Cloroammine
L'odore ed il sapore dell'acqua potabile sono mogliorati dall'applicazione delle cloroammine all'inizio del 21esimo secolo. A volte le cloroammine venivano usate anche per la disinfezione
Quali sono le proprieta' delle cloroammine?
Le clorammine si formano per effetto della reazione fra cloro (Cl2) ed ammoniaca (NH3). Le clorammine sono ammine che contengono almeno un atomo di cloro, che è direttamente legato agli atomi di azoto (N). Le clorammine inorganiche si formano quando cloro e ammoniaca dissolti reagiscono. Durante tale reazione si formano tre clorammine inorganiche differenti; monoclorammine (NH2Cl), diclorammine (NHCl2) e triclorammine (NCl3).
Le clorammine inorganiche, il cloro libero e le clorammine organiche sono chimicamente correlate e possono trasformarsi facilmente una nell'altra. Questi composti non possono essere trovati in forma isolata. Le clorammine inorganiche non sono persistenti, tuttavia, questi residui sono più persistenti dei composti di cloro comunemente disponibili. La ricerca ha indicato che meta' della vita delle delle clorammine inorganiche puo' variare da 1 minuto a 23 giorni, a seconda delle circostanze.
Come vengono prodotte le cloroammine?
Le cloroammine sono frequentemente prodotte tramite l'aggiunta di ammoniaca ad acqua contenente cloro libero (HOCl o OCl, a seconda del pH). Il valore ideale del pH di reazione e' 8,4. Cio' significa che l'acqua e' leggermente alacalina.
Meccanismo di reazione:
NH3 (aq) + HOCI -> NH2Cl + H2O
Quando avviene la reazione si possono formare tre tipi di clorammine inorganiche. Il valore di pH determina quale tipo di clorammine si forma. Le Triclorammine si formano pricipalmente quando il valore di pH è inferiore a 3. Quando il livello di pH è superiore a 7, le concentrazioni di dicloramine sono le più alte.
Anche la quantita' di cloro ed ammoniaca nell'acqua influenza la generazione delle clorammine. Il rapporto di cloro/ammoniaca è idealmente 6:1. Durante la produzione della clorammina il rapporto è solitamente 3-5:1. Quando le concentrazioni di ammoniaca sono più alte, si formano più di- e tri-clorammine.
Durante queste reazioni si possono formare clorammine organiche. Le clorammine organiche non possono essere distinte da altre clorammine usando i metodi di analisi standard.
Figura 1: il valore del pH determina che tipo di clorammine si forma Tavola 1: i diversi tipi di clorammine e le loro proprieta'
Aspetto | Nome | Peso molecolare | Preferenziale valore di pH | Effetto biocida | NH2Cl | monocloroammine | 52 | > 7 | buono | NHCl2 | dicloroammine | 85 | 4 - 7 | tollerabile | NCl3 | tricloroammine | 119 | 1 - 3 | medio | RNHCl | cloroammine organiche | varie | non noto | cattivo |
Quali sono le applicazioni delle clorammine?
Le clorammine possono essere usate come candeggianti, disinfettanti ed ossidatori. I disinfettanti organici liberano lentamente il cloro, causando una disinfezione più lenta e meno aggressiva rispetto alla disinfezione tramite ipoclorito (OCl-). Esse possono essere usate per migliorare l'odore ed il sapore dell'acqua quando il cloro è usato come disinfettante. Le clorammine sono inoltre usate per la disinfezione dell'acqua potabile e dell'acqua di scarico e per resistere al biofouling nelle torri di raffreddamento.
