EFFICACIA DEL DISPOSITIVO EWO NEL PREVENIRE IL DEPOSITO DI CALCARE NELLE CONDUTTURE IDRICHE DOMESTICHE

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1 EFFICACIA DEL DISPOSITIVO EWO NEL PREVENIRE IL DEPOSITO DI CALCARE NELLE CONDUTTURE IDRICHE DOMESTICHE 8 Aprile

2 EFFICACIA DEL DISPOSITIVO EWO NEL PREVENIRE IL DEPOSITO DI CALCARE NELLE CONDUTTURE IDRICHE DOMESTICHE IL CALCARE Le acque ricche di calcio evaporano per effetto della temperatura, provocando un progressivo accumulo di carbonati di calcio (CaCO 3 ) o di calcio e magnesio (Ca,MgCO 3 ) che si depositano sulle superfici di contatto. Questo fenomeno comporta un notevole danno, in quanto questi depositi di calcare possono causare danni di entità più o meno rilevante agli impianti, alle tubature ed agli elettrodomestici. L accumulo di calcare in ambiente domestico ci costringe inoltre a consumare più energia per il riscaldamento e per la circolazione dell acqua, innescando così procedimenti che determinano un invecchiamento precoce da parte degli elettrodomestici di quotidiano utilizzo. Anche se il fenomeno del calcare interessa principalmente i circuiti idraulici dell'acqua calda, negli impianti domestici è opportuno trattare non solo l acqua dell impianto di riscaldamento, ma anche tutta l acqua che viene utilizzata sia per il consumo personale sia per l uso domestico in genere. Il tentativo di evitare la formazione di calcare negli impianti idraulici porta a considerare principalmente due tipologie di trattamenti: - trattamento di tipo chimico - trattamento di tipo fisico 2

3 TRATTAMENTI CHIMICI I trattamenti chimici maggiormente utilizzati risultano essere quelli che si basano sull abbattimento degli ioni presenti, mediante l utilizzo di resine a scambio ionico, oppure quelli che si basano sul principio dell osmosi inversa. Gli impianti con resine (addolcitori) permettono di sostituire i cationi e gli anioni da abbattere (per evitare il calcare Ca 2+, Mg 2+ e CO 2-3 ) presenti nell acqua con altri più opportuni, durante il passaggio dell acqua attraverso un supporto contente resine impregnate di sale. L'uso degli addolcitori è generalmente utilizzato quando l'acqua ha una durezza superiore a 25 F. Questo trattamento è abbastanza efficace ma, se usato in maniera non accurata, può presentare i seguenti inconvenienti: - se le resine non vengono disinfettate spesso, durante il passaggio dell acqua attraverso la resina, si possono verificare fenomeni di attecchimento di flora batterica con possibili ripercussioni negative per la salute del consumatore; - oltre a dover essere disinfettate frequentemente, le resine devono essere rigenerate periodicamente con il sale per poter avere un continuo e corretto funzionamento. L osmosi inversa, invece, è una tecnica di filtraggio che consente di purificare l acqua e di renderla più sana per l uso alimentare. E un sistema di filtraggio dell acqua che sfrutta delle membrane per bloccare i cationi contenuti nell acqua stessa. Le acque addolcite chimicamente con i sistemi sopra descritti, sebbene contengano una quantità minore di ioni calcio e carbonato, tuttavia non permettono di evitare completamente la formazione di calcare nelle tubature e sulle serpentine di riscaldamento, ma semplicemente ne rallentano la formazione nel tempo. 3

