Cloruro di ferro(III) al 40% o policloruro di alluminio (PAC)? Un confronto pratico per la scelta del coagulante
Di فريق Egy Chem Hub
Molti operatori di impianti di trattamento delle acque e ingegneri addetti agli acquisti si chiedono: dovremmo usare cloruro di ferro(III) cloruro di ferro(III) o il policloruro di alluminio (PAC o PACl)? Entrambi sono tra i coagulanti inorganici più comunemente utilizzati e ognuno ha i propri punti di forza. Non esiste un unico coagulante "migliore" per tutte le acque, ma comprenderne le differenze aiuta a restringere le opzioni prima di effettuare i test e garantisce specifiche di acquisto accurate.
Che cos'è il policloruro di alluminio (PAC)?
Il policloruro di alluminio non è un semplice sale come l'allume, bensì un cloruro di alluminio parzialmente pre-idrolizzato. Ciò significa che alcuni degli ioni cloruro vengono sostituiti da gruppi idrossilici durante il processo di produzione, dando origine a composti di alluminio polinucleari. La sua formula generale è Aln(OH)mCl(3n-m).
La basicità è la caratteristica più importante che distingue i gradi di PAC. Esprime il rapporto tra gruppi idrossilici e alluminio e si calcola come segue: Basicità (%) = (OH/Al) ÷ 3 × 100. Maggiore è la basicità, maggiore è la proporzione di specie polimeriche nel prodotto.
Cosa significa "PAC 18%"? È un nome commerciale comune per una soluzione liquida di PAC. I foglietti illustrativi dei produttori indicano che il suo contenuto di ossido di alluminio (Al2O3) è di circa il 17%, con un intervallo che va dal 16,5% al 18% circa a seconda del produttore, ovvero circa il 9% di alluminio. La sua alcalinità è in genere compresa tra il 35% e il 45%. Sono disponibili anche soluzioni meno concentrate e gradi solidi (in polvere) con un contenuto di Al2O3 più elevato. Pertanto, è sempre consigliabile richiedere la percentuale di Al2O3 e l'alcalinità sul certificato di analisi e non affidarsi esclusivamente al nome commerciale.
Specifiche standard: In Europa, la specifica EN 17034:2018 riguarda il policloruro di alluminio utilizzato nel trattamento dell'acqua potabile e ha sostituito la precedente specifica EN 883. Per quanto riguarda cloruro di ferro(III) esso è disciplinato dalla specifica EN 888, la cui ultima versione è stata pubblicata nel 2023.
Che dire di una soluzione cloruro di ferro(III) con una concentrazione del 40%?
La formula FeCl3 si riferisce al composto anidro. Il prodotto utilizzato nelle stazioni è una soluzione acquosa di colore bruno-rossastro, altamente acida. Ad esempio, la scheda tecnica della soluzione cloruro di ferro(III) al 40% di Egy Chem Hub indica un contenuto di ferro del 13-14% e una densità relativa di 1,42 a 20 °C, pari a circa 568 g di cloruro di ferro(III) per litro.
Quando aggiunto all'acqua, il sale di ferro si decompone e forma idrossido di ferro(III) insolubile. Questo precipitato neutralizza le cariche delle particelle in sospensione e le intrappola in un fiocco. Quasi la stessa cosa accade con l'alluminio nel PAC. La differenza è che parte di questa decomposizione nel PAC è già avvenuta nell'impianto, il che spiega la maggior parte delle differenze che seguono.