Disinfezione dell'acqua tramite clorammine
Quando le clorammine sono usate come disinfettante, viene aggiunta ammoniaca all'acqua acqua trattata con cloro. L'ammoniaca è aggiunta dopo il cloro, perché questo porta a valori CT più bassi rispetto a quelli ottenuti aggiungenro prima ammoniaca. Le clorammine sono efficaci quanto il cloro per la disattivazione dei batteri e di altri microorganismi, anche se il meccanismo di reazione è più lento. Le clorammine, come il cloro, sono ossidatori. Esse possono uccidere i batteri penetrando la parete cellulare e bloccando il metabolismo. Le monochloramine sono il disinfettante più efficace: reagiscono direttamente con gli amminoacidi nella disattivazione batterica del DNA. Durante la disattivazione dei microorganismi le clorammine distruggono i gusci che proteggono i virus. Quando il pH ha un valore maggiore di 7, le monoclorammine sono le clorammine più abbondanti. Il valore di pH non interferisce con l'efficacia delle clorammine.
L'acqua potabile viene disinfettata usando le clorammine?
Stati Uniti
Le clorammine sono applicate sempre piu' spesso negli Stati Uniti come alternativa al cloro durante la disinfezione secondaria dell'acqua potabile. Durante l'anno 2002, il 20% delle aziende americane produttrici di acqua potabile hanno usato le clorammine. Il motivo principale per il passaggio da cloro a clorammine è che le clorammine reagiscono con la materia organica meno spesso rispetto al cloro.
Durante la disinfezione tramite clorammine si formano pochi o nessun trialometani (THM) o ad altri sottoprodotti di disinfezione. Le clorammine rimangono attive molto piu' a lungo all'interno dell'impianto idraulico. Ciò avviene perché ci vule piu' tempo per distruggere le cloroammine.
Le clorammine non hanno alcun gusto o odore di e sono relativamente sicure.
Le clorammine possono essere usate per la disinfezione dell'acqua delle torri di raffreddamento?
Le cloroammine non sono molto adatte per la disinfezione dell'acqua delle torri di raffreddamento in quanto i suoi composti reagiscono molto lentamente con altri microrganismi patogeni.
Le clorammine possono essere rimosse dall'acqua?
Le clorammine rimangono attive nel sistema dell'acqua per un periodo di tempo considerevolmente lungo. Come altre molecole, le clorammine contribuiscono alla quantità totale di solidi dissolti nell'acqua. Come il cloro, le clorammine sono selettivamente reattive e possono avere effetti dannosi se rimangono nell'acqua troppo a lungo. Quando le clorammine sono presenti, nell'acqua ci sono solitamente anche tracce di ammoniaca ed ipoclorito. Le clorammine sono leggermente ioniche. Di conseguenza ed a causa del basso peso molecolare, le clorammine, soprattutto monoclorammine, sono difficili da rimuovere dall'acqua tramite addolcimento o osmosi inversa (RO). Anche l'ebollizione e la distillazione non possono essere usate. Le sostanze usate per rimuovere il cloro non possono essere usate per la rimozione delle clorammine. La luce solare e l'aerazione possono favorire la rimozione delle clorammine.
Le clorammine possono essere eliminate per mezzo di un filtro attivo granulare a carbonio attivo. Esso riduce le concentrazioni di clorammine da 1-2 ppm a meno di 0.1 ppm. Bisogna assicurarsi che il carbonio attivo sia in contatto con le clorammine per un tempo significativo. Un filtro a carboni attivi è selettivo, il che significa che rimuove anche altri composti, come il cloro (riduzione a cloruro), il solfuro di idrogeno, i composti organici, il THM, gli antiparassitari ed il radon. Quando questi composti sono presenti in acqua, questo influenzerà la capacità del filtro.
La quantità di clorammine nell'acqua può essere determinata misurando il residuo di cloro totale. Ciò significa misurare la quantità di cloro totale o la quantità di composti di cloro compone.
Quali sono i benefici e gli svantaggi derivanti dall'uso delle clorammine?
Quali sono i benefici?
