Metodi di disinfezione acqua di vasca per piscine pubbliche e private
Dagli albori alle attuali tecniche di disinfezione delle acque.
Di Matteo Giacopini, HT Hydro Technology
Ipoclorito di sodio e filtro a sabbia
La disinfezione dell’acqua nelle piscine ai sui albori prende spunto e certezze nel ben lontano 1685 quando l’allora Antonio Porzo ideò il primo filtro multiplo a Sabbia di quarzo. Questo filtro composto da una vasca di sedimentazione era completato con una rifinitura da un filtro a sabbia di quarzo e veniva utilizzato per la filtrazione dell’acqua. Dobbiamo però arrivare al 1746 in Francia per trovare il primo filtro a sabbia utilizzato per la chiarificazione ad uso civile abitativo, grazie alla creazione dello scienziato Joseph Amy.
In concomitanza, Intorno al 1785 il francese Berthollet sviluppo' agenti di candeggiamento liquidi basati sull'ipoclorito del sodio. L'azienda Javel introdusse questo prodotto e lo chiamo' 'Liquore di Javel'. Inizialmente fu usato per candeggiare il cotone. A causa delle sue specifiche caratteristiche si trasformo' presto in un composto popolare. L'ipoclorito può rimuovere macchie dai vestiti a temperatura ambiente. In Francia, l'ipoclorito del sodio ancora è conosciuto come 'Eau de Javel'.
Questa piccola introduzione è necessaria per arrivare al primo metodo di disinfezione dell’acqua di vasca che inizia dal filtro a sabbia di quarzo con l’aggiunta combinata di un disinfettante a base di Ipoclorito di sodio. L’ipoclorito di sodio come disinfettante ad uso piscina ha molti vantaggi, può essere facilmente immagazzinato e trasportato quando è prodotto sul posto. Il dosaggio è semplice. Il trasporto e l'immagazzinamento dell'ipoclorito di sodio sono sicuri. L'ipoclorito di sodio è efficace quanto il cloro gassoso per la disinfezione. L'ipoclorito del sodio produce disinfettante residuo e quindi nell’acqua di vasca rimane per un tempo di contatto maggiore rispetto ad altre soluzioni, riuscendo ad eliminare eventuali virus e batteri presenti. Il costo dell’ipoclorito di sodio per un azienda di gestione piscina è molto basso rispetto ad altre tecnologie, sia come costo impianto iniziale, sia come mantenimento annuale. Gli svantaggi di questa soluzione sono dati dal fatto che si tratta di una sostanza pericolosa e corrosiva. Quando si lavora con ipoclorito di sodio, devono essere approntate misure di sicurezza per proteggere gli operai e l'ambiente. L'ipoclorito di sodio non è in grado di disattivare la Giardia Lambia e e il Criptosporidio. Inoltre, ed è la parte più negativa, questa sostanza genera sottoprodotti come le cloroammine, trialometani, acidi acetici alogenici, aloacetonitrili, cloro idrato, cloropicrina, clorofenoli, N-clorammine, alofuranoni, bromoidrine, che in caso di sovradosaggio sono dannosi per la nostra salute.
Ozono
L’università di Monaco nel 1840 portò alla luce il trattato di Schonbein, ricercatore e scopritore dell’ozono. Dopo il 1840 furono realizzati molti studi sul meccanismo di disinfezione con ozono. Il primo generatore di ozono fu prodotto a Berlino da Von Siemens. Esso scrisse inoltre un libro sull'applicazione dell'ozono in acqua. Ciò porto' alla realizzazione di un certo numero di progetti pilota, durante il quale venne ricercato il meccanismo di disinfezione con ozono. Il chimico francese Marius Paul Otto ricevette un dottorato dall'università francese, per il suo saggio sull'ozono. Fu la prima persona a fondare un'azienda specializzata nella produzione di installazioni ad ozono: 'DES Eaux et de l'Ozone di Compagnie.
Le prime applicazioni tecniche dell'ozono ebbero luogo a Oudshoorn, Paesi Bassi, nel 1893. Questa installazione dell'ozono fu interamente studiata da scienziati francesi, e un'altra unità fu installata in seguito a Nizza (nel 1906). Da allora, l'ozono fu applicato continuamente a Nizza, portando Nizza ad essere chiamata 'il luogo di nascita dell'ozono come trattamento dell'acqua potabile'.
