Come viene eseguito il test del barattolo (Jar Test) per determinare il dosaggio del cloruro di ferro (III) nel vostro impianto?

Dose di cloruro di ferro (III) (noto scientificamente come cloruro di ferro trivalente, Iron(III) Chloride o Ferric Chloride) adeguata al vostro impianto non può essere ricavata da una tabella; essa varia infatti in base alla torbidità, all'alcalinità, alla temperatura dell'acqua e alla natura degli inquinanti in essa presenti. Per questo motivo, la scheda tecnica della soluzione di cloruro di ferro (III) al 40% precisa che la dose ottimale va determinata tramite il test del barattolo (Jar Test) sull’acqua da trattare. Questo articolo spiega come si esegue il test nella pratica, cosa viene misurato, come si interpretano i risultati e a cosa prestare attenzione quando si applicano i risultati all’impianto.

Per un confronto tra il cloruro di ferro (III) e l’alun, consulta il nostro articolo dedicato a questo argomento; per le caratteristiche del prodotto, consulta il nostro precedente articolo sulla soluzione di cloruro di ferro (III) al 40%.

A cosa serve il test della giara?

Il test su piccoli campioni simula il ciclo di trattamento effettivo: miscelazione rapida, seguita da miscelazione lenta per la formazione del fiocco, quindi sedimentazione per gravità. A ogni campione viene somministrata una dose diversa e i risultati vengono confrontati. La norma ASTM D2035-19 («Pratica standard per la prova di flocculazione e sedimentazione in acqua») una procedura generale a tal fine, consentendo di confrontare i flocculanti e i loro coadiuvanti sulla stessa acqua e nelle stesse condizioni, nonché di studiare l’effetto della concentrazione e dell’ordine di aggiunta. Anche la guida AWWA M37 (terza edizione, 2011) dedica un intero capitolo al test di coagulazione.

I dettagli variano a seconda delle fonti e degli impianti; pertanto, è opportuno definire una procedura standard per il proprio impianto e attenersi ad essa ogni volta, in modo da poter confrontare i risultati nel tempo.

Attrezzature e sicurezza

• Apparecchio di prova per provette (da quattro a sei provette) con pale sincronizzate e indicatore della velocità di rotazione, e provette da 1 a 2 litri. Alcune procedure preferiscono le provette quadrate poiché rispecchiano meglio il comportamento dell’impianto.
• Un becher da 1 litro, una bilancia di precisione, siringhe o pipette (una per ogni provetta) e un timer.
• Turbidimetro, pHmetro e termometro, strumenti di filtrazione e un metodo per misurare il ferro residuo.

Sicurezza: il prodotto è altamente acido (pH inferiore a 1 secondo la scheda di sicurezza). La scheda lo classifica come corrosivo per i metalli, nocivo se ingerito, irritante per la pelle e gravemente dannoso per gli occhi. Indossare guanti, occhiali e maschera protettivi, nonché indumenti protettivi, e consultare la scheda di sicurezza (SDS) prima di iniziare il lavoro. Poiché la soluzione può corrodere i metalli, sciacquare eventuali parti metalliche dell’apparecchio dopo l’uso.

Primo passo: preparazione della soluzione conservata

L’obiettivo è ottenere una soluzione diluita di cui sia facile misurare con precisione il volume. Il metodo più comune prevede una soluzione all’1% di concentrazione; ogni 1 ml di tale soluzione in un flacone da 1 litro corrisponde a una dose di 10 mg/l.

1. Pesare 10 g di prodotto in un recipiente di vetro o plastica. La pesatura è più precisa della misurazione del volume poiché la densità della soluzione varia leggermente (scheda tecnica: peso specifico 1,42 ± 0,02 a 20 °C).
2. Trasferirlo in un becher da 1 litro contenente una quantità di acqua deionizzata, quindi portare a volume con acqua fino al segno e mescolare.
3. Annotare la data di preparazione. Si raccomanda di preparare la soluzione diluita immediatamente prima del test; se si utilizza una soluzione vecchia, confrontarne il risultato con quello ottenuto con una soluzione fresca.