Differenze principali nella tabella
| Standard | Soluzione cloruro di ferro(III) al 40% | Cloruro di polialluminio (PAC 18%) |
|---|---|---|
| Minerale attivo | Ferro | Alluminio (circa il 17% come Al2O3) |
| Intervallo di pH | Molto largo, da circa 4-5 a 11 | Più stretto del ferro e più largo dell'allume. |
| Consumo alcalino | Elevato (circa 0,92 mg/L come CaCO3 per 1 mg/L di FeCl3) | Basso, e inferiore a quello dell'allume perché pretrattato. |
| Acqua fredda | Testato alla temperatura stagionale più bassa | Meno sensibile al freddo rispetto all'allume. |
| Precipitazione dei solfuri e controllo degli odori | Sì, forma solfuro di ferro insolubile. | Non è una delle sue funzioni note |
| Rimozione del fosforo | SÌ | SÌ |
| Metalli residui nell'acqua potabile | Ferro: il limite di riferimento è estetico (colore e sapore), non salutare. | Alluminio: monitorato secondo i livelli operativi raccomandati dall'OMS |
| Erosione | Altamente corrosivo per la maggior parte dei metalli. | È corrosivo per la maggior parte dei materiali e richiede l'utilizzo di materiali resistenti agli acidi e ai cloruri. |
PH e alcalinità
Qui emerge la prima differenza pratica. cloruro di ferro(III) agisce in un intervallo di pH molto più ampio rispetto ai coagulanti a base di alluminio. Questo rappresenta un reale vantaggio in presenza di acque con pH variabile e nelle acque reflue industriali che possono arrivare all'impianto con pH acido o alcalino.
Al contrario, cloruro di ferro(III) consuma più alcalinità dell'acqua rispetto all'allume. Il PAC ne consuma meno dell'allume perché parte dell'acidità viene neutralizzata durante la produzione. Di conseguenza, il PAC abbassa il pH in misura minore e spesso richiede meno calce o soda per la correzione.
Che cosa significa questo per l'acquirente? In acque a bassa alcalinità, il PAC può far risparmiare sul costo dell'agente regolatore. Tuttavia, in acque sufficientemente alcaline, o dove è già necessaria la riduzione del pH, l'effetto di questa differenza diminuisce e diventa evidente l'ampio spettro d'azione cloruro di ferro(III).
Acqua calda e fredda
Diversi studi concordano sul fatto che il PAC sia meno influenzato dalle variazioni di temperatura rispetto all'allume. In esperimenti condotti su acque di fiume e di lago a circa 5-12 °C, i fiocchi di PAC hanno mantenuto le loro dimensioni e la loro capacità di sedimentazione, e la quantità di alluminio residuo è risultata inferiore a quella dell'allume. Ciò è attribuito alla presenza di specie polimeriche preformate nel PAC.
Tuttavia, un confronto diretto tra cloruro di ferro(III) e PAC in acqua fredda non ha prodotto risultati coerenti nella letteratura che abbiamo esaminato. Pertanto, raccomandiamo di condurre il test comparativo alla temperatura minima prevista dell'acqua grezza durante l'anno, e non solo durante l'estate.
Flocculazione, sedimentazione e fanghi
Le scaglie di ferro sono in genere grandi e si depositano rapidamente, il che è vantaggioso nelle vasche di sedimentazione convenzionali. Il PAC, d'altra parte, forma scaglie relativamente coese e spesso richiede una dose inferiore di allume per ottenere lo stesso risultato.
In entrambi i casi, il fango è un idrossido minerale aggiunto ai fanghi dell'impianto. La sua quantità e capacità di disidratazione dipendono dal dosaggio e dal tipo di acqua, pertanto viene misurata sugli stessi campioni di prova anziché basarsi su una regola generale.
Metalli residui nell'acqua potabile
Nell'acqua potabile, ogni coagulante lascia una traccia del suo minerale se il processo non è controllato:
- Alluminio: L'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) non stabilisce linee guida sanitarie per l'alluminio, ma specifica livelli pratici raggiungibili controllando la coagulazione: 0,1 mg/L o meno negli impianti di grandi dimensioni e 0,2 mg/L o meno negli impianti di piccole dimensioni. Gli studi indicano che il carbone attivo in polvere (PAC) lascia meno alluminio residuo rispetto all'allume.
- Ferro: non esiste un valore guida per la salute, e il valore di riferimento comunemente utilizzato di 0,3 mg/L è un valore estetico legato al gusto e alla colorazione della biancheria e degli articoli sanitari.
