Avventure di un chimico in depurazione.

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Mauro Icardi.

La depurazione delle acque è diventata un’attività estremamente importante nei paesi più industrializzati, ed è un’attività che necessita di una adeguata ed indifferibile implementazione nei paesi emergenti. La riduzione dell’inquinamento delle acque reflue crea contemporaneamente un nuovo problema. La gestione del fango prodotto dal trattamento delle stesse. Generalmente si può calcolare che, 100 m3 di scarichi producano circa 1 m3 di fango al giorno. Il fango deve subire idonei trattamenti di riduzione della frazione organica e putrescibile, e deve, per poter essere smaltito, subire un trattamento di disidratazione con il quale si incrementa il tenore percentuale di sostanza secca. Il trattamento dei fanghi è a tutti gli effetti il punto cruciale degli sforzi sia tecnici che economici dei gestori di impianto.

Talvolta si verifica anche la necessità di introdurre modifiche allo schema di processo di un impianto di depurazione per far fronte a variazioni di carico organico influente. Tali variazioni possono incrementare la produzione giornaliera di fanghi. In un caso di questo genere può essere utile il dosaggio di un adeguato flocculante nella sezione di sedimentazione primaria, a monte del trattamento di ossidazione biologica. Per chi non lo ricordasse la flocculazione è un processo che determina l’accorpamento delle particelle colloidali presenti principalmente atttraverso la neutralizzazione delle loro cariche superficiali.

Presso l’impianto di depurazione di Varese, per le ragioni suddette e in attesa di un intervento di ampliamento che portò alla costruzione di una nuova linea di ossidazione biologica, e la realizzazione di un nuovo digestore anaerobico di maggiore volumetria (3500 m3 rispetto ai 1800 m3 del preesistente) venne effettuata una sperimentazione realizzata su un impianto pilota, per verificare l’efficacia tecnico economica di una soluzione di questo tipo. Il flocculante testato era cloruro ferrico in soluzione commerciale.

Si voleva in questo modo verificare la possibilità di diminuire il carico inquinante in ingresso alla fase di ossidazione, cercando di ottenere il duplice risultato di diminuire sia la quantità di fango da destinare al successivo trattamento di digestione anaerobica, sia il consumo energetico per l’ossigenazione della biomassa.

A tale scopo venne utilizzato un impianto pilota costituito da un sedimentatore primario, una vasca di ossidazione, e un sedimentatore finale.

Il dosaggio di cloruro ferrico (soluzione al 41% in peso) venne determinato tramite prove preliminari eseguite con jar test e venne fissato in 70 mg/lt, ed il punto di dosaggio era il sedimentatore primario dell’unità pilota. La portata di alimentazione di 160 lt/h. Il tempo di ritenzione in sedimentazione primaria pari 2 ore, e in ossidazione a 3,5 ore.

I campionamenti venivano eseguiti tre volte a settimana sia sulla linea acque (punti di prelievo ingresso, uscita sedimentatore primario, e uscita finale), che sulla linea fanghi (ossidazione biologica).

I parametri determinati in linea acqua comprendevano Ph, COD, Fosforo totale, Solidi sospesi totali e tutte le forme di azoto (TKN, N-NO2, N-NO3)

I parametri ricercati sulla linea fanghi (ossidazione biologica) erano la concentrazione di fango, la percentuale di sostanza volatile e l’indice di volume dei fanghi (MLSS-MLVSS e SVI).

Le percentuali di abbattimento ottenute sull’impianto pilota vennero confrontate con quelle dell’impianto reale. Come era logico attendersi le percentuali di abbattimento di parametri quali il COD e i solidi sospesi totali risultarono maggiori nel sedimentatore primario pilota, rispetto a quelle riscontrate sull’impianto reale, con incrementi del 30% e del 20% rispettivamente.

La valutazione del consumo energetico necessario alla biodegradazione dei reflui in fase biologica, assumendo come valore di riferimento quello di 0,6 KWh/Kg COD, reperito in letteratura, permise di stabilire che il trattamento poteva diminuire il consumo energetico del 12,7%. Il consumo medio dell’impianto in esercizio era di 1900 Kwh, mentre con il dosaggio di flocculante si poteva ridurre a 1658 KWh.

L’aggiunta di flocculante implicava una produzione aggiuntiva di fango chimico, costituito principalmente da fosfato ferrico di circa 0,4 Kg/Kg di FeCl3 dosato, pari a 106 Kg/g.

Ma il minor carico inquinante che veniva inviato in fase di ossidazione permetteva una riduzione della produzione di fango biologico pari al 26% (962 kg/giorno nel processo convenzionale, 712 Kg/g nel processo di pre-precipitazione).

La produzione totale di fango inviato in digestione anaerobica risultava cosi ridotta del 14% rispetto alla gestione con solo trattamento biologico. Oltre a questo, considerando che il fango chimico risultava più concentrato ed ispessito, rispetto al solo fango biologico (primario+supero), si poteva diminuire la volumetria del fango che si doveva inviare al digestore che risultava sovraccaricato. In questo modo ne avrebbe beneficiato anche la resa in biogas.

La riduzione di carico organico influente in ossidazione biologica avrebbe favorito anche il rendimento della reazione di nitrificazione.

Vista la situazione di criticità dell’impianto si decise di sperimentare soltanto il dosaggio di flocculante di 70 mg, e si misero in opera delle strutture provvisorie ed asportabili per il dosaggio di flocculante.

I risultati sulla gestione operativa dell’impianto si dimostrarono congruenti con quelli della sperimentazione.

In questo modo si riuscì a gestire una situazione di criticità gestionale, che, vista anche la vicinanza dell’impianto a un centro commerciale, e a uffici amministrativi, sarebbe potuta diventare delicata dal punto di vista delle molestie olfattive. La riduzione di fango caricato, migliorò decisamente la produzione di biogas del digestore e quindi la riduzione della sostanza organica volatile suscettibile di produrre cattivi odori. Per quanto riguarda invece il beneficio dovuto al risparmio energetico, non essendo stato previsto nella fase di progetto iniziale il recupero del biogas prodotto, che viene tuttora utilizzato solo per il riscaldamento del digestore, esso si limitò al minor consumo per l’ossigenazione della biomassa nella sezione di ossidazione biologica.

Il dosaggio di cloruro ferrico venne mantenuto per due anni e mezzo. Nell’agosto del 1999 si collaudarono e si misero in funzione le nuove sezioni di impianto, e l’impianto di dosaggio del cloruro ferrico venne smantellato.

L’esperienza è interessante, e dimostra come in casi sia di sovraccarico, che di necessità di raggiungere limiti più restrittivi allo scarico, si possano mettere in atto soluzioni provvisorie ma decisamente efficaci.

Il ricordo di quel periodo è certamente quello di un impegno abbastanza gravoso, anche per il laboratorio. Va precisato che in quel periodo non erano ancora stati introdotti i kit analitici, e tutte le analisi venivano effettuate con metodiche tradizionali. Ma alla fine il lavoro diede i suoi frutti, e il ricordo che ho è quello di una collaborazione proficua tra tutti settori che si impegnarono per questa realizzazione.

