Chiariflocculazione

La chiariflocculazione è un trattamento chimico–fisico applicato alle acque reflue o cantaminate e consiste principalmente nella precipitazione di sostanze sospese non sedimentabili (e, se presenti in soluzione, anche le sostanze sedimentabili) che durante questo processo formano via via aggregati di maggiori dimensioni e di peso fino a costituire un precipitato che si deposita sul fondo.

Fasi del processo

Nel trattamento di chiariflocculazione si sfruttano le proprietà di alcune sostanze, dette “coagulanti”, che in determinate condizioni operative permettono nelle acque da trattare la separazione di sostanze colloidi sospese tramite la loro precipitazione. In molti casi, anche con un discreto dosaggio di coagulante non avviene la precipitazione, oppure questa comporterebbe un’attesa di tempo notevole, allora viene aggiunto dopo il coagulante un “coadiuvante di coagulazione” o “flocculante” che promuove un’ulteriore destabilizzazione delle particelle colloidali e soprattutto l’agglomerazione di particelle destabilizzate che possono poi precipitare facilmente. L’intero processo di chiariflocculazione si può quindi suddividere in:
Dal punto di vista impiantistico, il processo ha inizio in una vasca di coagulazione, quindi l’effluente passa attraverso una vasca di flocculazione e successivamente in un sedimentatore. Esistono inoltre impianti combinati dove queste operazioni vengono svolte all’interno di una singola apparecchiatura, in corrispondenza di appositi scomparti. La coagulazione è un processo chimico-fisico complesso ancora non completamente chiaro durante il quale i cationi derivanti dai coagulanti utilizzati, interagiscono con la superficie di carica negativa che riveste la maggior parte di sostanze colloidi di solito rivestite da cariche negative. Gli ioni trivalenti come Al3+ derivante dai sali AlCl3 e Al2(SO4)3, e come Fe3+ derivante dai sali Fe2(SO4)3 e FeCl3 sono dieci volte più efficaci degli ioni bivalenti come Fe2+derivante dal sale FeSO4 e come Ca2+ derivante dalla calce spenta e dalla calce viva. Tuttavia i fattori da tenere in considerazione per l’intero processo di chiariflocculazione sono molteplici: le caratteristiche dell’acqua da trattare, il pH, il gradiente di velocità, il tempo a disposizione, il tipo e la quantità di coagulante da utilizzare. I più utilizzati sono i coagulanti inorganici, come: Tali sostanze dissociandosi liberano ioni Al3+, Fe3+, Ca2+ i quali combinandosi con le particelle colloidali le destabilizzano formando sostanze più voluminose che successivamente precipitano o potrebbero precipitare, insieme agli idrossidi di metalli (insolubili) che si formano durante la reazione. L’idrossido di calcio viene utilizzato soprattutto per alzare il pH e rendere più basica l’acqua da trattare aumentando la concentrazione degli anioni idrossido OH presenti in soluzione. La reazione tra coagulante e l’acqua da trattare è influenzata dalla temperatura, ad esempio in acqua calda si verifica in pochi secondi ma per temperature minori di 4 °C la reazione è fortemente rallentata. I diversi coagulanti inorganici presentano le seguenti caratteristiche:

  • coagulazione: destabilizzazione della sostanza colloidale;
  • flocculazione: agglomerazione di particelle destabilizzate in microfiocchi e poi in fiocchi grossolani che possono sedimentare.

 

Coagulazione

  • aggiunta dei reattivi. Scelta dei coagulanti più opportuni e delle relative concentrazioni ottimali, secondo le caratteristiche chimico fisiche dell’acqua da trattare, dopo aver effettuato le prove jar-test;
  • mescolamento rapido. Il mescolamento deve essere rapido in modo da creare un moto vorticoso che consenta una buona dispersione del prodotto. La durata del mescolamento deve essere molto breve, da circa 1 a 5 minuti.
  • meccanica (con agitatori a pale o ad elica o con turbine)
  • pneumatica (mediante insufflamento di aria)
  • idraulica (mediante pompe).

 

Coagulanti

  • sali d’alluminio
    • solfato di alluminio Al2(SO4)3
    • cloruro di alluminio AlCl3
    • policloruri basici di alluminio Aln(OH)mCl3n-m
  • sali di ferro
    • cloruro ferrico FeCl3
    • solfato ferrico Fe2(SO4)3
    • solfato ferroso FeSO4
  • idrossido di calcio Ca(OH)2, detto “calce spenta”
  • ossido di calcio CaO, detto “calce viva”.

