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Sostanze chimiche come il cloro, il bromo, il perossido di idrogeno, l'acido peracetico e l'ozono hanno la capacità di distruggere le molecole dei contaminanti organici, come batteri ed alghe, presenti in acqua.
- La capacità che tali disinfettanti hanno di disinfettare l'acqua, viene indicata dal potenziale di ossidoriduzione ( REDOX - ORP ) dell'acqua; tale valore, espresso in millivolts ( mV ), assume valori positivi in presenza di ossidanti ( cloro ) e valori negativi in presenza di sostanze riducenti ( bisolfito di sodio ).
Nel caso di utilizzo di cloro come disinfettante, il potenziale Redox dell'acqua ha una diretta dipendenza dal pH dell'acqua ed, in misura minore, dalla sua temperatura: all'aumentare del pH, infatti, l'efficacia disinfettante del cloro diminuisce, con la conseguenza che, per disinfettare l'acqua, sarà necessaria una quantità maggiore di cloro, ossia sarà necessario raggiungere un potenziale REDOX maggiore.
Anche la quantità di materia organica presente in acqua influenza il valore del potenziale REDOX; se l'acqua contiene poche impurità, sarà sufficiente una quantità relativamente modesta di cloro per raggiungere un elevato potenziale REDOX.
Al contrario, se aumenta l'inquinamento dell'acqua senza un corrispondente aumento del disinfettante, il potenziale REDOX si abbassa, poiché tutto il disinfettante viene utilizzato per disinfettare parte della materia organica presente in acqua.
- Questa dipendenza tra materia organica da ossidare e potenziale REDOX ci permette di stabilire che ( a parità di pH ) al diminuire del potenziale REDOX corrisponde un aumento della contaminazione dell'acqua e, quindi, la necessità di aggiungere disinfettante per ristabilire il potenziale REDOX.
La misurazione REDOX viene effettuata attraverso Elettrodi Redox, alloggiati in un porta elettrodo a deflusso, in linea oppure ad immersione.
Lo strumento di controllo comanderà l’attivazione di una o più pompe dosatrici, che immetteranno il disinfettante direttamente nel serbatoio di stoccaggio dell’acqua oppure, in assenza di esso, in una tubazione.
Gli elettrodi monitoreranno costantemente l’acqua e comanderanno l’aggiunta di disinfettante fintanto che in acqua non sarà rilevato il quantitativo di disinfettante impostato.
- Non appena verrà consumata acqua, la nuova acqua addotta nel serbatoio di stoccaggio, carica di organismi patogeni, entrerà in contatto con l'ossidante, verrà disinfettata e, nel contempo, la pompa dosatrice aggiungerà altro disinfettante per ripristinarne il valore di impostato.
COME SI MISURA IL POTENZIALE REDOX ( ORP )
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La misurazione del potenziale Redox è affidata ad un elettrodo Redox, costituito da
da una soluzione tampone interna, da un elettrodo di misurazione, da un elettrodo di riferimento e da una membrana di vetro speciale.
L'elettrodo di misurazione è realizzato con un metallo nobile, che non interviene nelle reazioni redox che avvengono in soluzione ma assume il potenziale di equilibrio della soluzione stessa.
Se nella soluzione sono prevalenti le specie ossidanti esse sottraggono elettroni all'elettrodo di misura rendendolo più positivo, se invece prevalgono le specie riducenti esse cedono elettroni all'elettrodo che diventa più negativo.
Il metallo nobile che si usa è generalmente in oro per misure in campo ossidante ed in platino per misure in campo riducente.
L'elettrodo di riferimento è un elettrodo il cui potenziale Redox è noto, costante ed indipendente dalle condizioni esterne. Normalmente sono elettrodi costituiti da un metallo ricoperto da un suo sale poco solubile ed immerso in una soluzione contenente l'anione del sale poco solubile.
Gli elettrodi di riferimento più usati sono:
- Elettrodo al calomelano Hg/Hg2Cl2/sol KCl: può lavorare senza problemi in soluzioni contenenti solfuri
- Elettrodo al cloruro d'argento Ag/AgCl/sol KCl: è meno resistente alla polarizzazione rispetto all'elettrodo al calomelano. La temperatura massima di funzionamento è circa 100°C. Non manifesta isteresi apprezzabili al variare della temperatura e per questo è migliore dell'elettrodo al calomelano
- Elettrodo al Thalamid (tallio cloruro) Hg-Tl/TlCl/sol KCl: è affine a quello al calomelano ma contiene cloruro di tallio (TlCl = thalamid) ed una amalgama di tallio. Può venire usato fino a 135 °C e non manifesta isteresi neanche con notevoli fluttuazioni di temperatura. Questo tipo di riferimento è particolarmente adatto alle applicazioni in soluzioni contenenti solfuri.
Il contatto elettrico tra elettrodo di riferimento, elettrodo di vetro e campione in misura è garantito dal setto poroso, che può' essere un cilindretto ceramico, un anello di PTFE poroso o altro, ed ha la funzione di permettere il passaggio di un piccolissimo flusso di elettrolita del riferimento verso la soluzione in misura, allo scopo di:
- Mantenere la continuità elettrica tra elettrodo e soluzione in misura
- Mantenere pulito il setto poroso stesso impedendo la formazione di incrostazioni sulla sua superficie interna e la precipitazione di sali insolubili dentro i pori
- Impedire l'ingresso della soluzione in misura nell'elettrodo di riferimento
Il sale usato per preparare l'elettrolita di riferimento deve avere le seguenti caratteristiche:
- Deve contenere gli ioni cloruro per essere in equilibrio elettrochimico con il calomelano, il cloruro d'argento o il cloruro di tallio
- Deve essere ben solubile
- Deve essere equitrasferente, (anione e catione devono avere la stessa mobilità ionica) per evitare la formazione di un potenziale di diffusione sul setto poroso
Se la soluzione di KCl non può essere impiegata perché a contatto col campione forma precipitati che ostruiscono il setto poroso, oppure perché reagisce in modo indesiderato con il liquido in esame, si impiega un elettrodo di riferimento a doppia giunzione, comprendente due serbatoi: il primo riempito di una soluzione di KCl, il secondo con una adatta soluzione di contatto, ad esempio una soluzione satura di KNO3.
