Disinfezione dell’acqua con Biossido di Cloro

L’acqua microbiologicamente pura è una delle necessità assolute di ogni essere vivente ma anche l’acqua presa da una sorgente considerabile pura può contenere virus, batteri, muffe e protozoi che possono scatenare, sia negli animali che nell’umano, vere e proprie epidemie (come la storia ci ha insegnato).Disinfezione dell’acqua

Tra i vari agenti chimici impiegati per la disinfezione delle acque il cloro molecolare (Cl2) e i prodotti da esso derivati (biossido di cloro – ClO2), ipoclorito di sodio (NaClO) e clorammine contribuiscono notevolmente a dare la certezza della sterilizzazione delle acque.

Disinfezione dell’acqua tramite clorazione

Storicamente, uno dei primi impieghi del cloro per la disinfezione delle acque ad uso potabile e non, è quello compiuto da John Snow nel 1850, quando tentò di bonificare l’acquedotto di Londra durante un’epidemia di colera. Nel 1897 Sims Woodhead usò per gli stessi scopi l’ipoclorito di sodio per limitare la diffusione dell’epidemia di febbre tifoide dilagante a Maidston, nel Kent. Dal Regno Unito il processo di clorazione delle acque ad uso potabile si diffuse rapidamente nel resto d’Europa e negli Stati Uniti dove ben presto contribuì praticamente a fermare la diffusione di malattie come tifo, colera, dissenterie, gastroenteriti, shigellosi, salmonellosi, epatiti e molte altre.

Il cloro e i suoi derivati svolgono la loro azione disinfettante in due modi, ovvero come ossidanti energici, degradando tutti i residui di molecole organiche eventualmente presenti ed anche quelle sostanze inorganiche che conferiscono proprietà organolettiche negative all’acqua, come l’idrogeno solforato (H2S) e i composti azotati tra cui l’ammoniaca (NH3). In particolare, il cloro e l’ipoclorito di sodio agiscono in secondo luogo mediante rilascio di acido ipocloroso (HClO) che si forma secondo la reazione: Cl2 + H2O >> HClO + HCl

L’acido ipocloroso essendo simile, per dimensione molecolare e struttura, all’acqua può facilmente attraversare la membrana cellulare microbica e, una volta all’interno della cellula, ha come suoi suoi bersagli alcuni enzimi del metabolismo energetico microbico. Il risultato è che l’azione del cloro sui batteri è potente, letale, rapida senza che vi sia la possibilità di alcuna resistenza microbica.

I vantaggi associati all’uso del cloro e dei suoi derivati nella disinfezione delle acque risiedono nel fatto che l’applicazione è relativamente semplice, che si tratta di agenti chimici relativamente poco costosi ed efficaci a basse concentrazioni, con un elevatissimo potere biocida (con questo termine si intende la capacità di uccidere i microrganismi).Potenziali svantaggi nell’impiego del cloro molecolare derivano dal fatto che esso può reagire con molecole organiche per generare prodotti clorurati tossici e che non è molto efficace contro alcuni microrganismi come Cryptosporidium e Giardia (f. protozoi).

Per questo, al cloro molecolare si preferisce usare il biossido di cloro (ClO2), un composto liberamente solubile in acqua, dove fornisce soluzioni stabili nel tempo, sicure e facili da manipolare.

Cos’è il Biossido di Cloro? 

ll Biossido di cloro (ClO2) è un gas sintetico, verde-giallastro con un odore irritante simile al cloro. Il Biossido del cloro è un composto del cloro, ma è molto diverso dal cloro, sia come struttura chimica che come comportamento. Il Biossido di cloro è una piccola molecola volatile molto forte ed in soluzioni acquose diluite il Biossido di cloro è un radicale libero. In alte concentrazioni reagisce fortemente con gli agenti riduttori. Il biossido del cloro è un gas instabile che tende a dissociarsi in cloro gassoso (Cl2), in ossigeno gassoso (O2) ed in calore. Quando il biossido di cloro è foto-ossidato dalla luce solare, viene distrutto. I prodotti finiti delle reazioni del biossido di cloro sono cloruro (Cl), clorito (ClO) e clorato (ClO3).

Disinfezione dell'acqua
Humphrey Davy scoprì il diossido di cloro nel 1814

Quando fu scoperto il diossido di cloro?

Il diossido del cloro fu scoperto nel 1814 da Humphrey Davy,  che produsse il gas versando acido solforico (H2SO3) su clorato di potassio (KClO3). Quindi sostituì l’acido solforico con acido ipocloroso (HOCl). Durante gli ultimi anni questa reazione inoltre fu anche usata per produrre grandi quantità di diossido di cloro. Fu usato clorato di sodio (NaClO3) anziché il clorato di potassio: 2NaClO3 + 4HCl ® 2ClO2 + Cl2 + 2NaCl + 2H2O

Quali sono le caratteristiche del Biossido di cloro?

