Il cloro residuo (principalmente acido ipocloroso HOCl e ipoclorito OCl⁻) ha un forte effetto ossidante e distruttivo sulle resine a scambio ionico. Questa distruzione è un processo di degradazione chimica che accorcia notevolmente la durata della resina e ne riduce la capacità di scambio.
Il nucleo della resina a scambio ionico è la sua struttura polimerica reticolata-. Il cloro residuo, essendo un forte ossidante, attacca la struttura dell'anello benzenico, distruggendone l'aromaticità. Più seriamente, ossida e rompe i legami carbonio-carbonio che collegano le catene polimeriche e i legami a ponte dell'agente reticolante, il divinilbenzene.
Per i gruppi funzionali come i gruppi dell'acido solfonico, la degradazione ossidativa della struttura portante da parte del cloro residuo indebolisce i punti di attacco dei gruppi dell'acido solfonico, portando infine al distacco dei gruppi dell'acido solfonico e alla perdita di capacità di scambio.
L'ossidazione della resina da parte del cloro residuo provoca una diminuzione permanente della capacità di scambio. I gruppi funzionali danneggiati non possono essere rigenerati, con conseguente ridotta capacità di trattamento della resina; cicli operativi più brevi richiedono rigenerazioni più frequenti, aumentando i costi operativi (rigenerante, consumo di acqua, tempo); e rottura della resina, poiché la degradazione ossidativa della struttura portante porta a una diminuzione della resistenza della resina, rendendola fragile e fragile. I detriti aumentano la caduta di pressione del sistema, intasano i distributori d'acqua e contaminano l'effluente; la materia organica si dissolve e i prodotti di degradazione (come acidi organici e ammine a basso peso molecolare) fuoriescono dalla resina, inquinando l'acqua trattata.
Come rimuovere il cloro residuo?
I metodi per rimuovere il cloro residuo devono essere efficienti, affidabili ed economicamente fattibili. I metodi principali sono i seguenti:
1. Adsorbimento di carbone attivo
Un letto di carbone attivo-ben progettato (il tempo di contatto EBCT con il letto vuoto è in genere di 5-15 minuti) può ridurre il cloro residuo in ingresso da 1-2 mg/l a < 0,01 mg/l.
La capacità di assorbimento del carbone attivo per il cloro residuo è generalmente compresa tra 0,1 e 1,0 gCl₂/g di carbone attivo, a seconda del tipo di carbone, della qualità dell'acqua e delle condizioni operative. Ciò significa che un chilogrammo di carbone attivo può trattare da centinaia a migliaia di litri di acqua clorata (sulla base di una concentrazione di cloro residuo di 1 mg/l).
Il carbone attivo possiede un'ampia area superficiale specifica (tipicamente 800-1500 m²/g) e una struttura microporosa ben sviluppata, che gli consente di rimuovere in modo efficiente il cloro residuo attraverso l'adsorbimento fisico e la riduzione chimica (i siti riducenti sulla superficie del carbone attivo riducono HOCl/OCl⁻ a Cl⁻).
Advantages: High removal efficiency (typically >99%), in grado di rimuovere contemporaneamente materia organica, odori, colore e altri inquinanti dall'acqua. Funzionamento semplice e manutenzione relativamente conveniente (controlavaggio regolare, sostituzione dopo la saturazione).
2. Dosaggio dell'agente riducente chimico:
Teoricamente, la rimozione di 1 mg/L di cloro residuo (Cl₂) richiede circa 1,46 mg/L di NaHSO₃ (o circa 1,34 mg/L di SO₂). Nelle applicazioni pratiche, considerando le reazioni incomplete e garantendo un margine di sicurezza, il rapporto di dosaggio è tipicamente compreso tra 1,8:1 e 3:1 (mg NaHSO₃: mgCl₂).
Sono necessari un preciso monitoraggio online del cloro residuo e pompe dosatrici per il controllo a circuito chiuso- per garantire né il sottodosaggio (che danneggia la resina) né il sovradosaggio (che spreca reagenti e può introdurre ioni aggiuntivi come SO₄²⁻).
Vantaggi: reazione estremamente rapida (secondi), controllo preciso del dosaggio, ingombro ridotto, adatto per gestire grandi portate o situazioni con grandi fluttuazioni nella concentrazione di cloro residuo.
3. Irradiazione ultravioletta (UV) (usata meno comunemente): lunghezze d'onda specifiche della luce UV (principalmente 254 nm) possono fotolizzare il cloro residuo. Tuttavia, la sua efficienza è relativamente bassa (richiede dosaggi più elevati), il costo è elevato e presenta requisiti relativi alla torbidità dell'acqua e alla trasmissione della luce. Generalmente non viene utilizzato come metodo tradizionale per la protezione della resina e la rimozione della clorazione, ma piuttosto per la disinfezione o come metodo ausiliario.