Il controllo del pH di piscina con biossido di carbonio (CO2) – Progettazione costruzione e manutenzione piscine, legislazione, corsi e informazioni

Il controllo del pH di piscina con biossido di carbonio (CO2)

 

 L’uso di questo gas per il controllo del pH nelle piscine è pressoché sconosciuto in Italia, mentre è già ampiamente utilizzato negli Stati Uniti, dove sovente sostituisce l’uso dei comuni acidi impiegati per abbassare il valore del pH entro il range ottimale di 7,2-7,4.

Il biossido di carbonio (CO2) è un gas insapore, incolore, inodore e non infiammabile. Disciolto in acqua forma l’acido carbonico (H2CO3), un acido “debole” che ne abbassa il pH. Ha un’azione batteriostatica, essendo in grado di inibire la crescita di un’ampia gamma di batteri aerobi e di muffe. Nella sua forma solida, è noto come ghiaccio secco.

Come è noto, l’ipoclorito di sodio e di calcio (gli ossidanti comunemente utilizzati nelle piscine pubbliche e private) tendono ad innalzare il pH dell’acqua e ciò comporta la riduzione di efficacia dei medesimi per la nota dissociazione dell’acido ipocloroso HClO > H+ e ClO- , cosa che rende necessario monitorare costantemente e correggere il valore di pH per riportarlo nel range ottimale di 7.2 – 7.4.

Vale la pena ricordare che un innalzamento del pH di mezzo punto richiede il doppio di ossidanti necessari per mantenere il livello corretto di cloro in vasca, ed anche gli antialghe sono più efficaci a valori di pH vicini alla neutralità.

 

Riduttori di pH utilizzati

Bisolfato di sodio, acido solforico e acido cloridrico sono le sostanze chimiche più spesso utilizzate. Tuttavia, l’anidride carbonica è un’alternativa interessante da considerare nelle piscine (tranne dove l’acqua di immissione è alta in alcalinità  o durezza calcica). L’ alcalinità di una soluzione è definita come la capacità che hanno gli elettroliti disciolti di reagire con gli acidi, neutralizzandoli o formando con essi una soluzione tampone: l’alcalinità può essere dovuta alla presenza di basi forti o deboli, ma anche alla presenza di sali che danno idrolisi basica, come i sali derivanti da acido debole e base forte.

Il valore dell’alcalinità si corregge, sostanzialmente, introducendo acido in acqua: all’inizio non si noteranno riduzioni del pH, oppure queste riduzioni saranno di breve durata, tuttavia, continuando ad introdurre acido, ad un certo punto la situazione si stabilizzerà ed il pH comincerà a scendere in modo direttamente proporzionale alla quantità di acido introdotta. Questo fenomeno è ben noto ai gestori delle piscine, che spesso ad inizio stagione vedono un consumo molto elevato di riduttore di pH, consumo che poi si stabilizza.

Un’alternativa utilizzabile, con acque con alcalinità bassa, è proprio la riduzione del pH tramite introduzione in acqua di anidride carbonica, trattamento già espressamente previsto dalla Legge Regionale Toscana sulle piscine. Questa sostanza consente di aumentare la concentrazione di carbonati riducendo l’effetto indesiderato di grosse variazioni di pH con l’aggiunta di quantità minime di sostanza (CO2), effetto difficile da controllare tramite l’utilizzo di acidi.

Una volta stabilizzato il valore dell’alcalinità, se non intervengono fenomeno nuovi, la situazione rimarrà costante al mantenimento di un corretto valore di pH. Si vedano le sottostanti formule relative all’effetto tampone dell’acido carbonico (H2CO3) in acqua.

 

Effetto tampone dell’anidride carbonica in acqua – a cura di ing. Patric Peduzzi

 

Una proprietà della dissociazione in fase liquida del carbonato acido è quella di formare una soluzione tampone, una soluzione che varia solo leggermente il pH in fase di aggiunta di un acido forte. La soluzione tampone è una soluzione stabile dal punto di vista dell’acidità. Infatti, se in soluzione sono presenti anioni carbonato, in caso di aggiunta di una acido forte avviene la seguente reazione:

 

L’acido carbonico è un acido debole che si dissocia secondo la reazione :

 

La reazione ha una costante acida molto debole :

 

E’ quindi possibile considerare che il carbonato acido non si dissocia per formare l’anione carbonato.