Il Biossido di Cloro è un disinfettante ad ampio spettro d’azione, in grado di svolgere la propria azione biocida senza dare reazioni di clorurazione diretta con le molecole organiche, evitando così la formazione di composti clorurati tossici. Non reagisce con i composti azotati, in particolare con l’ammoniaca  non forma clorammine tossiche per i pesci ed altri organismi acquatici.

Infine, il Biossido di Cloro in presenza di fenoli non produce clorofenoli ma semplici prodotti di ossidazione degli stessi, di bassa o nessuna tossicità. Il Biossido di cloro è soprattutto usato come come disinfettante ed è efficace anche a basse concentrazioni, grazie alle sue proprietà uniche.Si può sciogliere il biossido di cloro nell’acqua? Una delle qualità più importanti del biossido del cloro è l’elevata solubilità nell’acqua, soprattutto in acqua fredda. Il biossido di cloro non si idrolizza quando entra nell’acqua, rimane un gas dissolto in soluzione. Il biossido del cloro è circa 10 volte più solubile in acqua rispetto al cloro.

Il biossido di cloro può essere eliminato tramite aerazione o anidride carbonica.Disinfezione dell’acqua

Quali sono le applicazioni del biossido di cloro?

Il biossido del cloro ha molte applicazioni tra le quali è usato per sterilizzare le attrezzature da laboratorio e mediche, le superfici, le stanze e gli attrezzi. Il biossido del cloro può essere usato come ossidante o disinfettante: è un ossidante molto forte ed uccide efficacemente i microorganismi patogeni quali funghi, batteri e virus ed inoltre previene e rimuove il Biofilm. Come disinfettante e antiparassitario esso è principalmente usato in forma liquida.

Il diossido di cloro di ossida allo stesso modo del cloro?

Al contrario del cloro, il biossido di cloro non reagisce con l’azoto dell’ammoniaca (NH3), reagisce raramente con l’ammina elementare ossidata in nitriti (N02) in nitrati (NO3). Non reagisce rompendo i legami carbonio. Non avviene alcuna mineralizzazione delle sostanze organiche. A pH neutro o ad elevati valori di pH, l’acido solforico (H2SO3) riduce il diossido di cloro a ioni clorito (ClO2) mentre In circostanze alcaline il diossido di cloro si scinde in cloriti e clorati (ClO3). Questa reazione è catalizzata dagli ioni idrogeno (H+). La vita media della soluzione acquosa di diossido di cloro diminuisce all’aumentare del valore del pH e a bassi valori di pH, il diossido di cloro è ridotto in ioni cloro (Cl).Disinfezione dell’acqua

Come funziona la disinfezione tramite biossido di cloro?

Le sostanze di natura organica presenti nelle cellule batteriche reagiscono con il diossido di cloro inibendo parecchi processi cellulari. Il biossido di cloro reagisce direttamente con gli amminoacidi e l’RNA nelle cellule. Non è chiaro se il biossido di cloro attacca la struttura delle cellule o gli acidi all’interno della cellula. Viene evitata la produzione delle proteine. Il biossido di cloro interessa la membrana delle cellule degradando le proteine ed i grassi della membrana. Quando sono eliminati i batteri, la parete delle cellule viene penetrata dal diossido di cloro. I virus sono eliminati in un senso differente: il biossido del cloro reagisce con il peptone, una sostanza solubile in acqua che proviene dalla idrolisi delle proteine agli amminoacidi. Il biossido del cloro uccide i virus perché previene la formazione proteica.

I microrganismi sono in grado di diventare resistenti al biossido di cloro?

Il biossido di cloro come disinfettante presenta il vantaggio di reagire direttamente con la parete delle cellule dei microorganismi. Questa reazione non dipende da tempo di reazione o da concentrazione. Contrariamente ai disinfettanti non-ossidanti, il diossido di cloro uccide i microorganismi anche quando sono inattivi. Di conseguenza la concentrazione di biossido di cloro necessaria per uccidere efficacemente i microorganismi è più bassa della concentrazione di disinfettanti non ossidanti. I microorganismi non possono accumulare alcuna resistenza contro il biossido di cloro.

Il Biossido di cloro può essere usato contro il BIOFILM?

