Acqua Pura ed Energia Pulita
Portare Acqua Pulita in Ogni Angolo della Terra
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TDS, pH, SDI, durezza, boro e altro — come leggere un'analisi dell'acqua per la progettazione di sistemi a OI.
Ogni progetto di OI inizia con un'analisi dell'acqua di alimentazione. Questa guida illustra i parametri rilevanti per la progettazione dei sistemi, come vengono misurati e gli intervalli tipici di ciascuna fonte d'acqua. Affiancatela alle guide Fondamenti dell'OI e Guida alla Progettazione SWRO quando lavorate su un progetto reale.
La massa di materiale inorganico e organico disciolto (filtrabile attraverso 0,45 µm) nell'acqua, espressa in mg/L. Determinata gravimetricamente essiccando un campione filtrato a 180 °C (APHA 2540C) o stimata dalla conducibilità. Intervalli tipici:
Una misura indiretta del TDS tramite la conduttanza elettrica. Il fattore di conversione dipende dalla composizione ionica; regole pratiche comuni:
TDS [mg/L] ≈ da 0,5 a 0,7 × Conducibilità [µS/cm]
Le acque dominate da cloruro di sodio usano un fattore più alto (~0,65), quelle ricche di bicarbonato uno più basso (~0,50). Per l'acqua di mare il fattore si avvicina a 0,70 (35.000 mg/L corrispondono a ~50.000 µS/cm). Per il permeato a basso TDS (< 50 mg/L), il fattore si avvicina a 0,50.
La compensazione della temperatura a 25 °C è essenziale — la conducibilità varia di ~2% per °C.
Il logaritmo negativo dell'attività degli ioni idrogeno. Influenza gli equilibri dei carbonati, il potenziale di incrostazione, la compatibilità con il materiale della membrana e l'efficacia dei biocidi. Valori tipici:
Le membrane in poliammide tollerano un pH di 2–11 in esercizio e un pH di 1–13 durante la pulizia. La regolazione del pH viene talvolta utilizzata per inibire le incrostazioni di carbonato (alimentazione acida) o per migliorare la reiezione del boro (alimentazione alcalina nel secondo passaggio).
L'indice standardizzato di sporcamento per le alimentazioni di OI. Un filtro da 0,45 µm viene sollecitato a una pressione di alimentazione di 30 psi e si misura il tempo necessario per filtrare 500 mL al tempo t = 0, quindi nuovamente dopo 5, 10 o 15 minuti di filtrazione continua. L'SDI si calcola come:
SDI₁₅ = 100 × (1 − t₀ / t₁₅) / 15
Obiettivi secondo i produttori di membrane:
L'SDI è empirico e in una certa misura dipendente dall'operatore. L'Indice di Sporcamento Modificato (MFI) è un'alternativa.
Misura la diffusione della luce da parte delle particelle in sospensione. Alimentazione di OI accettabile: < 0,2 NTU dopo il pretrattamento (1 NTU è raggiungibile per l'acqua di pozzo senza filtrazione, ma inadeguato per le prese aperte). Le acque superficiali possono superare 100 NTU durante i temporali; sono necessari coagulazione + filtrazione multimedia o UF.
Somma degli ioni calcio e magnesio, espressa in mg/L di CaCO₃. Classificazioni:
Determina il rischio di incrostazione di CaCO₃ su BWRO e su OI per acqua di rete. Calcolate l'Indice di Saturazione di Langelier (LSI) e l'Indice di Stabilità di Stiff & Davis (S&DSI per alto TDS) per prevedere le incrostazioni. Il dosaggio di antincrostante o il pretrattamento di addolcimento sono richiesti dove gli indici indicano incrostazioni.
Le membrane in poliammide si ossidano all'esposizione al cloro. La tolleranza è cumulativa: ~1.000 ppm-ora di esposizione totale prima di una perdita di prestazioni misurabile. Limite operativo pratico: < 0,1 ppm in continuo. Declorinare tramite:
La cloramina (NH₂Cl) è più dannosa del cloro libero e non viene rimossa così facilmente dall'SMBS — progettate con attenzione quando l'alimentazione è clorammoniata a livello municipale.