Importante: il metodo di preparazione della soluzione deve corrispondere al metodo di calcolo della dose; pertanto, indicare sempre la base di espressione della dose. Nelle fonti di riferimento le dosi sono talvolta espresse in termini di FeCl₃·6H₂O (come nel Manuale australiano sull’acqua potabile), talvolta in termini di ferro Fe (come nel materiale di laboratorio dell’Università di Delft). Secondo la scheda tecnica, la soluzione di cloruro di ferro (III) al 40% contiene FeCl₃ in concentrazione pari al 40% ± 2% in peso (la formula FeCl₃ si riferisce al composto anidro) e dal 13 al 14% di ferro. Pertanto, ogni 1 mg/l di prodotto equivale a circa 0,4 mg/l di FeCl₃ e a circa 0,13-0,14 mg/l di Fe.

Fase 2: scelta dell’intervallo di dosaggio

• Posizionare il dosaggio attuale dell’impianto (se presente) al centro della serie e impostare dosaggi inferiori e superiori attorno ad esso. La guida pratica della Commissione per la Qualità Ambientale del Texas (TCEQ) raccomanda che i dosaggi rientrino nell’intervallo previsto per l’utilizzo nell’impianto.
• Per acque nuove o un nuovo prodotto, iniziare con una serie esplorativa a passi distanziati, quindi eseguire una seconda serie più ristretta attorno al dosaggio ottimale.
• Utilizza uno dei campioni come controllo senza coagulante.
• Modifica una sola variabile per ogni ciclo: la dose o il pH, non entrambi contemporaneamente.

Il seguente esempio è puramente aritmetico e serve solo a illustrare la conversione, non rappresenta dosi raccomandate (soluzione conservata all’1% del prodotto, dosatore da 1 litro):

Se la concentrazione ottimale in questo ciclo è di 20 mg/l, il secondo ciclo può variare tra 14 e 26 mg/l con incrementi di 2 mg/l (da 1,4 a 2,6 ml).

Fase 3: Esecuzione

1. Prelevare un campione rappresentativo dell’acqua grezza prima di qualsiasi aggiunta chimica e misurarne la torbidità, il pH, l’alcalinità e la temperatura. La temperatura di prova deve essere simile a quella dell’impianto, poiché l’acqua fredda rallenta la reazione e aumenta la viscosità.
2. Riempire i recipienti con lo stesso volume e preparare le dosi in siringhe o pipette.
3. Avviare la miscelazione rapida e aggiungere le dosi contemporaneamente o in modo uniforme.
4. Passare alla miscelazione lenta e registrare il tempo di comparsa della prima flocculazione e la sua dimensione.
5. Interrompere la miscelazione e lasciare che i recipienti si stabilizzino senza agitarli.
6. Prelevare i campioni dalla stessa profondità in ogni recipiente (alcune procedure prevedono circa 2 cm sotto la superficie).

Non esiste un’unica impostazione per velocità e tempo; gli esempi pubblicati mostrano un’ampia variabilità:

Scegliere la configurazione in modo che riproduca il tempo di miscelazione e l’intensità del proprio impianto. Il riferimento TCEQ mette in relazione il tempo di miscelazione rapida con il volume della vasca di miscelazione e la portata d’acqua, mentre la velocità di rotazione è correlata al valore di accelerazione (G) di progetto. La relazione tra i giri al minuto e il valore di G dipende dalla forma del recipiente e della pala, pertanto non trasferire i valori dei giri da un riferimento all’altro senza averli prima calibrati.

Cosa misuriamo?

Riguardo al ferro residuo: può essere misurato con il metodo colorimetrico al fenantrolina (Standard Methods 3500-Fe B) o mediante spettrometria di emissione indotta di plasma (ICP-AES, metodo EPA 200.7), tenendo conto della distinzione tra ferro totale e ferro disciolto (quello disciolto viene misurato dopo la filtrazione). Per l’acqua potabile, l’Agenzia per la protezione dell’ambiente degli Stati Uniti (EPA) e il Manuale australiano sull’acqua potabile stabiliscono un limite di 0,3 mg/l per il ferro per motivi estetici (colore rugginoso, sapore metallico e macchie), non per motivi sanitari. Il limite vincolante è quello stabilito dall’ente regolatore del proprio Paese.

