L’elettrolisi del sale per il trattamento dell’acqua di piscina

Come vedremo, non c’è nulla di più sbagliato in questa convinzione, anche se l’elettrolisi del sale rappresenta sicuramente la novità più interessante e positiva nel tema del trattamento dell’acqua di piscina da molti anni a questa parte.

Ma non certo perché l’acqua non viene depurata con il cloro!

Prima la pratica
L’elettrolisi del sale è solamente un metodo che produce cloro “in situ”, senza cioè doverlo trasportare od introdurre nell’acqua in forma di composti che contengono al proprio interno altre sostanze non sempre utili e positive. E lo produce a partire proprio dal sale.

Il “sale” chimicamente altro non è che cloruro di sodio: NaCl. Un composto costituito da molecole formate ciascuna da atomo di cloro e uno di sodio. Scomposta, la molecola si scinde in due ioni, uno negativo e uno positivo: lo ione cloro, Cl- (negativo) , e lo ione sodio, Na+ (positivo).
Una volta separati, gli ioni sono per così dire liberi di fare quello che vogliono e di ricombinarsi come gli pare, a seconda delle situazioni ambientali quali la distanza dagli elettrodi, il livello di agitazione dell’acqua, il tempo nel quale restano separati, il pH della soluzione, e così via.

Possono quindi restare separati per sempre e formare cloro gas (Cl2) e soda caustica (idrossido di sodio NaOH): in questo caso la piscina verrà disinfettata tramite cloro gas; oppure possono ricombinarsi tra loro e formare ipoclorito di sodio (NaClO): in questo caso la piscina verrà disinfettata tramite ipoclorito.
Più probabilmente, si formeranno entrambi i composti in un equilibrio dinamico.

Comunque sia, la piscina verrà disinfettata con cloro gas e/o ipoclorito di sodio, prodotto questo ultimo ben diverso dalla soluzione a base di ipoclorito che si trova in commercio, poiché molto più puro.

La differenza rispetto ai metodi tradizionali è comunque enorme, poiché non c’è più la necessità di stoccaggio e di trasporto dei prodotti chimici, con tutti i problemi legati alla sicurezza, e soprattutto non inseriamo più nell’acqua composti a base di cloro, ma cloro gas e ipoclorito puri, che formeranno semplicemente acido ipocloroso e nulla altro. Niente acido cianurico, niente soda (quando si produce ipoclorito o quando si utilizzano macchinari con membrana selettiva, come vedremo dopo), niente titolo che cala e niente “schifezze” di vario genere che dal cloro cinese in poi purtroppo siamo abituati a vedere.

Un altro mito da sfatare è quello secondo il quale il sale si ricombina e non si consuma. In parole semplici, spieghiamo che se il sale è composto da Na e Cl e noi questi ioni li usiamo, per produrre Cl2 piuttosto che NaOH oppure NaClO, non li avremo più a disposizione per riformare il sale.
Si riformerà solamente il cloruro che si forma quando viene introdotto ipoclorito di sodio nell’acqua, ma non di più.

Poi, un po’ di teoria

L’elettrolisi e’ un processo attraverso il quale l’energia elettrica si trasforma in energia chimica. Tale processo avviene inserendo gli elettrodi (anodo e catodo) che sono anche collegati ad una corrente continua all’interno di un contenitore con l’elettrolita, una soluzione acquosa che consente agli ioni di trasferirsi agli elettrodi.
Nel processo di elettrolisi l’acqua e’ esposta ad una corrente diretta a basso voltaggio tra gli elettrodi creando un campo magnetico.

 

 

Il sale da cucina è formato da molecole di cloruro di sodio (NaCl). L’acqua non si limita a sciogliere le molecole del sale, separandole l’una dall’altra, ma divide anche ogni molecola nei due atomi che le costituiscono. Però, dal momento che il sodio possiede un elettrone debolmente legato, mentre il cloro lo attira fortemente per completare la corteccia elettronica esterna, il sodio cede stabilmente l’elettrone al cloro. In questo modo, il sodio diventa elettricamente positivo e il cloro negativo. Essi sono diventati degli ioni

Le molecole di sali, acidi e basi sciolti in acqua, ionizzano, si dissociano cioè in particelle di carica opposta. Sono proprio gli ioni che rendono l’acqua conduttrice. Infatti, gli ioni positivi vengono richiamati dall’elettrodo negativo e viceversa. Nel nostro esperimento, gli ioni Na+ e Cl hanno reso conduttrice l’acqua distillata. Una soluzione conduttrice si definisce anche elettrolita. Non solo l’acqua, ma anche altri liquidi sono capaci di ionizzare sostanze che vengono poste in soluzione.