Durante gli anni precedenti la prima Guerra Mondiale, ci fu un aumento nell'uso delle installazioni di ozono in diversi paesi. Intorno al 1916, 49 installazioni di ozono erano in uso in tutta l'Europa (26 delle quali situate in Francia). Tuttavia, questo aumento cesso' presto in seguito. Ciò fu conseguenza della ricerca sui gas tossici, che porto' allo sviluppo del cloro. Questo disinfettante sembro' essere un'alternativa adatta all'ozono, in quanto non aveva imperfezioni nella gestione, come bassa garanzia applicativa ed basso rendimento nella produzione di ozono. La produzione dell'ozono non raggiunse il suo record precedente fino a dopo la seconda guerra mondiale. Nel 1940, il numero di installazioni dell'ozono in uso in tutto il mondo crebbe intorno a 119. Nel 1977 questo numero aumento' a 1043 installazioni. Più della metà erano situate in Francia. Intorno al 1985, il numero di installazioni a base di ozono applicate fu valutato > 2000.
A causa dei sottoprodotti della disinfezione con ipoclorito, gli scienziati a partire dal 1973 cercarono soluzioni alternative come l’ozono per migliorare l’efficienza battericida e la salute dei bagnanti sportivi e non. L'inquinamento dell'acqua delle piscine e' pricipalmente causato dai bagnanti. Ciò lo rende un inquinamento molto dinamico, che dipende dal numero e dai tipo di bagnanti. Le sostanze inquinanti delle piscine possono essere divise in tre gruppi: microorganismi, sostanze inquinanti non dissolte e sostanze inquinanti dissolte. Ogni bagnante porta con se' tantissimi microorganismi, come batteri, funghi e virus. Molti di questi microorganismi possono essere patogeni e possono causare malattie.
Le sostanze inquinanti non dissolte consistono pricipalmente in particelle galleggianti visibili, come capelli ed fiocchi di pelle, ma anche in particelle colloidali, come tessuti della pelle e resti di sapone.
Le sostanze inquinanti dissolte possono essere urina, sudore, fluidi oculari e saliva. Il sudore e l'urina contengono acqua, ma anche ammoniaca, urea, creatina, creatinina ed amminoacidi. Quando queste sostanze sono dissolte in acqua, non possono nuocere ai bagnanti. Tuttavia, quando tali composti reagiscono con il cloro presente nell'acqua delle piscine, un ossidazione incompleta può causare la formazione della clorammina. Ciò causa il cosiddetto odore di cloro, che irrita gli occhi e l'apparato respiratorio. In un certo numero di casi, possono essere formati composti stabili, che possono essere rimossi dall'acqua della piscina soltanto con ricambio d'acqua.
Vantaggi:
Aumento dell'efficacia del filtro
Trattando l'acqua con l'ozono, aumenta il livello di biodegradazione della materia organica naturale (NOM). Questo significa che grandi molecole vengono trasformate in molecole più piccole, che possono essere decomposte più facilmente da un filtro. La materia organica causa un aumento dello sviluppo batterico nel
sistema, in quanto è una sostanza nutriente batterica. La ricrescita dei batteri in un sistema di distribuzione è un effetto indesiderabile. Esso puo' essere trasformato in un effetto positivo iniettando l'ozono in un filtro a sacco. La ricerca ha indicato che una preozonizzazione può aumentare l'efficienza del filtro. L'ozono aumenta la biodegradabilità dei materiali e della flora microbica, ma aumenta anche il livello di ossigeno nel filtro. La rimozione del carbonio totale organico (TOC) può essere aumentato al 35% in un filtro a sabbia quando viene aggiunto ozono. La quantità di materia organica nel filtro è diminuita, provocando una riduzione della ricrescita batterica nel sistema. La figura 2 mostra la distinzione fra la rimozione delle alghe in un filtro a sabbia con applicazione dell'ozono e senza applicazione dell'ozono.
- Diminuzione dell'uso di cloro
- Miglioramento della capacita' di filtro e coagulante. Cio' porta ad una riduzione dell'uso di coagulante e della necessita' di controlavaggio del filtro
- L'uso di acqua puo' essere ridotto, grazie ad un miglioramento della qualita' dell'acqua
- L'ozono ossida la materia organica e inorganica contenuta nell'acqua, senza la formazione di sottoprodotti indesiderati, come le cloroammine (che causano l'odore di cloro)
- L'odore di cloro puo' essere completamente rimosso tramite l'applicazione di ozono
- L'ozono e' un disinfettante e un ossodante piu' potente rispetto al cloro. Alcuni organismi patogeni resistenti al cloro non sono in grado di riprodursi in acqua trattata con ozono.
