I livelli di biossido di cloro o cloro libero vengono determinati secondo il principio di misura amperometrico.
Il biossido di cloro (ClO2) contenuto nel fluido si diffonde attraverso la membrana del sensore e viene ridotto in ioni cloruro (Cl-) in corrispondenza dell'elettrodo di misura. In corrispondenza del controelettrodo, l'argento viene ossidato in cloruro d'argento.
La cessione di elettroni all'elettrodo di misura e l'accettazione di elettroni al controelettrodo determinano il flusso di una corrente proporzionale alla concentrazione di biossido di cloro nel fluido. Per il biossido di cloro, in un ampio campo, questo processo non dipende dal valore del pH. Per il cloro libero, invece, il processo dipende dal valore del pH. Ecco perché la misura del cloro libero deve sempre includere la misura del pH per la compensazione.
La misura amperometrica di disinfettanti come il bromo e l'ozono funziona in modo simile. Qui, le molecole di bromo e ozono si diffondono attraverso le membrane dei sensori e vengono ridotte.
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Misura del cloro: comprensione del principio
Sono molti i liquidi essenziali nella nostra vita quotidiana.
Possono includere acqua, bevande, prodotti lattiero-caseari, prodotti chimici, acidi e basi o prodotti farmaceutici.
La qualità di questi liquidi è determinata dalle loro proprietà chimiche e fisiche. Per valutare queste proprietà vengono utilizzati vari principi di misura. Uno di questi principi è la misura del contenuto di cloro nei liquidi, per valutare la capacità di disinfezione.
La disinfezione distrugge gli agenti patogeni come batteri o funghi e previene la diffusione di malattie. Il cloro è presente in varie reazioni chimiche durante il processo di produzione ed è quindi fondamentale sia per l'industria che per la salute pubblica. Si ottiene applicando all'acqua cloro libero o biossido di cloro, ozono o radiazioni ultraviolette. Il mantenimento dei residui di cloro è essenziale in vari processi di trattamento delle acque per garantire la sicurezza dell'acqua potabile.
Il cloro libero, noto anche come acido ipocloroso, è il disinfettante più importante nel trattamento dell'acqua perché ha un forte effetto disinfettante, è quasi inodore e ha effetti di lunga durata.
Nel 1908, Jon L. Leal, fisico americano, ha sviluppato la prima clorazione regolare dell'acqua pubblica nel New Jersey ed è riuscito a ridurre drasticamente le malattie trasmesse attraverso l'acqua.
Diamo un'occhiata più da vicino alla disinfezione con cloro libero. Per garantire la sicurezza della distribuzione e del consumo, nel trattamento dell'acqua potabile vengono impiegate varie strategie di clorazione. La capacità di disinfezione e l'equilibrio chimico del cloro libero dipendono dal valore del pH dell'acqua. Se il valore del pH è superiore a 8, il cloro libero non è più abbastanza efficace. A valori di pH inferiori a 4 viene rilasciato anche il pericoloso cloro gassoso. La massima efficacia del cloro libero si ottiene con pH compreso tra 4 e 8. Una misura parallela del pH per la compensazione previene la distorsione dei valori misurati.
La misura del cloro libero può essere effettuata utilizzando il principio di misura amperometrico o fotometrico ed è fondamentale per mantenere i livelli di disinfettante nei sistemi di distribuzione dell'acqua. Nel caso della misura fotometrica, al campione d'acqua viene miscelato un reagente. Questo reagente reagisce con il cloro libero e determina il tipico colore rossastro del campione. Maggiore è la quantità di cloro libero disponibile, maggiore è l'intensità del colore. L'intensità di questo colore viene quindi misurata, basandosi sul fatto che il colore rossastro assorbe o attenua la luce di una determinata lunghezza d'onda. Nei metodi di test del cloro e, in particolare, nel metodo DPD per la misura del cloro totale viene spesso utilizzato lo ioduro di potassio.
Adesso, consideriamo il principio di misura amperometrico. Un sensore amperometrico è solitamente costituito da un catodo d'oro, detto anche elettrodo di misura, e da un elettrodo di argento/cloruro d'argento che forma l'anodo.