Ora per l’impianto di Varese si prospetta un’ulteriore fase di ampliamento per continuarne la vita operativa. Il decano dei depuratori nel territorio provinciale di Varese svolge infatti il suo lavoro di “lavaggio delle acque” dal lontano 1983.

Michael Mann: Percezione e negazione del cambiamento climatico.

In evidenza

Mauro Icardi

Michael Mann fisico e climatologo, attualmente ancora impegnato nella collaborazione con l’IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), Direttore dell’Earth System Science Center presso la Pennsylvania State University, e autore di “La terra brucia” in questi giorni è stato in visita in Italia.

Mann ha tenuto una serie di incontri dedicati ai cambiamenti climatici, e al triste fenomeno del negazionismo relativamente alla sua origine antropica. Io ho potuto ( e voluto) assistere a quello tenutosi nella sede della Società Meteorologica Italiana, cioè nel Real Collegio Carlo Alberto di Moncalieri, dove la stessa venne fondata nel 1865 da Francesco Denza, padre barnabita, meteorologo e astronomo.

Prima dell’inizio della conferenza ho avuto la possibilità di visitare la collezione archeologica, la raccolta di strumenti scientifici e la collezione dei dati meteorologici raccolti da padre Denza.

Sono stato fatto salire anche sulla la torretta dell’osservatorio meteorologico dove il religioso si dedicava alle osservazioni astronomiche e meteorologiche.

La mia curiosità è stata ampiamente soddisfatta ed appagata. Anche perché non mancano strumenti che ho potuto utilizzare negli anni di studio, per esempio l’ebulliometro di Malligand.

La foto che segue mostra il professor Mann ritratto davanti a questa parte della raccolta.

Esaurita questa piacevolissima anteprima, la conferenza tenuta dal professor Mann ha positivamente rinforzato le mie convinzioni. Convinzioni che ormai da anni mi portano a cercare di mettere in pratica azioni virtuose ,volte a ridurre quanto più possibile il mio valore di emissioni di CO2. La mia formazione personale è passata anche attraverso l’esperienza ed il ricordo degli anni dell’austerity e della crisi energetica. L’esempio pratico della possibilità di una vita personale appagante, ma che non fosse preda di bramosie consumistiche ed esageratamente edonistiche viene dall’educazione che i miei genitori hanno voluto non impartirmi, ma direi donarmi.

E tutto questo di fatto è una buona base di partenza.

All’inizio della conferenza, già le parole di presentazione di Luca Mercalli inquadrano quello che sarà il tema della serata. Di fronte ai dati scientifici validati dall’istituto di Scienze dell’atmosfera e del Clima, che mostrano come la primavera del 2018 risulti essere la quarta più calda in Italia, con un aumento di temperatura media di 1,8°C, queste ragioni spariscono di fronte alle percezioni e alle opinioni comuni. E’ stata una primavera piovosa, e questo basta perché la gente la avverta automaticamente come una primavera fredda. Con buona pace di grafici e studi scientifici.

L’intervento di Michael Mann da poi conto di molte situazioni surreali e palesemente assurde. Ma prima di parlarne è giusto ricordare l’importanza e il colossale lavoro svolto da Mann e dai suoi collaboratori alla fine degli anni 90.

La raccolta dei dati sulle temperature di migliaia di anni, lo studio dei coralli, degli anelli di crescita degli alberi e i ghiacci polari. Alla fine della ricerca i dati vengono raccolti in un grafico, poi pubblicato su Nature, e conosciuto come il grafico della “mazza da hockey” (hockey stick).La curva della temperatura terrestre che è piatta, improvvisamente si impenna in corrispondenza degli ultimi due secoli, della rivoluzione industriale, dalla sempre maggior quantità di carbone, petrolio e gas naturale bruciato dall’uomo per le proprie necessità. Necessità che col tempo forse si sono trasformate, almeno in parte, in capricci consumistici.

Mann riesce a catturare l’attenzione. Potrebbe non essere così immediato, visto che ovviamente parla in inglese. Ma in sala non vola una mosca.

Scorrono anche diapositive che mi interessano particolarmente. Il cambiamento climatico impatterà, anzi sta già impattando sulle modalità di approvvigionamento delle risorse idriche. L’esempio della California è recente. E viene mostrato.

Ma il tema della serata è centrato sul negazionismo. Sulla pretesa che la pubblica opinione o la cattiva politica possano sfuggire alle evidenze scientifiche, nonché alle leggi fisiche. Sembrerebbe una specie di incubo. Invece è una deprimente e triste realtà. L’indice delle parole proibite dall’amministrazione Trump, come “evoluzionismo” è purtroppo storia recente.

Le teorie e gli studi di Mann sono stati oggetto di ogni sorta di attacchi e minacce. Minacce provenienti sia dall’ambiente scientifico, che da quello politico o dell’opinione pubblica. Mi colpiscono due cose che il professore ci mostra. La prima è la dichiarazione da parte di un membro del congresso degli Stati Uniti che l’innalzamento dei mari sia causato dalle rocce che vi finiscono dentro. La seconda opinione (che purtroppo non è mancata nemmeno in Italia) è la convinzione che in ogni caso il riscaldamento globale sia una buona cosa, una “good thing”. Un immaginario che vede la trasformazione dell’Italia, degli Usa e del pianeta in un unico enorme paradiso turistico. L’idea di un “non luogo” come quelli teorizzati dall’etnologo Marc Augè che non solo non ha nulla di realistico, ma che sottovaluta superficialmente i problemi concreti e reali del riscaldamento globale.

Devo dire che non provo nemmeno sbigottimento o stupore. Parlando di questi temi ho potuto constatare personalmente quanto abbia spazio nelle menti di molte persone, quel sottile e subdolo meccanismo di rimozione e negazione. Che in ultima analisi è solo una scusa per non agire, per procrastinare il necessario cambiamento di strategie politiche e di abitudini personali. Il solo fatto che sia ritornato ad usare la bici come mezzo di trasporto per recarmi al lavoro mi ha probabilmente qualificato agli occhi dei colleghi come eccentrico, se non incosciente.

Al termine della conferenza provo di nuovo una sensazione che non riesco a descrivere. Che è quella di sapere profondamente che non devo derogare alle mie convinzioni, e che devo continuare sulla strada intrapresa. Che passa non solo attraverso una revisione continua delle mie abitudini, nella verifica dei miei veri bisogni, ma anche attraverso un impegno di cui non mi posso privare. Anche se può sembrare faticoso o improbo. Di studio e di divulgazione. Sento che tutto questo mi fa stare bene. In pace con me stesso. Sento in maniera profondamente intuitiva che questa è la strada giusta.

E voglio lasciare alle parole del Professor Mann la chiusura e la sintesi.

«Qual è il ruolo appropriato per gli scienziati nelle discussioni pubbliche a proposito di cambiamenti climatici? Devono restare rinchiusi nei laboratori con le teste sprofondate nei loro laptops? Oppure devono impegnarsi in sforzi vigorosi per comunicare le loro scoperte e parlare delle conseguenze?