Svantaggi:
Gli impianti ad Ozono sono molto complessi e costosi, rappresentano un investimento importante per l’azienda con un costo iniziale nettamente superiore all’ipoclorito e a differenza dello stesso la manutenzione ordinaria non può essere effettuata da tecnici interni, ma solo ed esclusivamente da tecnici specializzati.
Nuove tecnologie di disinfezione e trattamento: tecnologia a membrane di ultrafiltrazione (UF)
Nel corso degli ultimi anni, sono stati fatti grandi sforzi d’investimento per affrontare le minacce e i pericoli causati dai metodi convenzionali del trattamento oltre a cercare di ridurre o perfino eliminare i DBP. Tra i metodi più comuni, c’è il processo combinato multifase di coagulazione e assorbimento con carbone attivo in polvere e la filtrazione su sabbia lenta. Questo processo riduce fino a 0,3 – 0,6 ppm i livelli del cloro libero nell’acqua (richiesti dagli standard tedeschi DIN 19643), e quindi per fornire un agente disinfettante ad una quantità minima quasi non rilevabile dalle persone. Un altro processo innovativo per il trattamento delle acque per piscine, che ottiene velocemente dei riconoscimenti e approvazioni dall’industria per le sue tangibili prestazioni, è l’Ultrafiltrazione (UF). L’implementazione delle membrane semi-permeabili con un tasso nominale di filtrazione fino a 0,04 µ nel ciclo di filtrazione della piscina fornisce dei risultati immediati: eliminazione dei corpi solidi sospesi con una drastica riduzione di microorganismi e sostanze inquinanti biologiche in un’unica fase.
Il processo del trattamento UF è stato approvato dagli standard tedeschi DIN (vedi DIN 19643- 4 parte "Trattamento delle acque delle piscine e bagni – Parte 4: Combinazioni dei processo con l’ultrafiltrazione"). Secondo lo standard DIN 19643-4, l’implementazione della tecnologia del trattamento UF per le piscine, dona molti vantaggi importanti nei confronti di altri processi di trattamento: - Riduzione del 50% della capacità del ciclo della circolazione - Riduzione del 50% del dosaggio del cloro - Alta "capacità fattore carico" ("k" – n. dei nuotatori per ogni m3)
In conclusione, l’Ultrafiltrazione può essere considerata una delle BTs (Best Technologies) (migliori tecnologie) per questa applicazione. Tuttavia, malgrado i due trattamenti descritti qui sopra danno dei vantaggi importanti nei confronti dei “processi convenzionali”, la loro vasta implementazione sul mercato è stata rallentata da due ostacoli principali: - Sistemi completi multifase e/o UF sono estremamente pesanti, complicati e occupano molto spazio; - I costi d’installazione sono proibitivi. Queste tecnologie sono quindi disponibili per un gruppo ridotto di nuotatori e clienti, cioè le piscine pubbliche con dei budget e spazi considerevoli. Il segmento principale del mercato è composto da proprietari di piscine private che non possono sostenere delle simili soluzioni. I proprietari delle piscine private e pubbliche con dei budget medio-bassi sono quindi obbligati all’esposizione al cloro o ad altri agenti disinfettanti (e DPB pericolosi) in dosi massicce.
La visione per l’implementazione della tecnologia NUF, mirata al trattamento delle acque per piscine è di dare al pubblico che frequenta le piscine pubbliche un sistema compatto e affidabile che produce acqua UF di alta qualità, priva di corpi solidi sospesi, batteri e sostanze organiche (ad un livello ancora più alto di quello dell’acqua prodotta dai UF commerciali) – ma sempre a prezzi accessibili. In altre parole, superare gli ostacoli descritti qui sopra e trasformare la BT (Best Technology) (migliore tecnologia) in BAT (Best Affordable Technology) (miglior tecnologia accessibile) In breve, l’esperienza del nuotatore in una piscina trattata con un NUF è simile a quella in un bagno in un bacino di acqua naturale.