Ne consegue che se la dissociazione del carbonato acido è molto limitata, è trascurabile anche la formazione di ioni H3O+ ( protoni ) che determinano l’acidità. La soluzione varia solo leggermente la propria acidità.

Questa proprietà consente alla soluzione di mantenere un’ottima stabilità di pH.

Esempio:

Ipotizziamo di avere una 0,01 M ( molare ) di CO32- e aggiungiamo 0,5 g di NaHSO4 per litro di soluzione.

Prima dell’aggiunta del bisolfato di sodio la reazione in soluzione è :

 

La costante basica di reazione è :

 

Da calcoli x = 1,348 *10-3 per cui :

pOH = 2,87 il pH della soluzione prima di aggiungere NaHSO4 è pH = 11,13

All’aggiunta del NaHSO4 avviene la seguente reazione :

 

Le specie chimiche presenti in soluzione sono :

 

I solfati sono una base debole visto che derivano da un acido forte, l’unica reazione che bilancia il pH è :

 

Ammesso che tutto il bisolfato reagisce con il carbonato, la concentrazione delle specie in soluzione è :

 

Per cui la reazione di bilanciamento è :

 

 

 

X = 2,64*10-4

 

Da cui pOH = 3,58 e pH = 10,42 .

 

Il pH è diminuito poco rispetto all’acidità che 0,5 g/l di NaHSO4 potrebbe dare in presenza di soluzione neutra.

 

L’anidride carbonica, come dicevamo, è ancora raramente utilizzata come riduttore di pH nelle piscine, tuttavia offre interessanti vantaggi:

  • Il suo uso, in sostituzione del comune acido cloridrico, evita la possibilità di miscelazione accidentale del disinfettante con tale acido forte, che forma una nube di gas di cloro altamente tossica

  • Nessuno stoccaggio di pericolosi acidi

  • Minore manutenzione (è un sistema di dosaggio che non prevede pompe dosatrici ma un sistema di iniezione/miscelazione statico)

  • Facile da gestire (richiede solo la sostituzione periodica della bombola di CO2)

  • Aumenta la stabilità del pH

  • Crea un effetto tampone

  • Nessuna sostanza nociva (acidi) in acqua

  • Non v’è alcun inquinamento secondario introdotto nell’acqua da sali come cloruri (da acido cloridrico) o solfati (da (bisolfato di sodio).

  • L’aggiunta di CO2 non contribuirà ad un aumento dei TDS dell’acqua della piscina, riducendo così la quantità di acqua di reintegro

  • Nessun rischio di eccessiva acidificazione

 

Studio comparativo tra uso di acido cloridrico (HCl) e anidride carbonica (CO2)

Questo lavoro presenta l’esperienza di utilizzo di CO2 come riduttore di pH in tre piscine eseguito dall’ Università di Barcellona UAB e mostrano tre ulteriori vantaggi: minor consumo di cloro, minore presenza di ossidanti in aria sopra la piscina e una formazione diminuita di trialometani (THM) in acqua. Gli studi sono durati quattro anni e sono stati eseguiti in tre piscine nella zona di Barcellona, dove il sistema convenzionale basata su HCl e un sistema basato su CO2 sono stati alternativamente scambiati.1

 

1 Chemosphere.2010 Jun;80(4):428-32. doi: 10.1016/j.chemosphere.2010.04.064. Epub 2010 May 26. Benefits of carbon dioxide as pH reducer in chlorinated indoor swimming pools.

 

Acque carboniche terapeutiche

L’anidride carbonica libera (CO2) è presente in alcune acque minerali in quantità tale da determinare di per sè, a prescindere da altri elementi, effetti biologici e terapeutici ed è pertanto giustificata una classificazione a parte di tali acque.

Premesso che queste acque sono per la maggior parte bicarbonate, nelle acque carboniche l’elevato contenuto in CO2 è determinato in prima istanza da variazioni del pH verso l’acidità.