Un tempo avrei sostenuto il primo punto di vista… non desideravo nulla di più che essere lasciato solo ad analizzare i dati, costruire modelli teorici e fare scienza guidato dalla curiosità. Pensavo toccasse ad altri pubblicizzare le implicazioni delle ricerche. Prendere anche lontanamente posizione sulle politiche riguardanti il cambiamento climatico mi appariva come anatema.

Tutto ciò che ho sperimentato negli anni, mi ha convinto che quel punto di vista era sbagliato. Sono diventato involontariamente un personaggio pubblico quando il nostro lavoro finì sotto i riflettori dei media alla fine degli anni ’90. Posso continuare a convivere con gli assalti cinici contro la mia integrità e la mia persona portati avanti dalla macchina del negazionismo finanziato dalle multinazionali. Quello con cui non posso convivere è il rimanere in silenzio, mentre gli esseri umani, confusi e ingannati dalla propaganda dell’industria petrolifera, vengono condotti senza saperlo lungo un cammino tragico che condannerà le future generazioni. Come spiegheremo ai nostri nipoti che abbiamo visto approssimarsi la minaccia, ma non abbiamo fatto tutto ciò che era in nostro potere per assicurarci che l’umanità prendesse le giuste contromisure?»

(Michael E. Mann, The Hockey Stick and the climate wars, Columbia University Press 2012)

NB Questo articolo vuole anche essere un ringraziamento a Luca Mercalli, Claudio Cassardo, Daniele Cat Berro, Valentina Accordion della Società Meteorologica Italiana. Non solo per l’organizzazione di questa serata e della conferenza, ma per il loro lavoro di questi anni.

Mi prendi un campione?

Mauro Icardi

Quando al lavoro pronuncio questa frase vuol dire che, quasi sempre mi trovo a far fronte ad un problema.

Di solito è l’assenza non prevista di colleghi per malattie proprie, o dei figli piccoli. A quel punto, se non voglio soccombere, devo chiedere un aiuto ai ragazzi che si occupano della conduzione e manutenzione dell’impianto. Il prelievo di un campione di acqua da un campionatore programmabile generalmente è un’operazione tutto sommato semplice. La questione è diversa quando si tratta dei campioni della linea fanghi. Sia che siano destinati ad analisi che devono essere svolte nel laboratorio aziendale, sia che invece debbano essere inviate a laboratori esterni. Cerco di dare delle indicazioni di massima per avere un campione rappresentativo. E cerco di far capire che il campionamento è la fase fondamentale di un’analisi. In questo modo cerco anche di comunicare qualcosa della filosofia chimica. Quella analitica in particolare. Posto che la chimica ancora per troppi rappresenti un concetto negativo , è anche difficile fare capire che il chimico che svolge un’analisi non è un indovino. Che deve seguire un preciso percorso metodologico, sia quando preleva un campione, ma anche quando lo deve pretrattare prima di sottoporlo ad analisi.

Cerco di spiegare che l’analisi della medesima sostanza in materiali diversi può presentare problemi analitici anche sensibilmente differenti. Per esempio la determinazione del ferro nel sangue, in una lega metallica o negli spinaci.

Quindi mi diletto a parlare di queste cose. Qualche volta il mio interlocutore è attento, altre volte visibilmente annoiato. Oppure pensa che io lo stia sottoponendo ad una delle famose “supercazzole” divenute famose grazie al film “Amici miei”. Questo accade quando pronuncio qualche parola che per me è ovviamente usuale. Terminologia tecnica, o qualche formula chimica che risulta a chi mi ascolta particolarmente astrusa. Sembra che il linguaggio e la terminologia della chimica risulti particolarmente indigesto. Infatti secondo alcuni dei miei colleghi io per l’analisi dei metalli utilizzo “l’assorbitore atomico”.

Qualche altro collega , per animare la conversazione mi propone improbabili teorie. Queste notizie sono reperite normalmente su siti, o su programmi televisivi decisamente poco attendibili . Se ci pensiamo bene se ci si vuole informare in maniera corretta, occorre fare un capillare lavoro di verifica dell’attendibilità delle fonti. Smontare teorie assurde o palesemente false nel corso di queste conversazioni, mi fa provare inevitabilmente ad una sensazione di stanchezza e fatica.

Un’altra delle cose che succede, è che chi preleva campioni di fanghi, nonostante io gli dica che la quantità che mi serve è per esempio di circa 250 grammi, si presenta in laboratorio con un barattolo da un chilo pieno fino all’orlo. Quasi che esista un collegamento più campione= analisi più precisa. Forse l’idea che un chimico si occupi di concentrazioni a volte davvero molto basse induce ad un ragionamento di questo tipo. Si tratta di fanghi che poi tendono a gassificare anche se sono già stati già sottoposti al processo di disidratazione. Quindi non mi rimane che liberarmi dell’eccesso, pena riempire il frigorifero del laboratorio di barattoli e campioni inutili.

Non manca mai, e anzi continua l’incomprensione quando parlo del fatto che un problema analitico non si risolve possedendo arti divinatorie, ma che l’approccio al problema analitico deve essere sistematico, cioè non si deve improvvisare. Un dialogo di questo tipo si presenta quando qualcuno mi porta un campione che in questo caso non gli ho chiesto di prelevarmi, ma che invece è stato prelevato di sua iniziativa in qualche punto dell’impianto o della rete di acquedotto. L’intenzione è lodevole, ma di solito non so dove e come il campione sia stato prelevato, e con quali modalità. E la stessa cosa vale per chi mi chiede qualche volta l’analisi dell’acqua di casa. Propongo di fornire i contenitori che uso in laboratorio. Ma l’offerta viene spesso rispedita al mittente. Quindi negli anni mi sono giunti campioni in bottigliette di acqua, in contenitori di marmellata, e anche in scatole di biscotti e caramelle, se erano solidi o polverulenti. E questi campioni sono stati conservati in maniera non ben definita E’ quindi del tutto evidente che questa sia una battaglia persa . La morale finale è quella che, la frase “Scusa puoi prendermi un campione ?” la sto pronunciando ormai da tempo il meno possibile. Preferisco, anche a costo di variare l’impostazione di un programma di lavoro già definito, recarmi di persona per effettuare il campionamento. O accompagnare la persona che è stata incaricata di farlo. Credo che il chimico che lavora con coscienza sa di assumersi una responsabilità di fronte alle persone per le quali sta svolgendo il servizio. E quindi delegare sull’effettuazione dei campionamenti, o delle verifiche sul campo sarebbe come venir meno ad un impegno da cui non mi sento di derogare.

Questo mi pone alcune volte un problema di come ottimizzare il mio tempo, ma è l’unica soluzione possibile. Sarebbe interessante pensare ad un corso interno per insegnare le modalità di base del campionamento per il personale di impianto. Un’idea che però non è ancora stato possibile realizzare fattivamente.

Un ultima considerazione relativa alle fasi di preparazione di un’analisi. Credo che occorra insegnare con molta attenzione il giusto pretrattamento dei campioni. Spesso ho avuto discussioni anche molto accanite su questo aspetto del lavoro. Visto che sono convinto che il punto critico del trattamento di depurazione convenzionale risieda nella linea fanghi, se il campione proviene da quel trattamento occorre convertire l’analita che si andrà a determinare nel modo migliore e nella forma più adatta per la successiva analisi.

