Come funziona un addolcitore e cos’è la durezza

La durezza è spesso un problema in parecchi processi industriali che utilizzano o producono acqua calda, dato il rischio di precipitazione ed incrostazioni di calcare.

La durezza di un’acqua è dovuta alla presenza in essa di sali disciolti di Calcio e Magnesio. L’acqua si scarica di questi sali sciogliendoli nel sottosuolo a mano a mano che filtra attraverso i diversi strati ricchi di minerali. La durezza si misura in gradi francesi (°F), 1 °F indica un contenuto di sali di Calcio e Magnesio equivalente a 10 g di carbonato di Calcio (CaCO₃) in 1,0 m³ di acqua.

Es.: Attraverso un tubo che porta 1,0 m³/h d’acqua con durezza di 30 °F passano in un anno oltre 2 tonnellate di sali di calcio e magnesio.

In Germania si parla di “durezza totale”, per distinguerla dalla durezza carbonica (corrispondente all’alcalinità M), e la si esprime in dH (Grad deutsche Haerte, ovvero gradi di durezza tedesca), che corrispondono a 10 ppm CaO. Poiché il rapporto CaCO₃ : CaO è di 100 : 56 ne risulta che 1 °F corrisponde a 0,56 °dH, mentre 1 °dH corrisponde a 1,786 °F.

Esistono anche gradi di durezza inglesi, che però non vengono usati normalmente. I francesi chiamano la durezza TH (Titre Hydrotimetrique) e parlano di TH totale per indicare la somma di calcio e magnesio.

Eliminazione della durezza mediante scambio ionico

Il processo più efficace e sicuro per il trattamento delle acque dure consiste nello scambio ionico. Nelle presenti note, per semplicità, consideriamo durezza il solo carbonato di calcio (CaCO₃). I  sali disciolti  in acqua si dissociano in ioni, cioè la molecola si divide in due parti: il carbonato di Calcio (calcare) si divide in ione Calcio ed ione carbonatico:

CaCO₃ à Ca⁺⁺ + CO₃⁼

Il cloruro di Sodio (sale da cucina) si divide in ione Sodio ed ione Cloro:

NaCl à Na⁺ + Cl^–

Le resine scambiatrici contenute nell’addolcitore hanno la proprietà di fissare gli ioni Calcio, liberando in cambio ioni Sodio.

Durante la produzione di acqua addolcita la resina, carica di ioni Na⁺, cattura gli ioni Ca⁺⁺ dall’acqua e cede all’acqua altrettanti ioni Na⁺:

• entra acqua dura con CaCO₃ incrostante;
• esce acqua dolce con NaCO₃ non incrostante.

Quando tutto il sodio è stato ceduto termina l’effetto delle resine, che vanno quindi rigenerate, asportando il Calcio fissato e ricaricandole di Sodio.

Questo si ottiene con un lavaggio a mezzo di una soluzione di cloruro di Sodio in acqua (salamoia). Durante il lavaggio con salamoia la resina esaurita, carica di ioni Ca⁺⁺, cattura gli ioni Na⁺ dalla salamoia e cede alla salamoia altrettanti ioni Ca⁺⁺:

• entra salamoia con NaCl;
• esce acqua con CaCl₂, che va allo scarico.

Per garantire un ciclo continuo di acqua addolcita vengono creati opportuni addolcitori duplex a doppia colonna scambiatrice, che permettono la rigenerazione alternata delle resine ad una colonna mentre l’altra lavora, scambiandosi all’erogazione di una certa quantità di acqua, il tutto viene gestito da una testata elettronica.

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