Lettura dei risultati

1. Tracciare un grafico della torbidità residua in funzione della dose e verificare il pH e il ferro residuo per le dosi filtrate.
2. Scegli la dose minima che consenta di raggiungere l’obiettivo di trattamento, non quella che garantisce l’acqua più limpida. In uno studio pubblicato sulle acque reflue di un allevamento avicolo, la dose ottimale è stata definita come la dose minima che garantisce una torbidità al di sotto di un determinato limite e la precipitazione dei sedimenti entro il tempo specificato; è emerso che dosi più elevate non miglioravano la torbidità.
3. Non basarsi esclusivamente sulla torbidità dell’acqua filtrata. Le linee guida della California la considerano un indicatore relativo che non deve necessariamente corrispondere all’impianto e si basano sulla filtrazione; e una tesi universitaria indica che dosi basse possono produrre un piccolo sedimento che non si deposita bene, ma che i filtri rimuovono efficacemente.
4. Se nessuna dosatura raggiunge l’obiettivo, spostare l’intervallo verso dosi più alte o più basse, oppure ricontrollare il pH e ripetere il test.
5. Se il pH scende al di sotto dell’intervallo richiesto alla dose selezionata, ripetere il test compensando con alcalinità. Il documento di riferimento della TCEQ avverte che è possibile aggiungere alcalinità se il coagulante è acido e l’alcalinità naturale dell’acqua è bassa.

Dal test alla stazione: avvertenze

• Il test in provetta è uno strumento di orientamento, non una replica dell’impianto. Il documento di riferimento del TCEQ sottolinea che non esiste una procedura unica che si adatti a tutti gli impianti, mentre le norme NPTEL stabiliscono che i risultati debbano essere confrontati con le prestazioni effettive del sistema e adeguati di conseguenza.

• Ripetere il test in caso di variazioni dell’acqua grezza (torbidità, temperatura, alcalinità), poiché la dose ottimale varia.

• Verificare nell’impianto modificando gradualmente il dosaggio e monitorando l’acqua di scarico e quella filtrata prima di adottare definitivamente il valore.

• Convertire il dosaggio in portata di alimentazione utilizzando lo stesso principio. Ogni 1 mg/l equivale a 1 g/m³, ovvero il dosaggio in termini di prodotto × portata (m³/ora) = grammi di prodotto all’ora. Esempio ipotetico: un dosaggio di 30 mg/l e una portata di 200 m³/ora danno 6 kg di prodotto all’ora, ovvero circa 4,2 l/ora con una densità compresa tra 1,42 e 1,43 g/cm³ (il peso specifico nella scheda tecnica è 1,42 ± 0,02, mentre la densità nella scheda di sicurezza è 1,43 g/cm³). Quindi calibrare effettivamente la pompa di dosaggio.

• Verifica il limite di utilizzo Se l'acqua è destinata al consumo: la scheda tecnica indica che il prodotto è fabbricato in uno stabilimento certificato da NSF International secondo la norma NSF/ANSI/CAN 60 per la coagulazione e la flocculazione, con un limite massimo di utilizzo di 100 mg/l calcolato sulla base di FeCl₃ (secondo i dati di Egy Chem Hub).

• Verificare i materiali di contatto poiché la soluzione è altamente acida e può corrodere i metalli.

Soluzione di cloruro ferrico (III) al 40% di Egy Chem Hub

Egy Chem Hub offre una soluzione di cloruro ferrico (III) al 40% (Ferric Chloride Solution 40%, nome commerciale ECH-FR4014), un liquido di colore marrone rossastro utilizzato per la coagulazione e la flocculazione dell’acqua potabile, dell’acqua di processo e delle acque reflue. La scheda tecnica indica che può essere iniettato sia concentrato che diluito e che il dosaggio ottimale va determinato mediante prove di dosaggio. È confezionato in fusti in HDPE da 280 kg e in contenitori IBC da 1.400 kg, è disponibile sfuso, ha una durata di conservazione di 12 mesi ed è di origine egiziana. Le schede tecniche (TDS) e di sicurezza (SDS) sono disponibili su richiesta.

Contatti

Per richiedere un preventivo o le specifiche tecniche della soluzione di cloruro di ferro (III) al 40%, contatta il team di Egy Chem Hub e allega i dati relativi alla tua acqua grezza e alla tua applicazione, così potremo aiutarti a scegliere il prodotto e il confezionamento più adatti.