Questo ultimo tipo di problema è come uno spartiacque. Sembra che dedicare più tempo al pretrattamento sia una perdita di tempo inutile, e limiti la produttività. E invece è una fase fondamentale.

Non è argomento facile quando l’interlocutore non è un tecnico. La difficile conversazione che da sempre esiste tra il settore tecnico e quello amministrativo. Credo in ogni azienda.

Due capitoli significativi del Sistema Periodico di Levi: Cromo e Azoto

Mauro Icardi

Credo che nell’opera di Primo Levi “Il sistema periodico” sia uno dei libri più rappresentativi. Il libro è essenziale, e non è un caso che nel 2006 la Royal Institution britannica lo abbia scelto come il migliore di scienza mai scritto. In realtà non si può definirlo soltanto un testo scientifico, in quanto è un testo anche autobiografico. E’ un libro che ho molto regalato e molto consigliato. Che può essere apprezzato dai chimici e dai non chimici.

Forse può sembrare riduttivo, ma dovendo scegliere due capitoli che incarnino pienamente lo spirito del chimico, ed in particolare quello del chimico che applica la sua conoscenza nella risoluzione di problemi pratici, due risaltino in maniera particolare: “Cromo” e “Azoto”.

Il primo ambientato nell’immediato dopoguerra, racconta l’esperienza di Levi nel suo primo approccio con l’industria dei prodotti vernicianti, che sarà poi il lavoro che lo scrittore svolgerà per buona parte della sua esperienza lavorativa alla SIVA di Settimo Torinese.

Nel 1946 Levi lavora alla Duco di Avigliana. L’esperienza del Lager è recente e viva nella sua memoria. E’ spesso triste, isolato. Ma in quel periodo su uno dei fumosi ed arrangiati treni del dopoguerra che lo trasportano da Torino alla fabbrica in riva al lago, lo scrittore conosce quella che diventerà sua moglie, Lucia Morpurgo. E contemporaneamente, mentre nelle ore morte del lavoro continua la stesura di “Se questo è un uomo”, riceve finalmente un incarico che lo sottrae alla routine ed alla noia. Deve occuparsi di risolvere un problema. Provare a recuperare un lotto di vernici solidificate ed apparentemente inutilizzabili che giacciono in un angolo del cortile dell’azienda.

La soluzione del problema della vernice antiruggine ai cromati affronta uno dei temi cari allo scrittore. Quello del lavoro, della sua etica. Levi che nel primo periodo di lavoro non ha compiti fissi e viene invitato a studiare il processo di produzione delle vernici e a tradurre articoli tecnici dal tedesco, soffre di questa sua inattività pratica.

Ma finalmente il direttore dell’azienda lo incarica di recuperare le vernici inservibili. E Levi si appassiona. Ottiene i certificati di collaudo delle materie prime, i referti analitici delle vecchie analisi di controllo qualità. Si guadagna la nomea di rompiscatole. Ma finalmente capisce da dove origina il problema della solidificazione di quelle vernici. Il cromato acquistato per la produzione delle vernici deve, per contratto, non contenere meno del 28% di ossido di cromo totale. Ma la ricerca d’archivio mostra una anomalia sconcertante. Ogni lotto di cromato acquistato e collaudato mostra una percentuale di ossido fissa ed immutabile, cioè il 29,5% tra un lotto ed un altro. Ed è proprio questa anormalità, questo ripetersi di cifre uguali che fanno torcere le fibre di chimico di Levi. Che recuperate le quasi inviolabili PDC (prescrizioni di collaudo), leggendole con attenzione si accorge di un errore, dovuto ad una dimenticanza. Ovvero la scheda di collaudo è stata revisionata, e nell’istruzione operativa per il colludo del pigmento si legge che dopo la dissoluzione del pigmento, si devono aggiungere 23 gocce di un certo reattivo. Ma nella scheda precedente si legge che dopo la dissoluzione si devono aggiungere 2 o 3 gocce di reattivo. La “o” fondamentale è sparita nella trascrizione e revisione della scheda. L’eccesso ingiustificato di reattivo aggiunto ha falsato le analisi su quel valore fittizio di 29,5%, che ha nascosto ed impedito di respingere lotti di pigmenti troppo basici e che si sarebbero dovuti scartare.

Levi riuscirà a risolvere il problema inserendo nella formulazione di quel tipo di vernice il cloruro d’ammonio, che combinandosi con l’ossido di piombo, e liberando ammoniaca correggerà l’eccesso di basicità. Passeranno poi gli anni, e il cloruro d’ammonio inserito da Levi si continuerà ad usare, anche se a rigor di logica avrebbe dovuto essere utilizzato unicamente per recuperare le vernici non conformi.

Questo capitolo del libro mi è sempre molto piaciuto. Credo non sia così infrequente quando si lavora, dover fare i conti con alcune convenzioni radicate, che si continuano ad osservare, ma che ormai sono prive di significato pratico. Posso dire che mi sono capitate. Molte volte soprattutto nella gestione di alcune sezioni del depuratore. E queste situazioni insegnano a relazionarsi al meglio. Perché prendere il problema di punta, o scontrarsi non sortirebbe alcun risultato. Un episodio ricollegabile all’atmosfera di questo racconto Leviano mi capitò nei primi anni di lavoro. Un addetto alla conduzione dell’impianto mi venne a cercare per dirmi che a suo parere “avevamo fatto estrarre troppo fango di supero, e in disidratazione di fango non ne arrivava più”

Premetto che un’eventualità di questo genere e quantomeno remota se non impossibile. Una vasca di ossidazione si svuota se sono in avaria le pompe di ricircolo. E’ un’impresa svuotarle con un’eventuale errata impostazione delle pompe di spurgo. E questo l’ho capito dalla teoria e da molta pratica sul campo. Ma allora era da poco meno di un anno che lavoravo nel settore. Mi aspettavo di trovare un fango con poca concentrazione di solidi, molto diluito. In realtà non trovai proprio nulla. Semplicemente il trascinamento di materiale sfuggito alla sezione di grigliatura (il famigerato “malloppo” di bastoncini per orecchie, e un groviglio di calze da donna) aveva ostruito la girante di una pompa. E quindi interrotto il flusso idraulico. L’episodio mi fece tornare in mente il racconto di Levi.

Molte volte le abitudini, la potente narcosi delle pratiche burocratiche possono spegnere le migliori intenzioni. E l’atmosfera di “Cromo” ne da conto con uno stile profondamente umoristico.

Il secondo racconto del libro che ho letto e riletto, e che molte volte mi capita di citare è “Azoto”.

In questo racconto è narrata la singolare e fallimentare ricerca di sintetizzare allossana da utilizzare per la formulazione di rossetti per labbra. Essendo la molecola sintetizzabile per demolizione ossidativa dell’acido urico, Levi cerca di procurarsi la materia prima cercando vari tipi di escrementi, di rettili o di uccelli (le galline in questo caso) che ne sono ricchi, perché eliminano l’azoto allo stato solido come acido urico insolubile, e non allo stato liquido come nei mammiferi tramite la molecola di urea.

Qui le riflessioni di Levi sulla materia “né nobile, né vile” sulla poca, anzi nulla importanza della sua origine prossima, meriterebbero di essere lette come programma nei corsi e nelle lezioni divulgative di chimica.

