Coagulanti chimici: proprietà, ausiliari della coagulazione

I coagulanti chimici sono specie che favoriscono la coagulazione consentendo la rimozione di solidi in sospensione.
Nell’acqua possono trovarsi tre tipi di particelle ovvero:

1)Sostanze chimiche disciolte
2) Soluzioni colloidali
3) Solidi sospesi

La coagulazione, seguita dalla flocculazione allontana le particelle colloidali e le sospensioni. La coagulazione è un processo chimico alquanto semplice che comporta l’unione di materiali insolubili manipolando le cariche delle particelle, aggiungendo sali di ferro o di alluminio, come solfato di alluminio o solfato ferrico, a un flusso di acque reflue.

Lo scopo principale dell’utilizzo di un coagulante, oltre a rimuovere dalla sospensione particelle finissime, è che questo processo si traduce anche in una minore torbidità dell’acqua, cioè in un’acqua più limpida.

Le particelle disciolte, infatti, si presentano in forma ionica e possono contornarsi di molecole di acqua e, essendo stabili, non possono essere allontanate con questa metodologia.

La chimica della coagulazione è basata sulle interazioni attrattive o repulsive tra particelle cariche positivamente o negativamente. L’effetto della maggior parte dei coagulanti è quello di neutralizzare le loro cariche negative e di evitare che tali particelle si respingano reciprocamente. L’immunologo Nicolas Maurice Arthus nel 1890 scoprì per primo i fenomeni della coagulazione del sangue.

I coagulanti neutralizzano le cariche elettriche delle particelle presenti nell’acqua che ne provocano l’attrazione e gli ausiliari della coagulazione che migliorano l’azione del coagulante primario anche se adoperati a dosi basse.

Coagulanti

I coagulanti primari vengono sempre usati nel processo di coagulazione a cui segue il processo di flocculazione. Gli ausiliari della coagulazione, invece, non sono sempre necessari sebbene accelerino il processo di coagulazione.

Il tipo di coagulante e la sua concentrazione deve essere valutata caso per caso soprattutto in relazione alle sostanze presenti nell’acqua.

A tale scopo si procede a prove di Jar-test che si fanno variando tipo, dose e ordine dei reagenti, pH e velocità degli agitatori presenti nell’impianto. La scelta e il dosaggio dei coagulanti chimici derivano infatti dai risultati ottenuti per mezzo del jar test, che simula il funzionamento degli impianti di trattamento delle acque.

I coagulanti più utilizzati sono calce (idrossido di calcio), allume (solfato di alluminio) e sali di ferro (ferrico o ferroso).

Da un punto di vista chimico i coagulanti possono essere sia sali metallici che polimeri sia di tipo cationico.

I coagulanti costituiti da sali metallici contengono generalmente alluminio e i più comunemente usati sono:

• solfato di alluminio Al₂(SO₄)₃
• cloruro di alluminio AlCl₃
• alluminato di sodio NaAlO₂
• solfato di ferro (III) Fe₂(SO₄)₃,
• solfato di ferro (II) FeSO₄
• cloruro di ferro (III) FeCl₃
• cloruro solfato di ferro (III) FeClSO₄.

Proprietà

Le proprietà coagulanti dei sali di alluminio e di ferro sono dovute alla possibilità di formazione di complessi polinucleari con elevate capacità di adsorbimento la cui natura può essere controllata dal pH.

Altre sostanze chimiche possono agire da coagulanti quali l’ossido di calcio idrato e il carbonato di magnesio.

Le sostanze polimeriche usate come coagulanti devono essere solubili in acqua e possono essere sia di tipo naturale che sintetico. L’uso dei polimeri sintetici era noto fin dall’antichità  ed essi presentano il vantaggio di essere privi di tossine e biodegradabili nell’ambiente sebbene l’avvento di polimeri sintetici abbia soppiantato quelli naturali.

A causa delle loro grandi dimensioni i polimeri possono promuovere la destabilizzazione con formazione di ponti, la neutralizzazione della carica o entrambi. I polimeri sono disponibili in varie forme tra cui soluzioni, polveri ed emulsioni.

Spesso i polimeri vengono usati unitamente ai sali metallici per ottimizzare la rimozione delle specie solide presenti nelle acque.

Ausiliari

Tra  gli ausiliari della coagulazione vi è l’idrossido di calcio Ca(OH)₂ che dà luogo alla formazione di ioni Ca²⁺ e rende l’ambiente alcalino con conseguente aumento della concentrazione dello ione carbonato CO₃^2-.

Lo ione calcio e lo ione carbonato portano alla formazione di carbonato di calcio che ingloba le particelle colloidali.

In alternativa può essere usata la betonite che è un minerale argilloso che aumenta  la viscosità dell’acqua favorendo la formazione di gel.