In altre parole, cloruro di ferro(III) non aggiunge alluminio all'acqua trattata, un aspetto da considerare per alcuni operatori. In entrambi i casi, il controllo preciso del dosaggio, la regolazione del pH e la filtrazione rimangono fondamentali per mantenere bassi i livelli di metalli residui.
Aree in cui cloruro di ferro(III) eccelle nel trattamento delle acque reflue
Qui emerge il valore aggiunto più evidente del cloruro di ferro(III); non agisce solo come coagulante:
- Controllo dei solfuri e degli odori: i sali di ferro precipitano i solfuri solubili trasformandoli in solfuro di ferro insolubile. Pertanto, vengono utilizzati nei sistemi di drenaggio, nelle condotte di pompaggio e negli impianti di trattamento per ridurre le emissioni di acido solfidrico (H2S) e gli odori. Sono inoltre impiegati per ridurre l'H2S nel biogas prodotto dai digestori anaerobici dei fanghi. Questa proprietà è specifica del ferro e i coagulanti a base di alluminio non sono menzionati tra i precipitanti di solfuri nella letteratura da noi esaminata.
- Rimozione del fosforo: sia i sali di ferro che quelli di alluminio vengono utilizzati nella rimozione chimica del fosforo; si tratta di un campo di ricerca condiviso. Abbiamo trattato questo argomento in dettaglio in un precedente articolo sulla rimozione del fosforo mediante cloruro di ferro(III).
- Separazione dell'olio: la scheda tecnica del prodotto Egy Chem Hub menziona il suo utilizzo nella rimozione dell'olio negli impianti di flottazione ad aria disciolta (DAF) nelle raffinerie e nei sistemi di iniezione d'acqua nei giacimenti petroliferi.
Negli impianti che presentano odori sgradevoli o che necessitano di una riduzione del fosforo, cloruro di ferro(III) può svolgere molteplici funzioni con un'unica sostanza. Tuttavia, va notato che un dosaggio maggiore aumenta il volume dei fanghi e la sostanza consuma alcali.
Corrosione, manipolazione e stoccaggio
Entrambi i prodotti sono acidi e corrosivi, ed è errato presumere che uno dei due sia "sicuro" da maneggiare:
- Una soluzione cloruro di ferro(III) al 40% è altamente corrosiva per la maggior parte dei metalli, ha un pH inferiore a 1 ed è classificata nella scheda di sicurezza (SDS) del nostro prodotto con le sigle H290, H302, H314 e H318. Viene utilizzata in serbatoi e tubazioni in fibra di vetro (FRP), polietilene, polipropilene, PVC o acciaio rivestito in gomma.
- Il PAC è corrosivo per la maggior parte dei materiali e richiede l'utilizzo di materiali resistenti agli acidi e ai cloruri, come le plastiche rinforzate con fibra di vetro, l'acciaio rivestito in gomma e il PVC, evitando al contempo connessioni in ottone e acciaio dolce. Le soluzioni PAC presentano una stabilità limitata durante lo stoccaggio a lungo termine, soprattutto quelle ad alta alcalinità.
Nota pratica: se l'impianto è attrezzato per un prodotto, il passaggio a un altro richiede la verifica dei serbatoi, delle pompe, delle linee di iniezione e del punto di aggiunta. Le norme per lo stoccaggio e la manipolazione cloruro di ferro(III) sono trattate in un articolo separato.
Quando la scelta propende per l'uno o per l'altro?
La scelta tende a ricadere su PAC più spesso quando:
- L'alcalinità dell'acqua grezza è bassa e il pH non dovrebbe essere abbassato eccessivamente.
- L'acqua è fredda per la maggior parte dell'anno e l'allume ne ha risentito.
- La stazione è originariamente attrezzata per coagulanti a base di alluminio.
Tende ad essere cloruro di ferro(III) spesso quando:
- Il pH dell'acqua grezza fluttua o esce dall'intervallo di funzionamento dei coagulanti a base di alluminio.