Anche qui c’è un fondo umoristico ed una riflessione autobiografica. Pensare che una materia prima per produrre rossetti destinati ad abbellire le labbra delle signore, possa provenire da escrementi di gallina non turba per nulla Levi. Non è avvezzo a certi ribrezzi, soprattutto dopo l’esperienza del Lager.

Io mi sono servito di questo racconto, e delle riflessioni di Levi sulla materia quando mi è capitato di parlare di argomenti quali il riciclo integrale di acque reflue, o della gestione o analisi di campioni “difficili” quali fanghi, morchie, o residui alimentari, in particolare i fanghi provenienti dalla depurazione di acque di salumificio o dalla produzione di pasti per mense scolastiche.

Non ho mai avuto problemi nell’occuparmi di queste tipologie di campioni, a differenza di colleghi o di studenti che in visita agli impianti di trattamento, o durante gli stages si trovavano in una comprensibile e tutto sommato ovvia difficoltà.

Eppure proprio in “Azoto” Levi descrive in maniera mirabile un ciclo, quello dell’Azoto appunto, con molta naturalezza e semplicità. Cogliendo in pieno la filosofia della chimica come scienza della materia e delle sue trasformazioni. Due capitoli di un libro “Il sistema periodico” che ancor più de “La chiave a stella” avvicina il lettore alla doppia anima di Primo Levi. Al suo mestiere di chimico a quello di scrittore. Sono ancora molte le persone che non sanno che Levi era un chimico. Leggendo questo libro capirebbero alcune cose di chimica, molte altre su Levi. Un autore che va letto perché ha molto da dirci. La dualità di chimico e scrittore è il fondamento del suo stile letterario.

La depurazione delle acque reflue e il problema dell’antibiotico resistenza

Mauro Icardi

Gli impianti di depurazione tradizionali a fanghi attivi sono stati sviluppati negli anni che vanno dalla fine dell’ottocento, fino ai primi anni del novecento. L’invenzione del processo a fanghi attivi è collegato con gli sforzi degli ingegneri inglesi e americani per migliorare la depurazione biologica che fino a quel momento avveniva tramite sistemi a biomassa adesa (filtri percolatori).

Partendo dalla necessità iniziale di diminuire i problemi di odori nelle reti fognarie Arden & Locket notarono che ricircolando il fango formatosi durante il periodo di aerazione dei liquami ,si migliorava l’efficienza di trattamento e di intensità del processo depurativo. Questo sistema tradizionale adesso mostra qualche limite, relativamente alla diffusione di inquinanti emergenti di difficile o, in qualche caso, impossibile degradazione per via biologica. L’altro limite del sistema a fanghi attivi tradizionale è quello legato alla produzione di fanghi, e al loro corretto smaltimento o riutilizzo.

Posto che i fanghi sono il prodotto inevitabile di questa tecnica depurativa in essi si concentrano gli inquinanti rimossi dal liquame depurato, ma anche parte dei nuovi inquinanti.

Studi recenti hanno dimostrato che negli impianti di depurazione, ma anche nei fanghi prodotti dal trattamento possono avvenire processi nei quali aumenta la resistenza antibiotica. Il meccanismo è quello del trasferimento di geni tra batteri non patogeni e batteri patogeni.

La resistenza agli antibiotici da parte dei microrganismi può diventare uno dei principali problemi di salute pubblica. Si stima un aumento di decessi legati a problemi di resistenza antibiotica che potrebbe arrivare a causare 10 milioni di decessi causati da infezioni che i normali antibiotici in commercio non sarebbero più in grado di debellare. Quanto maggiore è il numero di antibiotici utilizzati, tanto più veloce sarà la diffusione della resistenza agli stessi. Quindi ottimizzare l’utilizzo degli antibiotici in ambito agricolo e clinico è il primo passo da compiere.

Contestualmente all’estensione di sistemi di trattamento adeguati delle acque reflue nei paesi che ne sono ancora privi.

Laddove invece i depuratori siano presenti è necessario implementare il trattamento terziario di ultima generazione (sistemi MBR o filtri in nanotubi di carbonio)

Per quanto attiene al trattamento dei fanghi prodotti negli impianti di depurazione occorre implementare sistemi efficienti di trattamento, che igienizzino i fanghi, e ne riducano il potenziale patogeno.

Il trattamento di digestione anaerobica può essere già parzialmente efficace nel ridurre il fenomeno dell’antibiotico resistenza. Per migliorare ulteriormente l’efficacia sarebbe opportuno intervenire sulla gestione di processo dei digestori.

I digestori anaerobici che normalmente lavorano in un range di temperatura favorevole al metabolismo dei batteri mesofili (valori ottimali di temperatura di esercizio 30-35°C), dovrebbero passare al trattamento termofilo (valori ottimali 55-60° C) . Questo favorirebbe una maggior igienizzazione del fango.

Il processo termofilo se associato alla codigestione di matrici organiche esterne, quali frazione umida di rifiuti organici (FORSU) avrebbe anche benefici consistenti nella maggior produzione di biogas . Un circolo virtuoso che in alcuni paesi europei quali Francia e Norvegia è già stato diffusamente sviluppato.

Ma il fenomeno della resistenza antibiotica si verifica anche sui fanghi che sono stati sottoposti al trattamento di disidratazione. Un recente studio pubblicato su “Environmental Science Water & research technology” lo scorso Aprile ha confermato questa ipotesi. Ed ha proposto di estendere al trattamento di disidratazione, ed eventuale essicamento dei fanghi, quello termochimico di pirolisi.

Per verificarne l’efficacia si sono utilizzati come indicatori sia il gene rRNA16s, sia gli integroni di classe 1.

I secondi sono già normalmente utilizzati come indicatori di contaminazione e stress ambientale dovute alla diffusione dell’antibiotico resistenza nell’ambiente.

Le prove di pirolisi eseguite in laboratorio su fanghi provenienti da depuratori municipali hanno rivelato che per esempio il gene del rRNA 16S è stato significativamente ridotto operando con temperature di pirolisi tra i 300 e i 700°C.

Lo studio suggerisce quindi di utilizzare il trattamento di pirolisi come tecnica per ridurre l’antibiotico resistenza nei fanghi da destinare a smaltimento finale, o a utilizzo agricolo. I prodotti ottenuti dal trattamento pirolitico, cioè syngas e biochair, sarebbero riutilizzabili. Il primo come combustibile, il secondo come concime o ammendante per terreni. Il trattamento di pirolisi ridurrebbe nel biochair prodotto in primo luogo la contaminazione da antibiotico resistenza, ma anche la presenza di altri inquinanti indesiderati, quali il PCB e le diossine tra gli altri. Mantenendo solo gli elementi essenziali quali azoto e fosforo. Un modo per contrastare anche lo sbilanciamento dei cicli biogeochimici di questi due elementi.