Pochi sottoprodotti di disinfezione
L'uso di cloroammine e' preferibile all'uso di cloro perche' si formano pochi composti organici (trialometani, THM) e altri possibili composti cancerogeni (acido acetico alogenico, HAA). Le clorammine rimangono attive a lungo
Le clorammine rimangono nell'acqua piu' a lungo del cloro. Le monocloroammine sono più efficaci quando il pH è pari o superiore a 7. Quando il pH supera 7 l'acqua è alcalina. Il vantaggio dell'acqua alcalina consiste nel fatto che è meno corrosiva rispetto all'acqua acida. Quando il pH è alto il cloro può essere trovato nell'acqua sotto forma di ioni dell'ipoclorito (OCl-), che hanno un potenziale di ossidazione più alto rispetto all'acido ipocloroso. Tuttavia, come disinfettante è cento volte meno efficace rispetto all'acido ipcloroso. Quando livelli di pH sono troppo alti, la sua efficacia diminuisce.
Le cloroammine migliorano il sapore e l'odore dell'acqua
Le cloroammine non alterano il pH dell'acqua, esse danno all'acqua un sapore migliore rispetto al cloro. Esse sono spesso applicate per prevenire odore e sapore di cloro. La disinfezione tramite cloro puo' essere migliorata innalzando la temperatura.
Quali sono gli svantaggi?
Si formano le cloroammine organiche?
Quando nell'acqua sono presenti elevate quantita' di materia organica, l'azoto organico causa la formazione di ammine organiche. Esse non possiedono le stesse proprieta' di disinfezione delle cloroammine inosrganiche. Questa situazione si presenta quando il manteriale organico supera i 3 ppm.
Cos'e' la velocita' di reazione delle cloroammine?
Lo svantaggio delle clorammine è che sono meno reattive rispetto al cloro. Parte del disinfettante rimane nell'acqua, in cui viene consumato dai batteri o scisso. Questo processo può richiedere delle settimane. Al contrario del cloro, la clorammine non scompaiono quando l'acqua rimane ferma per alcuni giorni. Di conseguenza le clorammine devono essere eliminate da acqua, per esempio usando carbonio attivo granulare o acido acetico.
Qual e' l'efficacia delle cloroammine?
In Massachusetts, è stata effettuata una ricerca per mettere in luce le cause di morte delle persone che usavano acqua disinfettata da cloro o clorammine. I risultati hanno indicanto che il numero di persone che muoiono di cancro alla vescica e' più alto quando l'acqua viene clorurata. Quando l'acqua viene disinfettata con clorammine, la morte più probabile e' per polmonite o infuenza. Ciò potrebbe indicare che le clorammine sono meno efficaci rispetto cloro per l'eliminazione dei microorganismi patogeni.
Le cloroammine formano nitrati?
Quantità elevate di ammoniaca servono da nutrienti per la nitrificazione dei batteri contenuti nell'acqua, che possono indurre un aumento del livello di nitrato in acqua. Il nitrato è trasformato in nitrito nello stomaco. I nitriti possono reagire in N-nitrosammine con le proteine nei pesci e questi composti possono essere cancerogeni. I bambini in giovane età sono più suscettibili ai nitriti. Quando i bambini hanno un'eta' inferiore al mezzo anni non possono bere acqua ricca di nitrati, perché i nitriti provocano una diminuzione del livello dell'ossigeno nel sangue (sindrome dei bambini blu). Si raccomanda di alimentare i bambini con acqua che ha un contenuto del nitrati inferiore ai 25 µg/L.
L'ammoniaca puo' provocare corrosione?
Quando le clorammine sono chimicamente rimosse, si puo' liberare ammoniaca. L'effetto tossico che l'ammoniaca ha sui pesci può essere evitato tramite l'applicazione di filtri biologici, zeoliti naturali e tramite il controllo del pH. L'ammoniaca causa la corrosione di piombo e rame. Al giorno d'oggi la maggior parte delle opere idriche sono fatte di piombo o di rame. In Washington DC (Stati Uniti), l'aumento della concentrazione di piombo nell'acqua potabile causato dalla disinfezione tramite clorammine hanno provocarono molti problemi nel 2003. Tuttavia, le aziende dell'acqua potabile non stanno pianificando di ritornare all'uso del cloro, perché questo può più non aderire allo standard per i sottoprodotti di disinfezione, che è stato abbassato a 80 µg/L dall'EPA. Le cloroammine sono usate a causa di una concentrazione più bassa dei sottoprodotti di disinfezione. Per impedire la corrosione, vengono aggiunti gli ortofosfati.