Il processo di purificazione NUF avviene “on-line” fornendo dell’acqua non trattata a bassa pressione (da 0,5 bar) attraverso una membrana del tipo NUF. Le NUF sono quindi elementi di Ultrafiltrazione con il più alto livello e con un tasso di filtrazione massimo di 0,03 µ. Prodotti come dispositivi medici, creano una vera e quasi massima barriera di filtraggio a molte gamme di sostanze inquinanti composte da varie fonti, ivi comprese le piscine, cioè i corpi soldi sospesi, batteri, microorganismi di vari tipi, sostanze organiche, macromolecole e altro. Inoltre, grazie alle caratteristiche specifiche delle fibre prodotte con una membrana a superficie estremamente soffice, tutte le sostanze inquinanti e gli agenti pericolosi scartati dalla membrana NUF durante l’operazione, non possono aderire alla superficie e si eleminano facilmente attraverso un semplice controlavaggio. La performance delle membrane NUF è quasi imbattibile per il trattamento delle acque, soprattutto nella gamma delle membrane di Ultrafiltrazione prodotte dai fornitori principali del settore.
Le performance del NUFiltro, combinate con una concentrazione veramente molto bassa di cloro (< 0,4 ppm), sono state testate consecutivamente per più di un anno con questi risultati:
· Coliformi < 1 col/100 ml
· E-coli (fecali): < 1 col/100 ml
· Psaeudomonas Aerouginosa: < 1 col/100 ml
· Concentrazione di cloro combinato: 0,1 - 0,2 ppm come Cl2
· Torbidità (all’uscita del NUFiltro): < 0,1 NTU
· Tasso eliminazioni dei virus: 5-7 log (testato sulle acque reflue)
I Vantaggi nelle piscine Pubbliche:
- Enorme risparmio energetico (grazie alla riduzione del 50% della capacità di circolazione, approvata dal DIN 19643)
- Risparmio dell’acqua
- Riduzione del dosaggio delle sostanze chimiche
- Alto fattore carico: lo standard DIN permette un fattore carico “k” di 1 N/m3 con il trattamento UF contro il 0,5 N/m3 con il trattamento “convenzionale”
Impianti di debatterizzazione UV-C :
Negli ultimi anni si è diffuso un sistema di trattamento dell’acqua innovativo: il sistema a raggi ultravioletti (UV), che ha un impatto estremamente positivo.
E’ necessario precisare da subito che il sistema a raggi ultravioletti (UV) non sostituisce la disinfezione tramite cloro, ma vi si affianca potenziandone l’efficacia e riducendone gli effetti indesiderati. I raggi ultravioletti sono noti da molti anni per il potere di danneggiare irreparabilmente il DNA dei microrganismi. Lunghezze d’onda comprese tra i 240 e i 270 nanometri sono particolarmente efficaci nella inattivazione dei batteri. Anche organismi che utilizzano l’RNA come fonte di informazione genetica (retro-virus) vengono inattivati, in quanto la curva di assorbimento del RNA è in pratica la stessa del DNA.
Caratteristiche degli impianti UV
Gli impianti UV sono costituiti da lampade al quarzo contenenti argon e mercurio, che vengono opportunamente eccitati tramite due elettrodi posti alle estremità della lampada. In questo modo il mercurio emette una intensa radiazione UV. Nati allo scopo di annientare i microrganismi patogeni dell’acqua attraverso l’irraggiamento a determinate lunghezze d’onda, si è scoperto che ampliando la gamma di frequenza di emissione della luce si può ottenere anche l’effetto dell’abbattimento del cloro combinato (le cloroammine).
Esistono attualmente sul mercato due tipologie di impianti UV (vedi grafico 1 e 2) utilizzabili per l’acqua di piscina: quelli a bassa pressione e quelli a media pressione. La differenza è nello spettro di emissione, che è molto più ampio in quelle a media pressione, aumentando di molto il potere di ossidazione ed i processi di fotodecomposizione che sono all’origine della distruzione della molecola del cloro e dei suoi composti.
I più tradizionali sistemi con lampade a bassa pressione, per fattori legati alla monocromaticità dell’emissione UVC (unica emissione utile a 254 nm), vengono usati prevalentemente per la sola disinfezione dell’acqua, che risulta comunque essere di grande efficacia per entrambi i tipi di lampada, per tutta una serie di microrganismi patogeni quali Pseudomonas, Escherichia Coli, ecc., ed anche quelli cloro-resistenti come l’emergente e pericoloso Cryptosporidium Parvum.
Gli UV a media pressione adempiono inoltre ad un’altra funzione determinante, quella dell’abbattimento del cloro combinato, che evita lo sviluppo di sottoprodotti tossici del cloro, responsabili delle irritazioni ai polmoni, agli occhi, alla pelle oltre che di sgradevoli odori.