4 IL TRATTAMENTO FISICO Il trattamento fisico invece consiste generalmente nell utilizzo di un campo magnetico ottenuto con magneti permanenti o temporanei. Gli effetti del campo magnetico sull'acqua furono scoperti nell'anno 1900 dal fisico danese Hendrick Antoon Lorenz che per questo ricevette il premio Nobel nel Gli ioni calcio e lo ione carbonato presenti nell acqua, dopo che questa è stata sottoposta all azione di un campo magnetico, non permettono la cristallizzazione di Calcite, ma prevalentemente di Aragonite. L Aragonite rappresenta una forma polimorfa del carbonato di calcio i cui cristalli risultano avere una morfologia aciculare ed essere decisamente più piccoli rispetto a quelli della calcite, che invece si forma in prevalenza quando l acqua non viene sottoposta ad un campo magnetico. Le minori dimensioni e la morfologia allungata dei cristalli di Aragonite li rende facilmente trascinabili via dalla corrente dell acqua, sfavorendo quindi il loro accumularsi sulla superficie interna della tubatura. In questo modo si evita la formazione dei dannosi depositi di calcare. Con un opportuno apparato magnetico è quindi possibile controllare la precipitazione del carbonato di calcio senza ricorrere all addizione di composti chimici, consentendo la bevibilità dell acqua tal quale, senza alterarne il grado di minerali presenti e le sue proprietà organolettiche. I vantaggi che si hanno nell utilizzo di un dispositivo magnetico possono essere così riassunti: - nessuna necessità di manutenzione per aggiunte periodiche di sali e disinfettanti; - nessuna alterazione delle caratteristiche minerali ed organolettiche dell acqua potabile; - nessun consumo di energia elettrica; - nessuna manutenzione dell apparato magnetico; nessuna manutenzione e riparazione degli impianti idraulici ed elettrodomestici dovuti all accumulo di calcare nelle condutture. 4

5 DISPOSITIVO EWO Il dispositivo EWO da noi testato rappresenta un evoluzione nel campo dei dispositivi magnetici sopra citati per il trattamento fisico dell acqua e presenta alcune innovazioni costruttive, come la presenza di un vortice d acqua al suo interno e la peculiarità di essere composto da acciaio inox duplex magnetizzato, con la polarizzazione Nord-Sud del campo magnetico terrestre. Presso i nostri Laboratori sono state analizzate e caratterizzate con tecniche chimico-fisiche le incrostazioni di calcare presenti in tubature in cui fluiva acqua dopo essere passata per il dispositivo EWO e i risultati sono stati confrontati con le incrostazioni presenti in tubature in cui fluiva la stessa acqua prima di attraversare l impianto EWO. TECNICHE SPERIMENTALI Caratterizzazione morfologica (SEM) Caratterizzazione strutturale (DRX) Determinazione della durezza (gradi francesi) 5

6 RISULTATI SPERIMENTALI Caratterizzazione morfologica (SEM) I dati sperimentali ottenuti sono basati su due differenti caratterizzazioni. Una prima caratterizzazione morfologica è stata effettuata sul deposito di calcare ottenuto dopo l utilizzo del dispositivo EWO e prima del dispositivo EWO. Come è possibile osservare dalle immagini di Microscopia Elettronica a Scansione riportate in figura 1, dopo l utilizzo del dispositivo magnetico EWO è possibile notare la formazione di cristalli aghiformi (caratteristici della morfologia dell Aragonite) di piccole dimensioni aventi mediamente uno spessore di 1-3 micron e lunghezza di 5-15 micron. Differentemente, i cristalli depositatesi in assenza del trattamento con il dispositivo magnetico EWO presentano dimensioni nettamente superiori e una morfologia compatta e massiva a parallelepipedo (caratteristica della morfologia della Calcite). La lunghezza e spessore di queste formazioni cristalline risultano essere mediamente dell ordine dei micron. Piccoli cristalli non aghiformi sono localizzati sulla superficie dei grossi ammassi cristallini. Figura 1 - A sinistra deposito di calcare dopo l impianto EWO, a destra deposito di calcare prima dell impianto EWO 6

7 L aspetto che però appare ancor più evidente risulta esser l impaccamento di queste due differenti tipologie di cristalli. Infatti, dopo il trattamento con dispositivo EWO, i cristalli di Aragonite presenti (evidenziati dalla freccia nella figura 2A) risultano essere meno aggregati rispetto agli stessi cristalli ottenuti prima del trattamento con dispositivo magnetico EWO (come indicato dalle frecce in figura 2B). A B Figura 2 - Differente impaccamento del calcare dopo passaggio attraverso dispositivo magnetico EWO (A) e senza dispositivo magnetico (B) Infatti, in assenza del trattamento col dispositivo magnetico, è possibile notare come l Aragonite sia comunque presente nel deposito di calcare, ma in uno stato di maggior aggregazione. 7

