Carbonio e acqua
Il carbonio elementare normalmente non si trova disciolto nell'acqua. L'acqua contiene invece carbonio sotto forma di gas disciolti, minerali carbonatici e composti organici. La forma e la concentrazione sono importanti perché influenzano l'alcalinità, il pH, la formazione di incrostazioni, l'efficacia del trattamento e la qualità dell'acqua.
Il carbonio nell'acqua può indicare diverse cose. Il carbonio inorganico disciolto (DIC), il carbonio organico (DOC, POC o TOC), il biossido di carbonio gassoso e gli adsorbenti solidi a base di carbonio, come il carbone attivo, non devono essere considerati intercambiabili.
Carbonio inorganico: biossido di carbonio, bicarbonato e carbonato
Nelle acque naturali, il carbonio inorganico disciolto si trova principalmente sotto forma di biossido di carbonio disciolto (CO2), acido carbonico (H2CO3), bicarbonato (HCO3−) e carbonato (CO32−). Le loro proporzioni relative dipendono principalmente dal pH; anche la temperatura, la pressione e la composizione dell'acqua influenzano l'equilibrio.
Il biossido di carbonio proveniente dall'aria, dalla respirazione del suolo e dall'attività biologica può dissolversi nell'acqua. Quando l'acqua entra in contatto con il calcare e altri minerali carbonatici, la dissoluzione di questi minerali può apportare calcio, magnesio e bicarbonato all'acqua. In molte acque dolci, il bicarbonato è il principale contributore all'alcalinità. L'alcalinità è la capacità dell'acqua di neutralizzare gli acidi; non coincide con il pH né con la durezza.
A pH più elevato, una frazione maggiore del carbonio inorganico è presente come carbonato. Se le concentrazioni di calcio o magnesio e l'equilibrio dei carbonati raggiungono condizioni di sovrasaturazione, i minerali carbonatici possono precipitare e formare incrostazioni. Variazioni del pH, della temperatura, della pressione o della CO2 disciolta possono alterare tale equilibrio.
Carbonio organico e misure della qualità dell'acqua
La materia organica naturale entra nell'acqua dal suolo, dalla vegetazione, dalle alghe e dall'attività microbica. Le acque reflue e i processi industriali possono aggiungere altri composti organici. I laboratori possono riportare il carbonio organico disciolto (DOC), il carbonio organico particolato (POC) o il carbonio organico totale (TOC). Il TOC misura il carbonio organico in un campione; non misura tutto il carbonio inorganico disciolto.
Il carbonio organico comprende composti con proprietà molto diverse. Alcuni sono biodegradabili, mentre altri persistono o influiscono su colore, sapore, odore, formazione di sottoprodotti della disinfezione o fouling delle membrane. Il solo valore di TOC non identifica i singoli composti né determina quale trattamento sia efficace; l'obiettivo del trattamento e la matrice acquosa devono guidare ulteriori analisi.
Forme del carbonio e trattamento delle acque
- Biossido di carbonio disciolto: l'aerazione o il degasaggio possono ridurre la CO2 libera, se le condizioni di processo e la chimica dell'acqua lo consentono. Il degasaggio modifica l'equilibrio dei carbonati e può influire sul pH.
- Bicarbonato, carbonato e alcalinità: per un obiettivo definito si possono considerare la regolazione del pH, l'addolcimento con calce, la precipitazione, la nanofiltrazione o l'osmosi inversa. La scelta dipende da durezza, alcalinità, saturazione, recupero e residui.
- Composti organici: il trattamento biologico può ridurre la materia organica biodegradabile. L'adsorbimento su carbone attivo può rimuovere molti composti organici selezionati, ma l'efficacia dipende dall'adsorbente, dai contaminanti da rimuovere e dalle condizioni operative.
Il carbone attivo è un mezzo di trattamento poroso, non carbonio elementare disciolto. Il carbone attivo granulare non è un metodo generale per rimuovere il bicarbonato o altre forme di carbonio inorganico disciolto. L'osmosi inversa e la nanofiltrazione possono ridurre molti ioni disciolti e alcune sostanze organiche, ma la CO2 neutra disciolta può attraversare le membrane e richiedere un degasaggio separato o un post-trattamento.
Per esempi di composti carbonatici e bicarbonatici, di comuni flussi idrici industriali e naturali e dei relativi metodi di trattamento, consulta sali comuni contenenti carbonio nell'acqua. Informazioni correlate: adsorbimento su carbone attivo, carbonato e bicarbonato nell'acqua di irrigazione e calcio nell'acqua.
Parliamo di una sfida nel trattamento delle acque legata al carbonio
La valutazione parte dall'obiettivo del trattamento e da un'analisi dell'acqua adeguata. I parametri possono includere pH, alcalinità, carbonio inorganico, durezza, TOC o DOC, composti organici da rimuovere, temperatura e portata, secondo il caso. Questi dati aiutano a confrontare le opzioni; nessun processo è adatto a tutti i flussi contenenti carbonio.
Parliamo di una sfida nel trattamento delle acque
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Ultima revisione: a cura di Lenntech.
Fonti e ulteriori letture