioni equivalenti: n di equivalenti scambiati da una colonna di resina (si preferisce la colonna come unità di misura, perché la resina bagnata rigonfia). Per il progetto, ossia per stabilire il volume di resina necessario ad eliminare una durezza D, tramite un semplice bilancio di massa: V acqua D = V resina P t Ovviamente il volume d acqua, la sua durezza ed il P t (la quantità di ioni acquisibili dalla resina) si conoscono, quindi si può calcolare facilmente il volume di resina necessario. - Demineralizzazione È il totale abbattimento di tutte le specie saline presenti in acqua, ovviamente ci si riferisce sempre ad acque dolci, in quanto per acque marine tale trattamento sarebbe estremamente costoso. Il trattamento più diffuso consiste in una serie di colonne contenenti resine scambiatrici, ma con uno scambio di ioni H + e OH - in cambio di cationi ed anioni salini. In funzione di cosa scambiano le resine scambiatrici si distinguono in basiche ed acide, che possono essere forti e meno forti. a) Resine scambiatrici cationiche fortemente acide Sono resine uguali a quelle viste per l addolcimento, solo che presentano il gruppo SO 3 H, ossia vengono usate nella loro forma acida. Il loro funzionamento è del tutto analogo a quello visto sopra, con l aggiunta che lo scambio coinvolge tutte le specie cationiche in cambio di H +. Mentre la rigenerazione avviene con trattamenti con acido forte. b) Resine scambiatrici cationiche debolmente acide Sono analoghe a quelle sopra, con la differenza di presentare gruppi COOH, anziché i gruppi solfonici. Il funzionamento è lo stesso. c) Resine scambiatrici anioniche fortemente e debolmente basiche Anche queste sono ottenute da copolimeri di stirene e divinilbenzene, solo che i gruppi attivi, sono NR 3 + OH - per quelle fortemente basiche, -NH 2, -NHR ed NR 2 per quelle debolmente basiche. Il principio di funzionamento è lo stesso, solo che sta volta le specie coinvolte sono tutti gli anioni presenti in acqua e gli ioni OH -. L impianto più semplice, ma non il più economico è costituito da due sole colonne, la prima riempita con granuli di resina cationica forte, la seconda con anionica forte ( il contrario non è possibile in quanto la presenza di magnesio a contatto con OH - comporterebbe la precipitazione in sito di gelatine di idrossido di magnesio che intaserebbero la colonna). All uscita dalla prima colonna abbiamo un acqua acida con solo anioni, appena entrano nella seconda colonna, tutti gli anioni ( almeno in teoria) vengono sostituti da ioni OH - che neutralizzano l acidità dovuta alla prima colonna. Dopo un certo tempo le colonne hanno necessità di essere rigenerate, tale rigenerazione viene eseguita con trattamenti con HCl per le cationiche e soda caustica NaOH per le anioniche, non viene usato acido solforico, in quanto si potrebbe formare CaSO 4, sale poco solubile che potrebbe danneggiare la resina. Il consumo dei reattivi rigeneranti incide notevolmente sul costo dell intera operazione. Un certo risparmio può essere ottenuto introducendo altre colonne oltre alle due citate. Un primo accorgimento consiste nell interporre tra le varie colonne una torre di degasaggio, infatti l acqua uscente dalla colonna cationica, contiene H + e HCO - 3, sfruttando il seguente equilibrio: HCO - 3 + H + H 2 CO 3 CO 2(gas) + H 2 O Si insuffla aria dal basso, mantenendo in tal modo la pressione dell anidride carbonica a valori talmente bassi da spostare fortemente l equilibrio verso destra, in tal modo vengono eliminati grossa parte degli ioni bicarbonato che costituiscono spesso la frazione più consistente degli anioni
presenti in acqua, in questo modo le colonne anioniche lavoreranno con un carico minore, questo è utile in quanto la rigenerazione delle colonne anioniche è la parte più costosa, dato il prezzo elevato della soda caustica. Un economia ancora maggiore si ottiene inserendo nell impianto, subito prima o subito dopo la torre di degasaggio, una colonna con resina anionica debole, la quale richiede una rigenerazione con reattivi meno costosi, rispetto alle forti. La colonna con resina anionica debole elimina solo anioni derivanti da acidi forti, in pratica Cl -, SO 4 2- ed eventualmente NO 3 -, di conseguenza il carico per la colonna anionica forte viene drasticamente diminuito, rimanendo in pratica solo gli anioni SiO 3 2-, la cui concentrazione è di solito molto bassa. Per impianti di piccola dimensione e come complemento ad impianti più grossi, si può utilizzare un'unica colonna a letto misto, ossia con granuli di resina cationica ed anionica forte, la quale presenta lo svantaggio di una difficile rigenerazione, in quanto si devono separare prima le due resine. - Trattamenti di ossidazione la potabilità dell acqua si misura in basa al contenuto batteriologico ed in genere alla presenza di sostanze non gradite (tipo NH 3 o H 2 S ecc.). la potabilità viene ottenuta tramite trattamenti ossidanti, i quali oltre ad eliminare le specie indesiderate, sono battericidi. Il semplice ossigeno non è efficace, per questo sono utilizzate sostanze molto più ossidanti, come