Il processo di reazioni elettro-chimiche prodotte nella vasca dal sistema di elettrolisi del sale si può definire con le seguenti  espressioni  chimiche:

2NaCl + 2 H2O = 2NaOH + H2 +Cl2

sale+acqua = soda+idrogeno+cloro

In presenza di sodio disciolto in acqua è presente anche la formazione di ipoclorito di sodio secondo la reazione:

NaCl + H2O = NaClO + 2H

sale+acqua = sodio ipoclorito + idrogeno

L’elettrolisi con il sale nell’acqua della piscina

Il metodo attualmente più utilizzato è quello di salare direttamente l’acqua della piscina, con una concentrazione di 3-6 grammi di sale per litro di acqua, circa il triplo di quella dell’acqua dolce e molto inferiore a quella dell’acqua di mare che si aggira tra i 20 e i 30 gr/lt. 

 

L’acqua risulta comunque salata e ciò può causare, in presenza di materiali non adeguati, problemi di corrosione. Inoltre in presenza di forte salinità dell’acqua è consigliabile utilizzare sistemi con una bassa velocità di filtrazione, intorno ai 30 m/h.
L’utilizzo di sostanze per abbassare il pH è inoltre necessario, come nel caso di impiego di ipoclorito di sodio aggiunto all’acqua e in considerazione del fatto che viene prodotta anche una certa quantità di soda, sostanza a pH molto elevato.

La regolazione della clorazione con questa tipologia di apparecchiature avviene in fase di fornitura dell’apparecchio (si sceglie l’apparecchio più adatto in base al consumo di cloro) mentre durante la conduzione la regolazione avviene con un sistema on/off, nel senso che si programmano le ore di attività.

L’elettrolisi con il sale nel serbatoio

Una soluzione alternativa è quella di utilizzare impianti dotati di una speciale membrana in grado di mantenere separati gli ioni Na+ e Cl-, formando quindi esclusivamente cloro gas che viene disciolto in acqua prima di arrivare in vasca formando immediatamente acido ipocloroso mentre la soda viene trattenuta ed eliminata a parte. 

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Immagine fornita da Prominent Italiana srl

Inoltre in questi impianti il sale non viene disciolto nell’acqua della vasca ma viene utilizzato dalla macchina prelevandolo da un serbatoio simile a quello di un addolcitore.

In questo caso la produzione di cloro può essere regolata anche elettronicamente, poiché è possibile modificare la quantità di sale da prelevare dal serbatoio per l’elettrolisi.

In alternativa all’inserimento del cloro gas direttamente in vasca, è possibile far reagire la soda con il cloro gas e produrre ipoclorito da stoccare in un serbatoio, dal quale dosarlo nella vasca tramite una normale centralina di controllo e regolazione.

 


Immagine fornita da Prominent Italiana srl


La regolazione del cloro prodotto

Un problema ancora molto sentito per entrambi i metodi è quello della quantità prodotta di cloro, in particolare della produzione necessaria nei momenti di picco tipici dei grandi impianti pubblici.
Difficilmente l’impianto di elettrolisi del sale è in grado di produrre grandi quantità di cloro in breve tempo, poiché sarebbe necessario aumentare la corrente sugli elettrodi e la concentrazione di sale in tempi molto brevi.
Inoltre tutto il sistema deve essere dimensionato per questi carichi di picco e risulterebbe sovradimensionato per la conduzione ordinaria.

Nei grandi impianti pubblici, quindi, la clorazione nei momenti di punta viene supportata da un dosaggio “classico” esterno all’apparecchio.
Come abbiamo già visto, con le apparecchiature più semplici semplicemente si spegne la cella se la concentrazione di cloro è troppo elevata.

La quantità di cloro prodotta va da 20 a 3000 gr/h a seconda del tipo di apparecchiatura.
Gli apparecchi che utilizzano il sale disciolto nell’acqua della piscina attualmente commercializzati in Italia non sono in grado di generare, solitamente, più di 50 gr/h.
Si consideri che 1 ppm di cloro corrisponde a 1 mg/l cioè 1gr/mc, quindi 20 gr di cloro in 100 mc di acqua corrisponde a 0.2 ppm. Se non ci fosse consumo di cloro, in 5 ore l’impianto porterebbe l’acqua ad una concentrazione di cloro di 1 ppm.

Quale sia la necessaria portata è quindi in relazione al consumo di cloro, che è determinato in massima parte dal numero di bagnanti e dal sole.

Un’altra considerazione da fare per il dimensionamento iniziale dell’impianto è la capacità di produzione di grammi di cloro per litro di acqua utilizzata, che va messa in relazione con la portata dell’impianto.