A entrambi gli elettrodi viene applicata una tensione continua. Il catodo e l'anodo si trovano in una camera di reazione riempita con un elettrolita. Una membrana separa la camera di reazione dal fluido da misurare. La membrana è realizzata in PVDF superidrofobico. Permette la diffusione del cloro libero gassoso ma respinge gli ioni ipoclorito per la loro carica negativa. La membrana mostra un comportamento simile, ad esempio, alle membrane cellulari dei batteri.
Quando il sensore viene immerso in un fluido contenente cloro libero, le molecole di HOCl si diffondono attraverso la membrana del sensore e vengono ridotte in ioni cloruro al catodo d'oro nella camera di reazione. All'anodo, l'argento reagisce al cloruro d'argento rilasciando elettroni. Ciò determina una corrente che scorre attraverso il sistema di scarica che è collegato all'anodo e al catodo. Questa corrente è proporzionale alla concentrazione di cloro libero.
La corrente viene elaborata nel trasmettitore e visualizzata come concentrazione in mg/l. Quando si misura il cloro libero, è necessario determinare anche il valore del pH per compensare la dissociazione del cloro libero dipendente dal pH. Se la compensazione del pH del trasmettitore è attivata, il valore del pH viene incluso secondo la curva preimpostata e il trasmettitore visualizza i valori misurati reali.
Il principio di misura amperometrico consente una misura continua della concentrazione di cloro e ha bassi requisiti di manutenzione. Il cloro libero residuo è necessario per neutralizzare i potenziali contaminanti durante la distribuzione e garantire una disinfezione efficace. Il monitoraggio del cloro aiuta a ottimizzarne il dosaggio, anche della clorazione marginale e della superclorazione/declorazione, e riduce i costi operativi.
In molte applicazioni - disinfezione delle acque reflue, disinfezione dell'acqua potabile, desalinizzazione dell'acqua di mare, centrali elettriche, disinfezione di alimenti confezionati o lattine/bottiglie multiuso e piscine - la misura del cloro è essenziale per una disinfezione sicura dell'acqua. La misura del cloro residuo totale è importante nel trattamento delle acque reflue comunali per garantire la sicurezza dello scarico nei corpi idrici naturali.
Che cosa è il cloro?
Il cloro è un elemento chimico con simbolo Cl e numero atomico 17. A temperatura ambiente, esiste come gas giallo-verde e, nella tavola periodica, appartiene al gruppo degli alogeni. Per la sua posizione nella tavola periodica, il cloro è altamente reattivo e si trova comunemente in natura tra i composti ionici. È abbondantemente presente nella crosta terrestre e nell’acqua di mare, spesso sotto forma di salamoia. A livello commerciale, la maggior parte del cloro elementare viene prodotto dalla salamoia attraverso processi come l'elettrolisi che lo rendono facilmente disponibile per varie applicazioni industriali e di disinfezione.
Tipi di cloro nell'acqua
Nel trattamento dell'acqua, il cloro può essere presente in tre forme: cloro libero, cloro combinato e cloro totale. Il cloro libero si riferisce al cloro disponibile per disinfettare attivamente e uccidere agenti patogeni nocivi come batteri e virus. Il cloro combinato, d'altra parte, si forma quando il cloro libero reagisce con la materia organica o l'ammoniaca nell'acqua, dando origine a composti meno efficaci come disinfettanti. Il cloro totale è la somma del cloro libero e del cloro combinato. Comprendere queste differenze è fondamentale per un trattamento efficace dell'acqua e per garantire la sicurezza e la qualità delle forniture idriche.
Misura della concentrazione di cloro
Misurare accuratamente la concentrazione di cloro è indispensabile per garantire l'efficacia dei processi di trattamento e disinfezione dell'acqua. Una tecnica ampiamente utilizzata è il metodo DPD che prevede l'aggiunta di un reagente al campione d'acqua e l'osservazione del conseguente cambio di colore. Questo metodo può misurare il cloro libero, il cloro combinato, il biossido di cloro e il cloro totale. Altre tecniche includono l'uso di strisce reattive che rappresentano un modo semplice e veloce per misurare i livelli di cloro, anche se potrebbero non essere altrettanto precise. In varie applicazioni vengono comunemente utilizzati anche i colorimetri - che misurano la quantità di luce colorata assorbita da un campione - e i sensori amperometrici/analizzatori in linea - che forniscono misure continue in tempo reale.