Un contaminante problematico per la SWRO. L'acqua di mare contiene 4–5 ppm di boro sotto forma di acido borico (pKa = 9,2). Al pH naturale dell'acqua di mare (~8,0), il boro esiste come H₃BO₃ non carico, che la poliammide rigetta solo al 50–90% — il boro nel permeato può essere di 0,5–2 mg/L in un singolo passaggio. Obiettivi:
Mitigazioni: membrane ad alta reiezione del boro (FilmTec SW30HRLE, Toray TM820), OI a secondo passaggio a pH elevato (10–10,5) dove il boro è deprotonato e ben rigettato, oppure resina a scambio ionico boro-selettiva (Purolite S108, Lewatit MK51) per la rifinitura.
Il Carbonio Organico Totale (TOC) è l'indice singolo più utile. Un TOC > 2 mg/L suggerisce la necessità di un pretrattamento avanzato (coagulazione, DAF, UF o carbone attivo). Le sostanze umiche ad alto peso molecolare causano sporcamento delle membrane e aggravano il biofouling alimentando i biofilm.
| Ione | Acqua di mare (mg/L) | Rilevanza per l'OI |
|---|---|---|
| Sodio (Na⁺) | 10.800 | Catione dominante; bilanciato dal Cl⁻ per l'equilibrio delle cariche |
| Cloruro (Cl⁻) | 19.400 | Definisce le condizioni di corrosione; richiede Super Duplex 2507 per la SWRO |
| Solfato (SO₄²⁻) | 2.700 | Rischio di incrostazioni di BaSO₄ / SrSO₄ / CaSO₄; richiede antincrostante |
| Magnesio (Mg²⁺) | 1.290 | Durezza; Mg(OH)₂ a pH molto elevato |
| Calcio (Ca²⁺) | 410 | Incrostazioni di CaCO₃ / CaSO₄; richiede verifica LSI / S&DSI |
| Potassio (K⁺) | 390 | Minore; viene rigettato in modo simile al Na |
| Bicarbonato (HCO₃⁻) | 140 | Definisce l'alcalinità e il potenziale di incrostazione di CaCO₃ |
| Bromuro (Br⁻) | 67 | Forma bromato se pre-ossidato con ozono |
| Stronzio (Sr²⁺) | 8 | Incrostazioni di SrSO₄ su BWRO ad alto recupero |
| Bario (Ba²⁺) | 0,02 | In tracce, ma con solubilità di BaSO₄ molto bassa |
| Silice (SiO₂) | 0,1–10 | Difficile da pulire; limita il recupero della BWRO |
| Fluoruro (F⁻) | 1,3 | I pozzi salmastri possono superarlo; incrostazioni di CaF₂ |
| Nitrato (NO₃⁻) | 0,5 | Problematico per l'acqua potabile nei pozzi agricoli (> 10 mg/L NO₃-N) |
L'HPC (conta su piastra degli eterotrofi), i coliformi totali e l'ATP (biomassa viva) indicano il rischio di biofouling. Le prese aperte (specialmente a temperature elevate) richiedono una strategia con biocidi — cloro intermittente + declorazione, oppure dosaggio shock di DBNPA. I contenitori dei filtri a cartuccia e le linee stagnanti sono punti caldi per il biofilm.
Quando ricevete un rapporto di laboratorio, esaminatelo in quest'ordine:
Inserite questi dati nel software di proiezione (DuPont WAVE, Hydranautics IMSDesign, Toray DS2, LG Q+) per la selezione delle membrane e la disposizione dell'array.
mg/L ÷ peso equivalente = meq/L
es.: Ca²⁺: 40,08 / 2 = 20,04 g/eq, quindi 100 mg/L di Ca²⁺ = 5,0 meq/L
mg/L ÷ peso molecolare = mmol/L
es.: 100 mg/L di Ca²⁺ = 100 / 40,08 = 2,49 mmol/L
1 NTU ≈ 0,5–2,4 mg/L di solidi sospesi (fortemente dipendente dalla fonte)
1 grano/gallone di durezza = 17,1 mg/L come CaCO₃
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