9/2 Ci Sono Anch'io - Acqua azzurra, acqua chiara

22/12/06

Così cantava Lucio Battisti. Ma nel nostro settore non tutto è chiaro.
Le domande sono ricorrenti: “Il capitolato prevede l’impiego dell’acqua deionizzata: posso usare la demineralizzata?” oppure “E’ più pura la distillata o la deionizzata?”. Per non parlare della misteriosa acqua demonizzata….
Proviamo allora a fare un po’ di chiarezza, partendo dalla misura della purezza, ovvero dai numeri che permettono di orientarci tra i vari tipi di acque.
Conosciamo l’acqua come conduttore di elettricità (se il phon acceso cade nella vasca da bagno…), e che la conduzione delle cariche elettriche è dovuta al movimento degli ioni disciolti nell’acqua. Ossia un sale sciolto in acqua, dissociato in anioni (negativi) e cationi (positivi), fa da “ponte” al passaggio delle cariche, aumentando la conducibilità. Quindi c’è una proporzionalità tra quantità di sali disciolti e conducibilità.

Per semplicità facciamo un’approssimazione “poco scientifica”, ossia colleghiamo una misura di conducibilità alla quantità di solidi disciolti, come se ci fosse solo carbonato di calcio. In realtà sali diversi hanno pesi molecolari diversi, ed in acqua sono presenti miscele di molti sali; considerando l’unità di misura del Siemens/cm, avremo:

                                            2   µS/cm =1 ppm

dove ppm significa parti per milione, corrispondenti a 1 mg/l, e µ (micro) equivale a un milionesimo.
Dato che la parte più rilevante (90%) dei solidi contenuti nelle acque di rete è costituita da carbonati di calcio e magnesio, che precipitano per dare le ben note incrostazioni, un altro parametro da tenere a mente è la durezza, espressa in gradi francesi (°f) o gradi tedeschi (°d), dati rispettivamente da 10 mg/l di carbonato di calcio (CaCO3) e da 10 mg/l di ossido di calcio (CaO).

Possiamo così misurare la conducibilità di un’acqua e ottenere la quantità di solidi disciolti e, sottolineiamo, con una approssimazione, potremo ottenere questa equivalenza:
                                    
                                           20 µS/cm =10 ppm CaCO3 = 1 °f

Nota:
le misure di conducibilità sono condizionate dalla temperatura, dato che il passaggio delle cariche è legato al movimento delle molecole d’acqua: più alta la temperatura, maggiore il movimento, maggiore la conducibilità. Per questo alcuni conduttivimetri hanno un sistema di compensazione automatica della temperatura (Modelli HI 8733 e Dist 5), altri richiedono che l’operatore imposti la corretta temperatura prima di effettuare la misura (Modelli HI 8033 e Conmet 1).


L’acqua ha di per sé un potere solvente, che può essere potenziato con l’uso di sostanze chimiche in essa disciolte. Naturalmente la natura polare della molecola d’acqua la rende particolarmente efficace per la dissoluzione di sostanze polari, e delle ioniche in primis, ma una azione solvente viene esercitata anche verso materiali sostanzialmente insolubili in acqua, come le sostanze apolari, i metalli, il vetro….
Tra un solido e l’acqua si instaura un equilibrio che rappresentiamo con una costante, la costante di solubilità del solido. Anche i solidi più insolubili, con piccolissime costanti di solubilità, rilasciano qualche molecola, o ione, che vanno a costituire la forza ionica dell’acqua.

Anche i gas vengono (chi più chi meno), disciolti in acqua, e il gas che ci interessa per il nostro discorso è l’anidride carbonica, CO2, che reagisce con effetto acido, secondo la reazione:


                                                                      CO2 + H2O --> HCO3- + H+

Questa reazione fa sì che anche l’acqua più pura, in presenza di aria, presenta pH acido.
Infatti il pH dell’acqua distillata, misurato in normali condizioni di laboratorio, non è 7, ma inferiore!
Estremizzando il concetto, un’acqua assolutamente pura costituita di sole molecole di H2O, di fatto non esiste: risulterebbe così corrosiva da attaccare il vetro del contenitore!


La prima considerazione attinente al restauro è che sono da evitare le acque molto dure quando:
  • -    nel lavaggio di superfici sia necessario evitare la deposizione di carbonati, che darebbero patine bianche
  • -    nella preparazione di soluzioni di tensioattivi o complessanti (chelanti), dove gli ioni possono legarsi con loro inattivandoli.
  • -    Negli impacchi con resine a scambio ionico, che catturerebbero gli ioni presenti, perdendo in parte efficacia.
  • -    Nel lavaggio e deacidificazione di manufatti cartacei.

Se sono necessari piccoli quantitativi di acqua pura, sono in vendita confezioni di acqua demineralizzata con meno di 2 ppm di solidi disciolti (conducibilità circa 4 µS/cm), ma per i quantitativi necessari in operazioni di cantiere (lavaggi, impacchi), è bene dotarsi di demineralizzatori, che vedremo più avanti.