Nella rilevazione delle basse concentrazioni di disinfettanti ( ad esempio Cloro ) tipiche delle acque potabili, vengono utilizzati speciali elettrodi ad alta sensibilità, alta linearità e bassa impedenza, che garantiscono una lettura precisa ed affidabile.
- Per un approfondimento relativo ai sistemi di misurazione Redox ( ORP ) visitate la sezione Sistemi Redox.
PRINCIPIO CLORO LIBERO CALCOLATO |
La misurazione del Cloro Libero Calcolato sfrutta il principio di misurazione del potenziale di ossidoriduzione ( REDOX - ORP ) dell'acqua, trasformando i mV rilevati in mg/l di Cloro Libero Calcolato.
I
sistemi di misura del Cloro Libero Calcolato pongono rimedio alle due maggiori criticità che presenta la misurazione classica del potenziale REDOX: la necessità di individuare il potenziale REDOX specifico per l'acqua da disinfettare e la sua dipendenza dal pH.
La prima criticità è stata risolta effettuando una conversione automatica dei mV del potenziale REDOX dell'acqua in mg/l di Cloro Libero Calcolato: ciò permette di sapere istantaneamente la quantità di cloro libero effettivamente presente in acqua e di impostare il SET POINT, ossia la quantità di Cloro Libero che vorremo trovare in acqua, quantità espressa in mg/l.
La seconda criticità è stata risolta creando un'elettronica specifica in grado di compensare automaticamente la lettura del Cloro Libero Calcolato in base al pH rilevato: l'elettrodo misura i mV del potenziale REDOX rilevato, un secondo elettrodo misura il pH dell'acqua, lo strumento di controllo adatta la lettura REDOX compensando il pH ed, infine, converte il potenziale REDOX in mg/l di Cloro Libero Calcolato, restituendo l'esatta concentrazione di Cloro Libero Calcolato presente in acqua.
Nella rilevazione delle basse concentrazioni di disinfettanti ( ad esempio Cloro ) tipiche delle acque potabili, vengono utilizzati
speciali elettrodi ad alta sensibilità, alta linearità e bassa impedenza, che garantiscono una lettura precisa ed affidabile.
Sia l'
elettrodo REDOX ( ORP ) per Cloro Calcolato che l'
elettrodo pH dovranno essere messi in contatto con l’acqua da analizzare: tramite un porta elettrodo
ad immersione potranno essere inseriti direttamente in un serbatoio di stoccaggio dell’acqua, oppure alloggiati in un
porta elettrodo a deflusso installato in by-pass, oppure potranno essere installati
in linea direttamente su una tubazione.
Per un approfondimento relativo ai sistemi di misurazione per Cloro Libero Calcolato visitate la
relativa sezione.
La misura amperometrica rappresenta sicuramente il miglior sistema per quantificare il disinfettante presente in acqua; la misurazione viene effettuate mediante celle di rilevazione costituite da una parte elettronica e da una parte galvanica.
Gli elettrodi contenuti nella parte galvanica analizzano la corrente elettrica generata dalla dissociazione dell'ossidante utilizzato, l'elettronica della celle compensa la lettura in base alla temperatura ed al pH dell'acqua ed invia il segnale elettrico allo strumento di controllo, che fornisce sul display i mg/l di disinfettate presente in acqua.
COS'E' UNA CELLA AMPEROMETRICA
Una cella amperometrica è un sistema elettrochimico in cui l'energia chimica viene trasformata in energia elettrica.
L'elettrodo di misura e quello di riferimento sono racchiusi in una camera contenente un elettrolita e separata dal campione in misura da una membrana semipermeabile alla sostanza ossidante da misurare.
Gli elettrodi sono protetti dal contatto diretto con l'acqua mediante una membrana semipermeabile, che garantisce che venga misurato solo il disinfettante specifico della cella amperometrica, evitando contaminazioni di altre sostanze che potrebbero alterare la misurazione.
Per un'efficace misurazione è fondamentale che il flusso di acqua da analizzare sia costante e nella misura di 30/40 lt/h; per questo motivo le celle amperometriche devono essere alloggiante all'interno di un porta elettrodo a deflusso dotato di sensore di flusso e di regolatore della portata.
Le celle amperometriche sono fortemente influenzate dalla tobidità dell'acqua, dalla presenza di oli, sospensioni organiche e sostanze quali ferro e manganese: la presenza di questi tre fattori porta, infatti, ad un'occlusione della membrana semipermeabile, con la conseguenza di ridurre gli intervalli di manutenzione e calibrazione.
Per ovviare a tale problema sono state create celle amperometriche a tre elettrodi, con meccanismo di autopulizia mediante sfere agitate dal flusso di acqua che rimuovono dagli elettrodi di misurazione gli eventuali depositi.
La misurazione di una cella amperometrica è influenza, inoltre, dalla conducibilità dell'acqua, la cui variazione dovrà essere corretta con successive calibrazioni della cella.
Per un approfondimento relativo ai sistemi di misurazione amperometrici per Cloro Libero visitate la sezione Sistemi Amperometrici per Cloro Libero, oppure, per altri disinfettanti, visitate la sezione Sistemi di Misurazione.