Quali sono gli effetti delle clorammine sulla salute?
L'acqua disifettata con le cloroammine non causa problemi alla salute. Puo' essere usata come acqua potabile, per fare il bagno e lavare ed e' adatta a molte applicazioni domestiche.
Quali sono i rischi per i pazienti in dialisi renale, i pesci e gli anifibi?
Bere acqua contenente clorammine o usarle per cottura e bagno è sicuro, grazie alla neutralizzazione delle clorammine nel metabolismo. Tuttavia, le persone con il sistema immunitario indebolito, come i bambini piccoli, gli anziani, le persone con il virus HIV e le persone in chemioterapia, dovrebbero essere prudenti quando utilizzano acqua disinfettata con clorammina.
I pazienti sottoposti a dialisi ed i proprietari di pesci, rettili o anfibi dovrebbero fare attenzione. Nei pazienti sottoposti a dialisi renale il sangue entra in contatto con l'acqua in una membrana semi permeabile. Ciò può indurre le clorammine ad entrare direttamente nei vasi sanguigni. Le clorammine sono tossiche per il sangue.
I pesci possono assumete direttamente le clorammine nel sague attraverso le loro branchie. Le clorammine sono tossiche anche per i pesci. Le cloroammine dovrebbero essere assenti dall'acqua usta negli acquari.
Cosa dice la normativa riguardo alla disinfezione tramite cloroammine?
EU
Le linee guida per l'acqua potabile non contengono standards per le cloroammine: quando esse vengono usate, si formano pochi sottoprodotti di disinfezione, come i trialometani. Tuttavia, si possono formare altri sottoprodotti di disinfezione, come per esempio alinitrili tossici (ciano cloruro), alonitrometani (cloropicrina) ed altri composti ricchi di azoto. Alcuni di questi composti possono mettere in pericolo la salute umana. Quando la Direttiva Europea per l'acqua potabile verra' modificate, verranno aggiunti degli standard per questi composti.
USA
Secondo gli standards Americani dell'EPA, l'acqua potabile trattata con clorammine puo' contenere al massimo 4 mg/l di Cl2 (National Primary Drinking Water Regulations EPA, 2002).
WHO
L'Organizzazione mondiale per la salute (World Health Organization, WHO) stabilisce uno standard soltanto per le monoclorammine come disinfettanti. Tale standard e' 3 mg/L. Per le di e tri-clorammine non ci sono standard, perche' le informazioni disponibili non sono sufficienti per stabilire una linea guida per la salute. (WHO, Guidelines for drinking-water quality - 3rd edition. Chemical aspects). Maggiori informazioni sulla disinfezione dell'acqua?: Introduzione alla disinfezione dell'acqua
Necessita' di trattamento dell'acqua
Storia del trattamento dell'acqua Che cos'e' la disinfezione dell'acqua?
Necessita' di disinfezione dell'acqua
Storia della disinfezione dell'acqua
Malattie portate dall'acqua
Fattori che influenzano la disinfezione dell'acqua
Condizioni per i trattamento dell'acqua
Legislazione per la disinfezione dell'acqua EU USA
Normativa mondiale sulla disinfezione e sulla distribuzione dell'acqua potabile Trattamento delle piscine
Inquinamento delle piscine
Disinfezine delle piscine
Disinfezione & salute nelle piscine Acqua delle torri di raffreddamento
Inquinamento dell'acqua delle torri di raffreddamento
Disinfezione dell'acqua delle torri di raffreddamento
Legislazione riguardante l'acqua delle torri di raffreddamento Disinfettanti chimici
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