Come si può vedere dalle premesse, il settore del trattamento delle acque reflue si trova davanti ad alcune sfide primarie. La prima fra tutte è quella di una profonda evoluzione delle tecniche da applicare per trattamenti spinti di depurazione delle acque reflue, che sempre più si caricano di inquinanti emergenti. Ma anche di riutilizzo e corretta gestione dei fanghi prodotti dai trattamenti tradizionali, così da renderli riutilizzabili ed ecocompatibili. La diffusione generalizzata ed ubiquitaria di nuovi inquinanti non può più essere sottovalutata. E il problema dell’antibiotico resistenza è una emergenza in qualche modo sottovalutata. Occorre pensare in termini di lungo periodo. E destinare risorse economiche ed umane a questa rivoluzione del settore. Una rivoluzione tecnica che si collegherebbe idealmente con quella del secolo scorso, che diede il via allo sviluppo e alla maturità tecnica della depurazione delle acque reflue. E a cui, almeno noi abitanti dei paesi occidentali dobbiamo anche una buona parte del nostro benessere e della nostra salute.

Link di approfondimento.

http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ew/c8ew00141c#!divAbstract

https://www.laboratoriol2a.it/inquinamento-da-antibiotici/

http://verbanonews.it/index.php/categorie/primo-piano/8580-antibiotici-e-metalli-pesanti-nelle-acque-reflue-lo-studio-del-cnr-di-pallanza-pubblicato-da-una-prestigiosa-rivista-scientifica

I controlli sulle acque reflue come monitoraggio sanitario

Mauro Icardi

Dal 2004 fino a tutto il 2012 presso l’impianto di depurazione di Varese, si sono svolte diverse campagne di monitoraggio aventi lo scopo di verificare le quantità e le concentrazioni di metaboliti di farmaci e di droghe d’abuso, in particolare la cocaina. In particolare io mi sono occupato del controllo dell’impostazione corretta dei campionatori programmabili, e della supervisione ai campionamenti . I prelievi venivano predisposti nell’arco temporale di una settimana e in periodi di tempo secco. Queste attività si sono svolte in collaborazione con l’Istituto farmacologico Mario Negri di Milano, e con l’Università dell’Insubria di Varese. L’ateneo ha successivamente svolto altre campagne di campionamento focalizzando maggiormente l’attenzione su altri aspetti , in particolare la verifica di funzionalità degli impianti di depurazione tradizionali relativamente alle rese di abbattimento di questi particolari inquinanti che rientrano tra quelli definiti emergenti. Nel caso delle verifiche effettuate in collaborazione con l’Istituto Mario Negri i campioni venivano prelevati all’ingresso impianto. Per le successive campagne svolte con l’Università di Varese, anche all’uscita dell’impianto. In questo caso per ottenere dati congruenti   la partenza del ciclo di prelievi era ritardata tenendo conto del tempo di ritenzione idraulica, relativo a tutte le fasi di trattamento delle acque fognarie. Entrambi i campionatori erano comunque impostati con frequenza di campionamento proporzionale alle variazioni di portata idraulica.

Nel 2005 venne pubblicato il risultato della campagna di monitoraggio del lavoro svolto dal gruppo di Fanelli e Zuccato dell’Istituto di Ricerche Farmacologiche Mario Negri in collaborazione con Davide Calamari dell’Università dell’Insubria, purtroppo deceduto prematuramente.

https://ehjournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/1476-069X-4-14I campionamenti furono effettuati anche su altri tre impianti di depurazione di acque reflue, quelli di Cuneo, Latina e Cagliari e sul fiume Po.

La determinazione della Cocaina e del suo principale metabolita, la benzoilecgonina (BE) furono determinati attraverso l’utilizzo combinato di cromatografia liquida e spettrometria di massa, presumendo il riscontro di quantità basse. Questo servì a stabilire che effettivamente i due composti si potevano misurare e per verificare che il loro rapporto fosse compatibile con quello che viene indicato da altri studi nell’uomo, e cioè circa 0,15 parti di cocaina per ogni parte di BE eliminata. La BE è escreta completamente attraverso le urine, la cocaina solo in parte.

Le misure effettuate presso i depuratori di quattro città di provincia italiane e cioè Cagliari, Cuneo, Latina e Varese stabilirono inoltre le concentrazioni di BE che oscillavano a seconda delle città da 383.000 a 751.000 picogrammi per litro. Sulle acque superficiali del fiume Po si ci si rese conto, considerando una portata media di 750 m3/sec ,che il fiume trasportava 4 kg al giorno di cocaina. Ogni anno poco più di una tonnellata (1,3 t).
Nello stesso modo considerando i valori di portata influente sugli impianti oggetto di monitoraggio si verificarono le quantità di cocaina che vi transitavano. Il valore per Varese risultò pari a circa 13 kg/anno di cocaina, del tutto simile a quelli degli impianti di Cuneo e Latina, pari a 11 e 12 kg/anno rispettivamente. Il valore più elevato riscontrato a Cagliari (47kg/anno) è da riferirsi ad una città con dimensioni e popolazione maggiori. Successivamente due monitoraggi   effettuati da studenti del corso di Ingegneria della sicurezza dell’ambiente dell’Università dell’Insubria , effettuati sul depuratore di Varese hanno mostrato incremento di concentrazione di metaboliti della cocaina nei campioni di acque prelevate nel fine settimana. L’incremento di concentrazione aveva anche punte del 40-50% rispetto ai giorni feriali. Situazione abbastanza prevedibile considerando che a fronte di un consumo già diffuso e abbastanza generalizzato di cocaina, esso si incrementi molto nei fine settimana. L’uso di cocaina per il fenomeno dello sballo del week end.L’altro aspetto che si ipotizzava e che si e confermato, è che il trattamento biologico tradizionale avesse efficacia molto limitata nella rimozione di questo genere di inquinanti, che transitano praticamente inalterati allo scarico finale. Questo, come altri studi simili, dimostra come l’adeguamento generalizzato degli impianti di depurazione, con adatti trattamenti di tipo terziario sia urgente e indifferibile. Ciò che il depuratore non riesce a trattenere finisce inevitabilmente nell’ambiente. Questo è argomento che deve essere affrontato dalla politica, sia a livello nazionale che locale. Studiosi e gestori hanno fornito documentazioni e dati, e considero che il loro compito sia stato correttamente svolto. Molti altri articoli e studi mostrano gli effetti nefasti dei modificanti endocrini e dei composti organici persistenti sulla fauna ittica. Ma purtroppo si può dire, utilizzando una battuta sarcastica, che i pesci sono muti.

E non sentiamo quindi i loro lamenti. Un inquinamento di questo tipo è subdolo. Generalmente non provoca evidenti morie di pesci. Ma per esempio muta i loro caratteri sessuali e la fertilità. Un inquinamento che non si percepisce immediatamente, se non quando il numero di specie ittiche sono ormai ridotte. E un altro importante aspetto da considerare, è quello dell’accumulo di metaboliti provenienti da consumo di farmaci, antidolorifici o calmanti che sono tra quelli più usati. Spesso anche dei farmaci si fa un uso che dovrebbe essere maggiormente ponderato. E occorre verificare gli effetti collaterali che questi metaboliti potrebbero avere sulla nostra salute, attraverso il loro concentrarsi tramite la catena alimentare. Questo aspetto ha del surreale, un effetto boomerang.