cloro, ozono, permanganato (solo per acque non potabili). a) Clorazione Il Cl 2 è difficile da maneggiare, in quanto è un gas estremamente irritante, per questo si devono usare particolari accorgimenti (è necessario un brevetto per poterlo utilizzare). Il processo consiste nel fare gorgogliare il cloro in una piccola porzione di acqua da trattare, nella quale avviene la reazione di dismutazione del cloro: Cl 2(gas) + H 2 O Cl - + HClO + H + HClO H + + ClO - L equilibrio di tali reazioni è legato al ph dell acqua, a ph acidi prevale il Cl 2 a ph basici il ClO -, mentre a ph intermedi l acido ipocloroso. Proprio quest ultima specie si trova nelle acque potabili, è un battericida estremamente efficace ed inoltre reagisce velocemente con NH 3 e H 2 S le quali vengono ossidate a NO 3 - e SO 4 2-, specie che risultano essere innocue. Di solito non si può avere una misura precisa di tutte le specie presenti, quindi si procede con una stima della richiesta di cloro. In un acqua priva di sostanze riducenti, tutto il cloro aggiunto lo trovo come cloro residuo, ossia nel grafico qui accanto sarebbe rappresentato dalla bisettrice, ma se il cloro si trasforma a Cloro residuo A B Cloro aggiunto causa di sostanze riducenti, l andamento del cloro residuo in funzione del cloro aggiunto è rappresentato dalla curva, che presenta un massimo, A,un minimo, B e poi prosegue parallelamente alla bisettrice. Il tratto A-B è spiegabile con il consumo del cloro aggiunto da parte delle sostanze organiche, fino a che tutte non siano state ossidate, ossia fino al punto B detto breakpoint o punto di rottura. Dopo il quale cloro aggiunto e cloro residuo seguono un andamento parallelo alla retta bisettrice. Il punto di rottura è utile per ottenere la quantità necessaria per ossidare tutte le specie presenti, infatti non si può esagerare con il contenuto di cloro, in quanto si modificherebbero le proprietà organolettiche dell acqua, fino ad divenire velenose. In alcuni casi è necessaria una super clorazione, in questi casi per rendere
potabili le acque si aggiunge una sostanze riducente innocua, Na 2 SO 4, oppure con filtrazione attraverso carboni attivi. b) Trattamento con ozono L ozono è prodotto naturalmente da scariche elettriche che negli strati alti dell atmosfera trasformano l ossigeno biatomico in ozono, industrialmente si produce con archi elettrici, metodi molto costosi. L ozono ha un potere ossidante superiore a quello del cloro ed inoltre risulta essere innocuo, di conseguenza è il migliore ossidante per ottenere acque potabili, il suo uso è limitato, dal suo elevato costo. Trattamento di acque reflue Le acque reflue, cioè le acque di scarico, spesso contengono specie altamente inquinanti, per questo devono essere trattate prima di essere scaricate nell ambiente. Tipi di contaminanti in un acqua civile: - contaminanti fecali - materiali inerti in sospensione - oli liberi o emulsionanti (tensioattivi) - sostanze organiche non naturali - sali disciolti tossici o nocivi - acidi e basi forti - calore ( il calore modifica significativamente l equilibrio dell ossigeno disciolto) proprio a causa di questa vasta varietà di inquinanti, è impensabile di valutare con esattezza il carico inquinante, per questo motivo si misura il B.O.D. (Biochemical Oxygen Demand) richiesta biochimica di O 2. L analisi si esegue su un litro di acqua campione nel quale si aggiunge flora batterica ed ossigeno, si misura come varia la richiesta di ossigeno. Se immettiamo acqua con un carico organico, i batteri aerobici demoliscono le specie organiche O2 disciolto in acqua Valore normale di non inquinamento t 0 o d 0 Curva a secco Curva riossigenazione Curva deossigenazione Tempo o spazio consumando ossigeno, secondo la curva di deossigenazione, la quale da un indice di quanto l acqua è inquinata, appena però si superano le condizioni di equilibrio la forza spingente determina una riossigenazione secondo la curva proprio di riossigenazione, il risultato delle due curve è detto curva a secco, ovviamente la riossigenazione è dipendente dalle condizioni fluidodinamiche nelle quali si trova l acqua. La legge sugli scarichi pone un limite al BOD a secondo di dove avviene lo scarico, ossia dipendentemente dalla capacità del ricettore di operare il processo di demolizione. La depurazione viene fatta creando le condizioni affinché la flora batterica aerobica demolisca gli inquinanti trasformandoli attraverso processi ossidativi in CO 2, H 2 O, NO 3 -, PO 4 3-, SO 4 2- ecc.. Se il contenuto di ossigeno è inferiore ad un determinato livello, comincia a prevalere lo sviluppo di microrganismi anaerobici, i quali trasformano gli inquinanti in CH 4, NH 3, PH 3 e H 2 S, sostanze tossiche e puzzolenti, tale processo può essere utilizzato energicamente dato che il metano è un combustibile. Comunque per grosse quantità si ricorre al metodo aerobico. L impianto è costituito da: Griglia: costituita da barre mobili metalliche parallele, pulite periodicamente con una sorta di pettine. Setaccio: un cilindro forato in lamiera, che ruota dentro il quale rimangono tutti i solidi di grossa dimensione.