Passiamo ora ai metodi per ottenere acque purificate, e a che livello di purezza possiamo (o è necessario) arrivare.
Partendo da acque grezze i processi che permettono di ridurre grossolanamente le impurezze sono la decantazione o sedimentazione, la flocculazione, la filtrazione, ed altri ancora che non ci interessano, perché su cantiere possiamo partire da acqua di rete, ossia già potabilizzata, che può però contenere quantità anche rilevanti di solidi disciolti nel caso di acque molto dure.

I trattamenti per arrivare ad acque molto dolci, ossia con durezza molto bassa, sono i seguenti.
Addolcimento: Gli ioni calcio e magnesio vengono sostituiti con ioni sodio: questo riduce la durezza, perché il carbonato di sodio non precipita per dare incrostazioni. La carica salina rimane però la solita. In altre parole ottengo un’acqua non incrostante, ma salata (la misura di conducibilità rimane invariata).
Distillazione
: L’acqua viene portata ad ebollizione, ed il vapore raccolto e fatto condensare. E’ un metodo costoso per la grande quantità di calore necessaria al riscaldamento, e quindi non viene utilizzata che in casi particolari.

Demineralizzazione (deionizzazione)
: Si ha una rimozione degli ioni utilizzando dei demineralizzatori, come i Minidem e i Lunik commercializzati da CTS. Queste apparecchiature funzionano mediante scambiatori di ioni a letto misto (resine a scambio ionico sia cationiche, che “catturano” gli ioni positivi come Ca2+ e Mg2+, che anioniche, che si occupano invece degli ioni negativi come SO42-).

Questo trattamento non rimuove le sostanze organiche come virus e batteri, che vengono eliminati con l’osmosi inversa.
Naturalmente la capacità di depurazione dei demineralizzatori dipende non solo dalla quantità complessiva di resine, ma anche dall’acqua in ingresso: più dura è l’acqua da depurare, più rapidamente diminuirà la capacità ciclica delle resine a scambio ionico. Per esempio per il Lunik 33 partendo da un’acqua a 35°f (molto dura) si possono ottenere circa 1400 litri di acqua demineralizzata, che salgono a quasi 5000 se l’acqua di partenza è a 15°f.

Infine influisce sulla resa anche la velocità di produzione dell’acqua: un prelievo lento e costante allunga la vita del vostro demineralizzatore….
Osmosi inversa:
Grazie all’uso di particolari membrane osmotiche, che forniscono elevate capacità cicliche per grandi produzioni, l’acqua viene parzialmente demineralizzata (circa l’80% dei solidi totali), e, per questo motivo, successivamente viene sottoposta ad un secondo trattamento con un demineralizzatore, che riduce ulteriormente la quantità di solidi disciolti. E’ necessario pretrattare l’acqua in entrata tramite addolcitori, per evitare l’incrostarsi delle membrane. Il costo elevato di queste attrezzature (addolcitori + osmosi inversa + demineralizzatori), specialmente quando si necessitano portate discrete, è giustificato solo se si lavora in continuo e quando sia richiesta una produzione consistente di acqua.

Acque da analitica:
Quando è necessario eliminare ogni tipo di interferenza esterna, per esempio nelle misure dei laboratori di analitica, si possono ottenere vari tipi di acque il cui costo (che può oscillare tra i 10 ed i 90 Euro/l), è determinato dal numero e tipo di passaggi effettuati per purificarle.


La conseguenza pratica è che per il settore restauro il miglior trattamento, considerato il rapporto qualità/costo, è quello di demineralizzazione.

La tabella sottostante raccoglie alcuni valori indicativi: alcuni testi possono dare intervalli di durezza leggermente diversi, dato che non sono valori legati ad una normativa.  
Tipo di acqua
                                  Conducibilità (µS/cm)                Solidi dispersi (ppm)               Durezza (°f)

Di mare                                                50.000 circa*                                 25.000 circa*                      Non determinabile
Potabile                                               Max 1.000                                     Max 500                             >30 (molto dura)
Per uso domestico
                               100-800                                         50-400                               18-30 (dura)
                                                                                                                                                        8-18 (durezza media)
                                                                                                                                                        4-8 (dolce)

Di montagna
                                        1-80                                               0.5-40                               0-4 (molto dolce)

Distillata o demineralizzata
                   0.5-20                                           0.25-10                              0-1

Pura                                                    0.05                                              0.025                                 Assente
Per analisi di elementi in tracce             <0.02                                            < 0.01                                Assente


*
questi valori possono variare notevolmente


Un ultimo punto da chiarire: il correttore automatico del programma Word non conosce il termine “deionizzata”, e lo corregge automaticamente in “demonizzata” (un giorno qualcuno mi spiegherà perché Word ha inserito la parola “demonizzata” nel suo database, forse in antitesi all’acqua santa?). Ecco spiegato l’ultimo mistero!


Bibliografia
  • Berti L.; Calatozzolo M.; di Bartolo R.; “Le acque: processi per il loro trattamento”, Ed.G.D’Anna.
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