La disinfezione chimica dell'acqua potabile con sostanze come cloro è stata applicata per più di un secolo. Durante gli anni settanta, gli scienziati hanno scoperto la possibilità di formazione dei sottoprodotti di disinfezione grazie a una prova di gascromatografia. I sottoprodotti della disinfezione possono essere nocivi per la salute umana. Dopo questa scoperta, fu realizzata un'ampia ricerca sulle origini dei sottoprodotti di disinfezione, sugli effetti sulla salute e sulle procedure per impedire la formazione di questi prodotti durante il processo di disinfezione.
Cosa sono i sottoprodotti di disinfezione?
I sottoprodotti di disinfezione sono sostanze chimiche, organiche e inorganiche che si possono formare durante reazione di un disinfettante con materiale organico naturalmente presente nell'acqua.
Come si formano i sottoprodotti di disinfezione?
I sottoprodotti di disinfezione si possono formare quando i disinfettanti, come il cloro, reagiscono con i composti naturalmente presenti nell'acqua. La formazione di questi prodotti avviene soprattutto tramite reazioni in cui perndono parte sostanze organiche, come acido umico e acido fulvico. Questi materiali finiscono nell'acqua durante la decomposizione della materia delle piante.
Nel 1971 lo scienziato americano Bellar scopri' che il cloroformio era assente nell'acqua del fiume Ohio che è stata usata la produzione di acqua potabile. Tuttavia, il cloroformio sembro' essere presente nell'acqua potabile proveniente daglli impianti di depurazione dell'acqua potabile. Ciò dimostra la formazione dei sottoprodotti di disinfezione durante la clorazione.
Si possono trovare poche informazioni sulle strutture chimiche degli acidi umici e degli acidi fulvici. Il meccanismo di formazione dei sottoprodotti di disinfezione rimane quindi poco chiaro. La ricerca è difficile, a causa del vasto numero di sostanze che compongono la materia organica.
Quali sono i fattori che influenzano la formazione di sottoprodotti di disinfezione?
I tipi di sottoprodotti di disinfezione che si formano dipendono da molti fattori come: - Tipo di disinfettante
- Dose di disinfettante
- Residuo di disinfezione
Quando la dose ed il residuo del disinfettante sono più alti, si formano maggiori sottoprodotti di disinfezione. Per impedire la formazione di sottoprodotti alogenici, oggi si applicano disinfettanti alternativi. Tuttavia, i sottoprodotti di disinfezione si possono ancora formare.
- Condizioni di disinfezione: tempo di reazione, temperatura e pH
Quando il tempo di reazione è più breve, si possono formare maggiori concentrazioni di trialometani (THM) ed acidi acetici alogenici (HAA). Quando il tempo di reazione è più lungo, certe forme temporanee di sottoprodotti di disinfezione possono transformarsi in prodotti finali di disinfezione, come l'acido acetico di tribromina o bromoformio. Aloacetonitrili (HAN) e alochetoni (HK) vengono decomposti. Quando la temperature aumenta, le reazioni avvengono più velocemente, richiedendo una maggiore concentrazione cloro per una disinfezione adeguata. Ciò causa la formazione di sottoprodotti di disinfezione più alogenici. Un aumento della temperature aumenta inoltre la decomposizione degli acidi acetici di tribromina, HAN e HK. Quando il livello di pH e' elevato, si formano più ioni ipoclorito, provocando una diminuzione nell'efficacia della disinfezione con cloro. A valori piu' elevati di pH, si forma più THM, mentre più HAA si forma quando il valore di pH e' piu' basso. A pH elevato HAN e HK sono decomposti tramite idrolisi, a causa di un aumento nelle reazioni di idrolisi a più alti valori di pH.
I livelli di trialometani in acqua potabile sono spesso piu' alti nella rete di distribuzione che presso le aziende di produzione dell'acqua potabile. Quando avviene l'idrolisi molti sottoprodotti di disinfezione si transformano in trialometani. 
Figura 1: Formazione di trialomentani (triclorometano, brominediclorometano, dibromometano and tribromometano), in funzione del tempo di contatto - I costituenti dell'acqua
- La concentrazione e le proprieta' della materia orgnica naturalmente presente nell'acqua (NOM)
NOM è il predecessore di un sottoprodotto di disinfezione. Il livello di materia organica è registrato solitamente come "concentrazione di carbonio organico totale" o "concentrazione di carbonio organico dissolto". La composizione e la concentrazione della materia organica naturalmente presente determina il tipo e la concentrazione di sottoprodotti di disinfezione che verranno infine formati. La materia organica naturalmente presente contiene composti, come gli acidi umici, gli acidi fulvici, gli acidi idrofobi, le sostanze neutre idrofobiche, acidi transfilici, le sostanze neutre transfiliche, gli acidi idrofili e le sostanze neutre idrofile. 
Figura 2: Concetrazione di carbonio organico che influenza la formazione di vari tipi di trialometani a diverse concentrazioni di bromo Le stagioni influenzano la concentrazione di carbonio organico naturalmente presente, causando la variazione della concentrazione dei sottoprodotti di disinfezione.
La concentrazione dei sottoprodotti di disinfezione in acqua superficiale e freatica puo' essere diversa.
Tabella 1: Sottoprodotti di disinfezione di vari disinfettanti
Disinfettante | Sottoprodotti di disinfezione Organoalogenici | Sottoprodotti di disinfezione inorganici | Sottoprodotti di disinfezione non-alogenici | cloro (Cl2)/ acido ipocloroso (HOCl) | trialometani, acidi acetici alogenici, aloacetonitrili, cloro idrato, cloropicrina, clorofenoli, N-clorammine, alofuranoni, bromoidrine | clorati (soprattutto per applicazione di ipoclorito) | aldeidi, acidi alcanici, benzene, acidi carbossilici | Diossido di cloro(ClO2) | | clorito, clorato | non noto | clorammine (NH3Cl etc.) | aloacetonitrili, ciano clorina, cloroammine organiche, cloramino acidi, cloroidrati, alochetoni, | nitrito, nitrato, clorato, idrazina | aldeides, chetoni | ozono (O3) | bromoformio, monobromina acido acetico, dibromina acido acetico, dibromina acetone, ciano bromina | clorato, iodato, bromato, perossido di idrogeno, acido ipobromoso, epossi, ozonati | aldeidi, chetoni, chetoacidi, acidi carbossidilici |
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