Per quanto riguarda l’aspetto morale del consumo di stupefacenti non voglio pronunciarmi. Personalmente ho avuto la fortuna di non subire nessuna fascinazione in tal senso nel corso degli anni. Mi è capitato spesso di parlare con persone cercando quantomeno di sfatare un mito, cioè quello che la cocaina non dia assuefazione e non sia dannosa. Purtroppo molti associano l’uso di questo stupefacente a sensazioni diffuse di benessere e di potenza sessuale. E normalmente a quel punto la conversazione finisce per infilarsi in un “cul de sac” e io solitamente la interrompo.

Questo primo studio ha però dato adito ad un nuovo ulteriore approccio che per altro origina fin dagli anni 90. Cioè il monitoraggio delle acque in ingresso ai depuratori, come strumento per verificare le condizioni di benessere e salute della popolazione in maniera anonima. Questo è il contenuto di un articolo che mi è stato segnalato dal collega di redazione Rinaldo Cervellati che ringrazio.

Pubblicato sulla rivista Chem Eng News suggerisce che, non solo le droghe e i farmaci possano essere monitorati, ma anche per esempio i lipidi, o i metaboliti legati al fumo di sigaretta.

Secondo Rolf Haden un ingegnere ambientale e direttore del Centro per l’Ingegneria della Salute Ambientale presso l’Arizona State University’s Biodesign Institute, all’ingresso di un impianto di trattamento delle acque reflue “Si può osservare tutta la chimica che viene utilizzata in una città. È possibile misurare i metaboliti che sono migrati attraverso il corpo umano. È possibile guardare i farmaci che vengono presi. In sostanza, sei in un luogo dove è possibile osservare la salute umana in tempo reale“.

Nel 2010 , i ricercatori di sette organizzazioni che effettuano misurazioni di questi nuovi inquinanti si sono riuniti per formare la rete SCORE, acronimo di Sewage Analysis CORe group Europe.

Dal 2011 la rete Score ha coordinato misure annuali di quattro droghe illecite-cocaina, 3,4-Methylenedioxymethamphetamine (MDMA, la droga sintetica comunemente nota come ecstasy), anfetamine, e metanfetamine in tutta Europa. La rete riporta tali dati all’Osservatorio europeo delle droghe e delle tossicodipendenze (OEDT), che rilascia i risultati al pubblico nell’ambito dei suoi sforzi in corso per fornire informazioni sui problemi di droga in Europa.

Sebbene l’epidemiologia basata sulle acque reflue si sia finora concentrata principalmente sulle droghe illecite, i ricercatori si stanno attivando per esaminare altri composti. Ad esempio, i membri del SCORE hanno utilizzato l’approccio per monitorare il consumo di composti legali, tra cui caffeina, nicotina e alcol

L’articolo decisamente molto interessante interessante può essere consultato qui:

https://cen.acs.org/environment/water/monitor-health-citiesresidents-look-further/96/i18

La lettura è consigliata perché mostra quali siano le possibilità di un approccio di questo genere, e anche quali gli aspetti organizzativi e pratici. Dalla creazione di circuiti interlaboratorio per la verifica delle performance analitiche, la scelta delle molecole da determinare in funzione delle loro stabilità e delle eventuali modificazioni durante il transito negli impianti, fino alla gestione di altri dati da interfacciare ai risultati delle analisi (popolazione residente, portate affluenti agli impianti di trattamento ecc..).

E concentrandosi non solo sulle fasi acquose, ma a maggior ragione sui fanghi di risulta, dove si accumulano le sostanze depurate in fase acquosa.

Rispetto ai lavori precedenti sulle droghe illecite, l’epidemiologia basata sulle acque reflue con marcatori di salute endogeni ha avuto un avvio lento. Ma è auspicabile che possa essere sviluppata ulteriormente.

Il mio personale auspicio è ovviamente quello che queste iniziative portino in primo luogo maggior consapevolezza nella popolazione. Siamo noi consumatori che, dobbiamo e possiamo modificare i nostri stili di vita. La tecnologia nulla può nel risanamento ambientale se non è affiancata a questo basilare concetto. Dovremmo cercare di essere maggiormente equilibrati da questo punto di vista.

Per semplificare non è che la possibilità di avere depuratori più efficienti ci possa indurre a consumare più droghe o farmaci, e quindi a scaricarne maggiormente i residui e i metaboliti nelle acque, sentendoci giustificati in qualche modo.

Iniziative volte ad un monitoraggio maggiormente capillare delle acque reflue, sia per scopi di controllo della salute pubblica, che della qualità delle acque è necessario. Ultima considerazione quella di estendere i confronti e lo scambio di informazioni tra più soggetti. Università, centri di ricerca, gestori di impianto, enti di controllo.

Termodinamica ferroviaria.

Mauro Icardi

Spesso mi trovo a pensare a quanto la curiosità sia stata e sia ancora una delle spinte ad approfondire il mio bagaglio di conoscenze. Ricordo anche che venivo spesso indicato come il bambino che chiedeva spesso perché. Mia madre mi raccontava che per trovare un attimo di riposo da questo continuo fare domande, spesso mi affidava ad amici e conoscenti, che la sollevavano da questa incombenza. Considerato che (e oggi potrebbe sembrare impossibile), fino a quando io non ho compiuto i sei anni, a casa nostra si viveva tranquillamente senza auto privata. Il modo usuale di viaggiare era ovviamente l’utilizzo dei mezzi pubblici ed in particolare del treno. Utilizzato per andare da Torino fino al piccolo paese del Monferrato, Mombaruzzo, dove vivevano nonni e zii. Proprio questi ultimi, saliti magari in qualche stazione precedente, e al corrente della mia passione per i mezzi che viaggiano su rotaia mi facevano passeggiare su e giù per tutto il convoglio. Se è vero, sostenuto da alcuni studi di psicologia, che la personalità si forma nei primi cinque-sei anni di vita, ecco spiegata sia la mia passione per i treni, sia per i temi che riguardano l’energia ed il suo corretto uso. Il periodo dell’austerity del 1973/74 avrebbe ulteriormente rinforzato in me passione e curiosità per entrambi.

Acqua ed energia sono due parole certamente legate in maniera particolare al motore a vapore, e particolarmente alle locomotive.

Nella sua forma più semplice, la locomotiva comprende una caldaia, cioè un lungo cilindro colmo d’acqua e attraversato longitudinalmente dai tubi bollitori; attraverso questi tubi passano i fumi prodotti dalla combustione del carbone, che avviene nel forno, situato in cabina di guida. Il calore riscalda l’acqua e la fa evaporare, portandola ad una certa pressione: il vapore si concentra in una apposita camera (duomo), posta nella parte superiore della caldaia, e da qui viene prelevato per essere inviato al motore. Il motore è costituito da almeno due cilindri, in cui, grazie a un meccanismo di distribuzione, è possibile immettere il vapore stesso ora a un estremo, ora all’altro. Il vapore è così in grado di premere contro lo stantuffo, contenuto nel cilindro, facendolo muovere avanti e indietro: il moto alternativo viene trasformato in rotativo attraverso due bielle motrici (una per cilindro), imperniate sulle ruote della locomotiva che costituiscono un asse.