8 Caratterizzazione strutturale (DRX) Successivamente sono stati condotti test sperimentali con tecnica di Diffrazione di raggi X col metodo a polveri per individuare la struttura cristallina dei due diversi depositi di calcare. Counts Residuo calcare senza EWO Position [ 2Theta] (Copper (Cu)) Counts Residuo calcare con EWO Position [ 2Theta] (Copper (Cu)) Figura 3 - Diffrattogramma di raggi x effettuato sul deposito di calcare dopo dispositivo EWO (sotto) e prima del dispositivo EWO (sopra) (in grigio è riportata la fase Aragonite, in blu la fase Calcite) 8

9 I risultati ottenuti mostrano chiaramente come, in assenza del trattamento col dispositivo magnetico EWO, il calcare sia formato da due differenti fasi cristalline di carbonato di calcio (Calcite ed Aragonite) presenti nel deposito di calcare secondo il rapporto: Calcite 42% e Aragonite 58%. Differentemente, dopo il trattamento delle acque col dispositivo magnetico EWO, è possibile notare come il calcare risulta essere formato dalle due medesime fasi riscontrate in precedenza (Calcite e Aragonite), ma il loro rapporto risulta essere notevolmente differente: Calcite 4 % e Aragonite 96%, oltre ad una cospicua quantità di fase amorfa. Risulta quindi evidente come la presenza di un campo magnetico durante il passaggio dell acqua favorisca la formazione dell Aragonite rispetto alla Calcite. Determinazione della durezza (gradi francesi) Per durezza dell'acqua si intende un valore che esprime il contenuto di ioni di calcio e di magnesio (provenienti dalla presenza di sali solubili nell'acqua). Generalmente con questo termine si intende la durezza totale; la durezza permanente esprime invece la quantità di cationi rimasti in soluzione dopo ebollizione prolungata, mentre la durezza temporanea, ottenuta per differenza tra le precedenti durezze, esprime sostanzialmente il quantitativo di idrogenocarbonati. La procedura analitica per determinare questo valore si basa sulla titolazione complessometrica degli ioni calcio e magnesio, disciolti nel campione tamponato a ph 10, con una soluzione di sale disodico dell acido etilendiamminotetracetico (EDTA) in presenza di eriocromo T come indicatore. E quindi stata determinata la durezza dell acqua prima e dopo il trattamento con il dispositivo magnetico EWO e si è potuto notare come i due valori siano molto simili, 31 ±2 gradi francesi prima del trattamento e 28 ±2 gradi francesi dopo il trattamento con dispositivo magnetico EWO. 9

10 CONCLUSIONI Al termine di questa indagine è stato possibile osservare come il trattamento dell acqua con il dispositivo magnetico EWO non modifichi apprezzabilmente la durezza dell acqua, che conserva il proprio contenuto minerale, ma influisca in modo importante sulla cristallizzazione del calcare nelle condotte in cui l acqua scorre. Tali modificazioni sono sostanziali nella struttura e nella morfologia. Infatti, le immagini SEM mostrano come, dopo trattamento con dispositivo EWO, sia favorita principalmente la formazione di Aragonite rispetto alla Calcite. Inoltre, questi poco estesi depositi di calcare mostrano una differente aggregazione da parte dei cristalli di Aragonite che facilmente possono essere rimossi dal flusso dell acqua per le loro piccole dimensioni e per la morfologia aghiforme. Queste condizioni probabilmente determinano accumuli di calcare meno importanti, e sicuramente meno massicci, sulle pareti interne delle tubature. Attraverso l uso del dispositivo magnetico EWO è quindi possibile evitare la formazione di depositi di calcare all interno delle condutture idrauliche entro cui l acqua scorre senza modificare la composizione chimica dell acqua stessa, mantenendo quindi la stessa composizione ionica. Bologna Il Direttore del LEBSC Prof. Norberto Roveri Il Responsabile del Laboratorio Dr. Marco Lelli Albo dei Chimici N. B