Va detto per onor del vero che anche gli impianti a bassa pressione hanno come effetto quello di una minore quantità di cloro-composti circolante, poiché aiutano il cloro nell’abbattimento dei microrganismi riducendone sia il consumo che la combinazione con le sostanze organiche. Gli impianti UV più moderni possono essere monolampada o dotati di più lampade e possono essere dotati di un sistema automatico di pulizia, integrato nel reattore, che mantiene le lampade nelle migliori condizioni di irradiazione UV necessaria al processo. Considerando la specificità delle acque di piscina, ricche di inquinanti organici, questa funzionalità si è dimostrata, nel tempo, molto utile.
Configurazione adatta
Per configurare l’impianto UV adatto alla piscina da trattare, si deve definire il flusso massimo di ricircolo dell’acqua, che è di norma dettato dal numero di pompe presenti e dalla loro portata complessiva. L’installazione dell’impianto UV, tra i filtri e l’iniezione del cloro, come visibile nello schema di montaggio del sistema UV, comporta piccole modifiche nel circuito idraulico.
Per quanto gli UV riducano sensibilmente la necessità della clorazione, una quantità residuale di cloro è necessaria per la disinfezione di “copertura” della piscina e per ottemperare alle disposizioni di legge.
Le lampade UV funzionano al meglio solamente in acque particolarmente pulite e limpide. La trasmittanza, parametro di valore inverso all’assorbenza, che esprime la capacità delle radiazioni UV di penetrare nel liquido da trattare, per l’acqua di piscina viene normalmente assunta intorno al 95%/1 cm. La dose UV applicata, di potenza compresa tra i 400 e gli oltre 600 J/m2, è garantita fino al termine della vita utile delle lampade, stimata indicativamente in 4.000-5.000 ore di funzionamento ma che può arrivare anche a 10.000 ore senza sensibili riduzioni di potenza.
Il sistema UV in piscina rappresenta quindi una innovazione estremamente positiva. Gli ormai numerosi impianti installati hanno dimostrato quasi ovunque una riduzione del cloro combinato, che generalmente non supera i 2-3 ppm senza bisogno di superclorazioni.
I costi
La valutazione economica dell’intero sistema è complessa, sia perché i costi degli impianti sono molto variabili (attenzione sempre alla distinzione tra bassa e media pressione, che ha una forte influenza sul prezzo!) sia perché il risparmio dopo il montaggio dipende fortemente da quanto era il ricambio di acqua prima dell’installazione.
In una piscina molto frequentata, nella quale l’unico modo per tenere sotto controllo il valore del cloro combinato è effettuare un forte ricambio di acqua oppure ripetere con frequenza forti super-clorazioni, un impianto UV è in grado di modificare radicalmente la situazione, sia dal punto di vista economico che, cosa ben più importante, dal punto di vista del benessere e della salute sia dei bagnanti che degli operatori.
Il costo dell’impianto installato varia a seconda di:
– Impianto a bassa o a media pressione;
– Numero delle lampade di cui è costituito (generalmente un impianto con molte lampade costa meno poiché le lampade sono singolarmente molto meno potenti e meno costose);
– Portata dell’impianto di trattamento che deve servire;
– Automatismi dei quali è dotato (ad esempio il sistema automatico di pulizia della lampada);
– Sistema elettronico di controllo (PLC) e sistema di sicurezza in dotazione.
Spesso chi fornisce gli impianti tende a ridurne il costo riducendo il flusso di acqua che viene trattato, in pratica montando la lampada su una sola porzione della tubazione di mandata invece di utilizzarne l’intera sezione. Questo aspetto va attentamente valutato, poiché se un impianto di trattamento è già complessivamente sottodimensionato, come purtroppo capita molto spesso nelle piscine, ridurne ulteriormente la portata può rendere totalmente inefficace la spesa dell’impianto UV.
In altre parole, così come non vi sono dubbi sulla efficacia del sistema in sé, esistono casi nei quali l’impianto non funziona perché non correttamente dimensionato e perché non viene fornito l’impianto più adatto alle esigenze della piscina.
Conclusioni:
Il COVID 19 cambierà per sempre le tipologie di trattamento acqua, per i dosaggi e l'accuratezza dei controlli, di sicuro le soluzioni classiche andranno monitorate adeguatamente, limitando al minimo l'errore umano. Sto parlando di tutte quelle piscine che ancora utilizzano la tecnologia a base di Ipoclorito, etc. Le lampade UV e L'ozono rappresentano una soluzione efficace e sicura, mentre l'impianto a membrana di UF è la soluzione ideale per l'abbattimento (in acqua) del virus COVID 19.
NEWS