- Oltre alla coagulazione, è necessario controllare i solfuri e gli odori o ridurre l'H2S nel biogas.
- È preferibile che il coagulante non aggiunga alluminio all'acqua trattata.
- L'acqua deve essere sufficientemente alcalina e sono disponibili materiali di manipolazione resistenti alla corrosione.
Il test del barattolo è il fattore decisivo
Le regole precedenti stabiliscono le priorità, ma non determinano la decisione finale. La risposta definitiva risiede nel test di flocculazione (Jar Test) su acqua reale, che confronta i due prodotti su un'unica base. Il dosaggio di PAC è in genere indicato come un prodotto con una specifica concentrazione di Al2O3, mentre il dosaggio di ferro può essere indicato come soluzione, anidro o ferro puro. Il test valuta: torbidità residua, pH e alcalinità dopo la coagulazione, volume dei fanghi, metallo residuo e costo totale per metro cubo di materiale trattato, non solo il prezzo per tonnellata.
Soluzione al 40% cloruro di ferro(III) di Egy Chem Hub
Egy Chem Hub offre cloruro di ferro(III) al 40% (soluzione di cloruro ferrico al 40%, nome commerciale ECH-FR4014), prodotto in Egitto. Secondo la scheda tecnica: concentrazione fino al 40% (±2%) in peso, ferro 13-14%, ferro ferroso (Fe2+) massimo 1% e acidità libera massima 1%. Può essere iniettato non diluito o dopo diluizione, con la dose ottimale determinata tramite il test di flocculazione.
Questo prodotto è fabbricato in uno stabilimento certificato NSF International secondo la norma NSF/ANSI/CAN 60 (materiali per il trattamento dell'acqua potabile), per applicazioni di coagulazione e flocculazione, con un tasso di applicazione massimo di 100 mg/L. È confezionato in fusti in HDPE da 280 kg e serbatoi IBC da 1.400 kg ed è disponibile sfuso. Le schede tecniche (TDS) e le schede di sicurezza (SDS) sono disponibili su richiesta. Si prega di notare che Egy Chem Hub non fornisce policloruro di alluminio; questo confronto è fornito per aiutarvi a fare la scelta giusta.
Per richiedere un preventivo o le specifiche tecniche, contatta il team di Egy Chem Hub e allega l'analisi dell'acqua e la relativa applicazione.
Domande frequenti
Che cosa significa “PAC 18%”?
Si tratta di un nome commerciale per una soluzione liquida di policloruro di alluminio, con un contenuto di ossido di alluminio (Al2O3) pari a circa il 17%, variabile dal 16,5% al 18% a seconda del produttore. Verificare sempre la percentuale di Al2O3 e l'alcalinità nel certificato di analisi.
È possibile sostituire direttamente il PAC con cloruro di ferro(III) allo stesso dosaggio?
No. Il metallo è diverso, la concentrazione è diversa e il consumo di alcali è diverso. Pertanto, il nuovo dosaggio viene determinato mediante prove di laboratorio e i materiali del serbatoio e delle linee di iniezione vengono controllati prima della conversione.
Quale è più adatta come acqua potabile?
Entrambi sono utilizzati nell'acqua potabile secondo le rispettive norme europee (EN 888 per cloruro di ferro(III) e EN 17034 per il PAC). Il PAC è utilizzato in acqua fredda a bassa alcalinità, mentre cloruro di ferro(III) è utilizzato in acqua con pH variabile e dove è preferibile non aggiungere alluminio all'acqua. La decisione finale spetta al test di flocculazione (jar test).
Perché cloruro di ferro(III) è preferito negli impianti di trattamento delle acque reflue maleodoranti?
Poiché il ferro precipita il solfuro solubile sotto forma di solfuro di ferro insolubile, riduce l'emissione di acido solfidrico e allo stesso tempo contribuisce alla coagulazione e alla rimozione del fosforo.