Desabbiatura: avviene in canali dove si crea un rallentamento tale da favorire la sedimentazione. Flocculazione: aggiungendo additivi chimici si provoca l accrescimento delle particelle colloidali al punto da farle precipitare, in una seguente vasca di sedimentazione. Trattamento di depurazione: si ottengono condizioni favorevoli per lo scambio tra aria ed acqua, tramite letti percolatori o vasche a fanghi attivi, che contengono la flora batterica necessaria all eliminazione degli inquinanti. Tali trattamenti sono per acque civili, mentre per acque agricole, sono necessari piccoli impianti, e per piccole quantità si utilizzano le cosiddette fosse Imoff che lavorano attraverso processi anaerobici. Acque di raffreddamento L acqua possiede ottime proprietà termiche ed è adatto come fluido di raffreddamento, anche se ha un campo di esistenza come liquido relativamente piccolo. Possiamo distinguere tre categorie di impianti a secondo del tipo di raffreddamento: 1. Acqua a perdere: una volta usata viene scaricata, cioè subisce un solo ciclo. Devo avere a disposizione grosse quantità di acqua, da considerare l effetto indesiderato del calore nelle acque di scarico 2. Impianto di raffreddamento a recupero totale: l impianto presenta due sezione, in una l acqua funge da refrigerante e nell altra scambia calore con aria ritornando nelle condizioni iniziali. 3. Impianti a recupero parziale: sono impianti simili al precedente solo che nella sezione di raffreddamento dell acqua sia uno scambio contemporaneo di calore e materia (torri di raffreddamento), in quanto si sfrutta l evaporazione dell acqua come effetto refrigerante. L acqua che subisce questi cicli termici non deve contenere sali i quali si depositerebbero nelle vari parti dell impianto, comportando incrostazioni che modificano notevolmente le condizioni di scambio termico. La specie più coinvolta è il carbonato di calcio, il quale ha un prodotto di solubilità molto basso, che tra l altro diminuisce all aumentare [Ca 2+ ] alcalinità ph della temperatura. Esistono curve ricavate sperimentalmente che servono per capire se un acqua è incrostante o aggressiva, nel primo caso il carbonato tenderà a precipitare nel secondo caso verrà disciolto. Tali curve sono ricavate a diverse temperature ed i parametri sono ph, alcalinità e durezza. Un acqua che si trova in condizioni a sinistra della curva è aggressiva mentre un acqua a destra è incrostante. La curva è tracciata in funzione della saturazione del carbonato di calcio, definendo l indice di saturazione: I s = ph acqua - ph saturazione Ossia si misura il potere incrostante o di aggressività come la differenza tra ph misurato e quello di saturazione. Un sistema soggetto a parziale recupero è quello più soggetto a inconvenienti di incrostazione. Mentre in quelli a circuito chiuso basta caratterizzare l acqua una sola volta per essere sicuri che non ci saranno incrostazioni. Nei sistemi aperti si utilizzano polifosfati che inibiscono la precipitazione, ma essendo dei fertilizzanti causano eutrofizzazione, ossia il formarsi di specie vegetali. Acque per caldaie: In questo tipo di applicazioni il fenomeno delle incrostazioni è più accentuato, a causa dei notevoli sbalzi termici a cui è sottoposta l acqua. Lo scopo di una caldaia è quello di produrre vapore, tramite calore ottenuto da una combustione, la concentrazione dei sali aumenta notevolmente a cause dell evaporazione. Al momento nel quale avviene l ebollizione il formarsi di bolle localizza le incrostazioni, le quali se si formano in prossimità delle pareti rimangono, ma se si formano al centro precipitano sotto forma di fanghi, tali incrostazioni modificano sensibilmente lo scambio termico