È inoltre attivo contro la formazione nelle tubature, contenitori e nel materiale biologico di biofilm solitamente difficile da rimuovere. Il biofilm forma uno strato protettivo sopra i microorganismi patogeni, e la maggior parte dei disinfettanti non possono raggiungere questi agenti patogeni protetti. Tuttavia, il diossido di cloro rimuove il biofilm ed uccide i microorganismi patogeni. Il diossido di cloro ossida la matrice dei polisaccaridi che mantiene insieme il biofilm. Durante questa reazione il diossido di cloro è ridotto in ioni cloro. Questi ioni cloro rimangono stabili nel biofilm. Quando il biofilm ricomincia a svilupparsi, si forma un ambiente acido e gli ioni cloro sono trasformati in diossido di cloro. Questo diossido di cloro rimuove il restante biofilm.Disinfezione dell’acqua

COME APPLICARE IL BIOSSIDO DI CLORO NEI LAGHETTI CON PESCI

Il Biossido di Cloro funziona molto bene, a differenza di molti altri ossidanti, anche a basse temperatura ed a pH elevato.  E’ meno efficace al buio, ciò implica un effetto negativo sui filtri biologici ridotto al minimo e poiché i batteri anaerobici (patogeni) hanno un guscio molto sottile, già a concentrazioni molto basse vengono uccisi.  Per tutte queste peculiarità il biossido di cloro è molto adatto per impiego in acquacoltura.

In pratica, utilizzando biossido di cloro si potranno raggiungere questi obiettivi:

1) meno problemi batterici;

2) pareti e tubi visibilmente più puliti;

3) colore ed odore dell’acqua più fresco;

4) pesci significativamente più attivi.

Una formulazione utile in acquacultura è data dal prodotto in commercio denominato SUPERTABS, reperibile presso i rivenditori specializzati.Disinfezione dell’acqua

Con la sua concentrazione di 0.04 mg/l, la pressione batterica è fortemente ridotta senza effetto negativo sulla biologia del laghetto e sui suoi abitanti. Si introduce nel laghetto una volta alla settimana in modo da esaurire l’azione del prodotto e si ripete per quattro volte. Le piante a queste concentrazioni non vengono danneggiate. A concentrazioni più elevate (da 0,1 mg/l a 0,5 mg/l) è in grado di ridurre notevolmente i problemi batterici elevati nei pesci: ma è consigliabile utilizzarlo dopo un consulto con un veterinario.Disinfezione dell’acqua Disinfezione dell’acqua

Protocolli di applicazione:

Nei laghetti con Koi:

Avvio del laghetto in primavera o prima dell’inverno, e manutenzione durante la stagione: per dosaggi di mantenimento la concentrazione desiderata è di 0,04 mg/l nel laghetto. Una pastiglia è dosata per 50.000 litri di acqua: controllare la quantità di biossido di cloro sulla confezione per pastiglia. Versare il prodotto già sciolto in un secchio con acqua del laghetto. Se avete 10.000 litri di acqua nel laghetto, si può sciogliere una pastiglia in un 1 litro di acqua, conservare la soluzione in una bottiglia scura, e poi dosare 200 ml la settimana. La soluzione è stabile per 6-8 settimane mantenuta al fresco e al buio. Se il carico organico è molto elevato (per esempio al primo utilizzo del prodotto), il dosaggio/quantitativo utilizzato si esaurisce molto rapidamente. Si consiglia quindi di dosare la stessa quantità ogni 48 ore per 4 volte. Oltre alla riduzione della pressione batterica, scompare dopo un periodo più lungo nell’uso anche il materiale organico delle pareti. Il laghetto diventerà visibilmente più pulito.Disinfezione dell’acqua

In presenza di alta pressione batterica aumentare il dosaggio con una pastiglia per 20.000 litri d’acqua; se questa dose viene ripetuta ogni giorno per una settimana, la pressione batterica diminuisce drasticamente.

Nei laghetti senza pesci:

Per bonificare laghetti con problemi batterici elevati e quindi si deve usare senza la presenza di pesci, il dosaggio è di 0,08-0,1 mg/l di prodotto. Questa concentrazione è consigliata anche nei laghetti usati per balneazione dove con il tempo si forma uno strato di fango nel fondo con la conseguenza di avere una carica batterica elevata e spesso anche un cattivo odore dell’acqua. Il biossido di cloro riduce la carica batterica, il limo e di conseguenza il cattivo odore dell’acqua. Inoltre ci sarà una pulizia e disinfezione dei sistemi.Disinfezione dell’acqua

 

Bibliografia:

–  “Disinfection, Sterilization, and Preservation” by Seymour S. Block, 2011 

Use of Chlorine Dioxide for Controlling Infection Diseases in Aquaculture – Brevetto WO1995018534 A1 Robert D. Kross

Water Treatment Solution Lenntech

Air-Aqua.com

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    By: Anna Biral

    Anna Biral vive a Soiano, una ridente cittadina della sponda bresciana del Lago di Garda. Appassionata di giardinaggio oltre che di animali possiede un favoloso laghetto di Koi ed una magnifica lupa cecoslovacca di nome Dea.
    E´ Presidente del Italian Koi Club.

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    Acido Peracetico

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