Azioni biologiche

Le acque ricche in CO2 o contenenti tale gas in quantità farmacologicamente attiva sono prevalentemente utilizzate, in Italia, con metodiche di balneoterapia ed idropinoterapia, mentre in altri Paesi (Francia e Germania) il loro utilizzo, e la ricerca, sono notevolmente più estesi ed ampi. La balneoterapia in acqua carbonica (balneoterapia carbogassosa) non è solo una metodica di applicazione, ma possiede particolarità che necessitano di un’analisi più approfondita.

Il bagno carbogassoso esercita azioni specifiche locali e generali su diversi apparati, tra i quali prevalentemente il cardiocircolatorio ed il respiratorio.

E’ necessario, inoltre, tenere conto dell’effetto specifico di vasodilatazione indotto dalla CO2.
La CO
2, soprattutto la quota inalata, agisce a livello cardiaco con effetto bradicardizzante e determinando un aumento di tono e contrattilità, forse per azione specifica del gas sul nodo del seno. Il conseguente aumento del tempo di diastole determina in via indiretta condizioni di migliore irrorazione coronarica.
Ricordiamo che una massiva inalazione di CO
2 determina un effetto prevalentemente ipertensivo, a prescindere dalla temperatura del bagno.

Sul circolo la balneoterapia carbogassosa determina azioni centrali e periferiche: prevalentemente ipertensive a livello centrale ed ipotensive a livello periferico e del letto capillare.
A quest’ultimo livello è documentata un’iperemia attiva locale con aumento della velocità di circolo che si instaura in brevissimo tempo durante il bagno tanto da evidenziare una netta linea di demarcazione tra parti immerse e non (arrossamento e calore).

Le maggiori azioni o, per meglio dire, le azioni più sfruttate della balneoterapia carbogassosa sono quelle svolte a livello del microcircolo e del distretto venoso. A questi livelli si verificano notevoli attivazioni circolatorie soprattutto per diminuzione delle resistenze periferiche. Sul microcircolo sono dimostrati effetti di vasodilatazione, aumento di ampiezza del lume arteriolare ed aumento della vascolarizzazione per apertura di nuovi letti capillari con conseguenze dirette sul metabolismo tessutale.

Le acque carboniche possono indurre un aumento della diuresi. Tale effetto è maggiormente evidente per acque oligominerali o minimamente mineralizzate ma la stessa CO2, a causa della vasodilatazione indotta sulle mucose dello stomaco e del conseguente rapido assorbimento, determina un effetto marcatamente e propriamente diuretico. Anche in seguito a balneoterapia si osserva un cospicuo aumento della diuresi con una notevole eliminazione di cloruri da attribuire in parte alle azioni specifiche della CO2 sul rene (vasodilatazione) e sul cuore.

Come accade per tutte le tipologie acquifere dotate di proprietà benefiche per l’organismo umano, anche le acque carboniche vengono impiegate all’interno dei centri benessere e termali in chiave terapeutica, con particolare riferimento alle cure idroponiche e alla balneoterapia, dove il ricorso a particolari bagni carbogassosi consente all’epidermide e alla vie aeree un assorbimento e un’inalazione costante, in grado di produrre sensibili miglioramenti all’apparato cardiovascolare.

I benefici dei bagni carbogassosi si differenziano a seconda della temperatura dell’acqua e delle caratteristiche della persona che si sottopone a questo tipo di terapia: la presenza di un’elevata temperatura dell’acqua consente infatti una maggior inalazione finalizzata all’incremento del tono miocardico, mentre temperature più contenute si rivelano funzionali alla depurazione delle vie aeree, svolgendo una minor azione lenitiva a livello cardiaco. In entrambi i casi, i bagni carbogassosi risultano tuttavia efficaci nel migliorare le naturali funzionalità del complesso venoso e arterioso e nella lotta al ristagno cellulare che produce la cellulite. I bagni carbogassosi possiedono inoltre appurate proprietà in grado di contrastare dispepsia, gonfiore di stomaco, nausea e senso di affaticamento dovuto a difficoltà digestive.2

 

2 Benessere.com

 

Per approfondire leggi gli altri articoli:

 

http://www.professioneacqua.it/il-trattamento-dell-acqua-di-piscina/il-corretto-ph-dell-acqua-di-piscina.html

http://www.professioneacqua.it/il-trattamento-dell-acqua-di-piscina/l-equilibrio-chimico-dell-acqua-di-piscina.html