 

Flocculazione

La flocculazione consiste nell’ulteriore destabilizzazione delle sostanze colloidali sospese in acqua e soprattutto nell’agglomerazione di particelle destabilizzate che danno origine a microfiocchi e poi ancora fiocchi che precipitano facilmente. In questa fase, all’acqua trattata già sottoposta a coagulazione, viene aggiunto il flocculante e questa sarà sottoposta ad una lenta agitazione per circa 20-25 min, per favorire la formazione di microfiocchi e l’aggregazione di questi in fiocchi sedimentabili. Affinché ciò avvenga, all’acqua vengono aggiunte sostanze dette coadiuvanti della coagulazione o flocculanti. La velocità di agitazione deve essere né troppo bassa per evitare la sedimentazione dei fiocchi, né troppo alta per evitare la rottura del fiocco. L’agitazione lenta si ottiene facendo ricorso a mescolatori meccanici (sistema dinamico) oppure disponendo nella vasca una serie di deflettori (sistema statico). Nel caso la coagulazione e la flocculazione si abbiano nella stessa vasca, all’inizio durante la fase di coagulazione si può procedere con un’agitazione energica, ma dalla fase di flocculazione in poi si deve effettuare un’agitazione moderata e lenta fino alla sedimentazione del precipitato che verrà successivamente separato dall’acqua trattata. I bacini di flocculazione hanno forma rettangolare e possono essere: Affinché avvenga la flocculazione è necessario innanzitutto destabilizzare le cariche dei colloidi. Le particelle colloidali delle sospensioni, essendo normalmente caricate negativamente, richiedono di solito coagulanti ad azione cationica. Non è peraltro da escludere la possibilità di imbattersi in sospensioni formate da particelle cariche positivamente, come ad esempio nel caso del carbone, per cui possono necessitare anche coagulanti ad azione anionica. La destabilizzazione delle cariche permette la formazione dei primi piccoli aggregati solidi (durante la cosiddetta “coagulazione“) che successivamente tenderanno a ingrossarsi per successivo adsorbimento di particelle fino alla formazione dei primi fiocchi (o “flocculi”) in sospensione. Mentre per favorire la coagulazione era indicata una energica agitazione, nella fase di flocculazione tale agitazione è controindicata in quanto in grado di rompere i fiocchi formatisi. Ciò viene realizzato facendo uso di flocculanti (spesso si usa indifferentemente il termine coadiuvanti di coagulazione). Questi sono sostanze di varia origine che esplicano la loro azione in valori di intervallo di pH ben definiti. Una temperatura sufficientemente alta, un aumento della forza ionica e una forte agitazione sono fattori che favoriscono la flocculazione. Sono numerosissime le sostanze usate come flocculanti: come la silice attivata, la sabbia fine silicea, farina di diatomee, l’argilla, la bentonite, il carbone attivo in polvere, amidi, polisaccaridi e alginati, polimeri organici di sintesi come la poliacrilammide. I flocculanti sono in genere degli elettroliti inorganici o polielettroliti organici, tra cui: I coadiuvanti più utilizzati sono i polielettroliti, macromolecole organiche ottenute attraverso processi di polimerizzazione, solubili in acqua o ben disperdibili, caratterizzati dalla presenza di gruppi ionici lungo tutta la catena. Oppure possono essere usati anche polimeri presentanti lungo la loro catena numerosi gruppi polari. Infatti, la presenza di gruppi ionici o di gruppi polari uniformemente distribuiti lungo la catena (di questi polimeri flocculanti) facilita l’aggregazione alla catena di più microfiocchi, formando dei fiocchi di maggiore dimensione.

Velocità di agitazione

Apparecchiature utilizzate

  • a stadi: dove per raggiungere una maggiore efficienza la vasca viene suddivisa in diverse zone in serie nelle quali l’agitazione è progressivamente decrescente.
  • a canali: sono a flusso orizzontale, dove la vasca è suddivisa da setti trasversali a formare un canale la cui larghezza è man mano crescente in modo da ottenere una velocità del flusso man mano decrescente.