Col passare degli anni e l’evoluzione della ferrovia nel mondo, la necessità pratica di aumentare il rendimento delle locomotive diede l’avvio allo studio teorico delle leggi della termodinamica. Fino a definire che il rendimento massimo teorico di un motore a vapore è legato solo alla differenza tra le due temperature estreme del ciclo di lavoro, che nel nostro caso sono quella del vapore e quella dell’ambiente esterno in cui esso verrà scaricato. Rendimenti teorici che spesso erano molto superiori a quelli reali.

In Italia che da sempre ha sofferto la carenza di materie prime, vennero sviluppate diverse soluzioni che miravano a migliorare il rendimento delle macchine a vapore, e nello stesso tempo diminuire il consumo di carbone. Considerato come periodo d’oro in Italia per la trazione a vapore quello dei primi anni del novecento, dopo la fine della prima guerra mondiale la trazione a vapore inizia un lento declino, anche se molte locomotive arriveranno ad essere pienamente operative sino alla fine degli anni settanta. E nel contempo il periodo precedente la seconda guerra mondiale, le sanzioni economiche giustamente inflitte all’Italia per l’invasione dell’Etiopia, avranno almeno il merito di essere uno stimolo per lo sviluppo di queste tecniche, e più in generale di razionalizzare per quanto possibile l’utilizzo di energia e materiali.

La prima innovazione però risale ai primi anni del XX secolo e si tratta della doppia espansione. Il ragionamento era semplice: dato che il vapore scaricato dai cilindri contiene ancora molta energia, è possibile immetterlo in una seconda coppia di cilindri, per farlo ulteriormente espandere, e sfruttare quindi un’ulteriore percentuale di quell’energia. Per questo motivo sulle locomotive che montavano una coppia di stantuffi e cilindri per lato, vengono aggiunti altri due cilindri più grandi, i cilindri denominati a bassa pressione.

Il miglioramento termodinamico portava anche diversi inconvenienti legati all’ingombro dei cilindri più grandi, all’aumento della pressione in caldaia per poter garantire una pressione utile anche nel secondo cilindro, nonché a complicazioni nella costruzione e manutenzione.

Nello stesso periodo però venne sviluppata un’altra innovazione per aumentare il rendimento. L’utilizzo del vapore surriscaldato.

La temperatura e la pressione di un fluido sono legate fra loro: di conseguenza, data la pressione, non è possibile alzare ulteriormente la temperatura del vapore saturo, cioè del fluido “bifase” costituito da acqua e vapore, che è appunto presente in caldaia.

Quindi anziché prelevare direttamente il vapore dalla caldaia e inviarlo direttamente ai cilindri, lo si faceva passare attraverso una serpentina di condotti, infilati nei tubi bollitori della caldaia. In questo modo il vapore aumentava la propria temperatura, cioè si “surriscaldava”, dal momento che non era più in contatto con l’acqua della caldaia. Il surriscaldatore, costituito da quei condotti, aumentava la temperatura del vapore dai 200°C del punto di saturazione a oltre 300°C (per caldaie a 12 bar), rendendo disponibile una maggiore quantità di energia per il motore. Anche il rendimento termodinamico migliorava, data la maggiore differenza tra le temperature estreme del ciclo di lavoro. Non si dovevano affrontare spese più alte e problemi costruttivi dovuti all’installazione di una caldaia che lavorasse a pressione più alta.

L’ultima innovazione tecnica sulle locomotive a vapore in Italia sarà il sistema di preriscaldamento studiato e perfezionato dagli ingegneri Attilio Franco e Piero Crosti. Il sistema era stato studiato già negli anni venti dal solo ingegner Attilio Franco, ma a partire dal 1940 nella versione migliorata da Piero Crosti venne applicato diffusamente su vari modelli di locomotive circolanti sulla rete italiana in quel periodo. Le tecniche di preriscaldamento consistono nel non iniettare direttamente in caldaia l’acqua fredda prelevata dal tender, bensì nel farle dapprima percorrere uno scambiatore di calore che utilizza il vapore esausto proveniente dal motore. Il sistema Franco-Crosti era innovativo perché , oltre al vapore esausto, usava anche i gas di scarico per il preriscaldamento dell’acqua.

Il risparmio del consumo di carbone fu soddisfacente, mantenendosi su valori mediamente del 15% ma arrivando anche al 18%. I preriscaldatori applicati lateralmente alla caldaia come nel caso della locomotiva 743 sono come delle caldaie supplementari. All’interno vi sono i fasci tubieri e il vapore esausto dei cilindri, ed i gas di scarico non si scaricano all’esterno dal normale fumaiolo della locomotiva posto nella parte anteriore, ma percorrono in senso inverso il preriscaldatore e sono poi espulsi da un fumaiolo sistemato lateralmente e più vicino alla cabina di guida.

Nella foto in alto si vede una locomotiva modello 743 che montava due preriscaldatori laterali ed aveva due fumaioli laterali ai lati della cabina.

Le locomotive modello 741 avevano invece in solo preriscaldatore sistemato sotto la caldaia ed un solo fumaiolo di scarico.

Il sistema non passava inosservato e l’estetica delle macchine ne risentiva. Queste due locomotive sono rimaste in servizio fino alla prima metà degli anni settanta in val Pusteria e sulle linee minori della pianura padana. Nei miei viaggi ricordo di avere incrociato qualche volta locomotive modello 743 in stazione di Nizza Monferrato, adibite al traino di treni merci. La Cavallermaggiore- Alessandria vedeva un discreto traffico merci per le industrie dello spumante. Era la linea descritta anche da Cesare Pavese, oggi purtroppo chiusa al traffico.

Per completare il quadro occorre anche citare la costruzione di tre automotrici sperimentali costruite dall’Ansaldo, e funzionanti a gas povero conosciuto con il nome di gassogeno, cioè monossido carbonio e idrogeno (ma anche diossido di carbonio, azoto e acqua, dunque veramente un combustibile povero) ottenuto per combustione incompleta di carbone di legna.

Il gas necessario al funzionamento dei motori veniva prodotto da due generatori sistemati nella zona centrale del veicolo, accessibili soltanto dall’esterno per eliminare ogni possibile pericolo di infiltrazione di gas tossici nell’ambiente destinato ai viaggiatori.

Queste macchine utilizzate in Toscana, nei collegamenti ferroviari tra Firenze e Grosseto entrarono in servizio tra il 1940 e il 1941. Nelle corse di prova nonostante il combustibile povero riuscirono a raggiungere la ragguardevole velocità di 120km/h.   Nel 1942 furono trasferite a Mantova. Dopo la fine della guerra rimasero solo due automotrici erano integre e vennero riconvertite a trazione diesel con l’utilizzo di motori di recupero.

Bibliografia

Italo Briano Storia delle ferrovie in Italia Volume 2° Cavallotti Editrice Milano 1977 pp. 73-75,116,171-173

Erminio Mascherpa, Un accessorio discusso: il preriscaldatore sulle locomotive a vapore, in I treni oggi, 1 (1980), n. 3, pp. 12–18

Marcello Cruciani, Ansaldo e le sue automotrici. Seconda parte: le automotrici a gassogeno, in I treni oggi, vol. 7, nº 59, 1986, pp. 14-19.