Il dilemma del tensioattivo (e del chimico)

Mauro Icardi.

Il fenomeno della diffusione di schiume da tensioattivi sulla superficie di molti fiumi italiani negli anni 70, rivelò agli occhi degli italiani che la situazione dell’inquinamento idrico era oggettivamente grave, e che occorreva porvi rimedio. Il 1976 vide promulgata la legge 319/76 da tutti meglio ricordata come Legge Merli, termine cha ha poi identificato per abitudine presso la pubblica opinione anche le successive normative di regolamentazione degli scarichi idrici, fino a non molti anni fa.
Le schiume di qualunque genere e provenienza (biologiche, marine o altro) portano le persone ad identificarle con quelle dei tensioattivi. Questo è ormai un atteggiamento mentale consolidato.
La presenza di schiume superficiali su corsi d’acqua effettivamente reca a chi le vede una sorta di fastidio, crea un’immagine stridente con l’idea che ognuno di noi ha di quello che deve essere un fiume limpido e pulito.

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I tensioattivi sintetici sono prodotti derivanti principalmente dall’industria petrolchimica (nota). La loro funzione principale è quella di diminuire la tensione superficiale della molecola di acqua, ed aumentare la bagnabilità dei prodotti che sono messi a lavare. Pare impossibile, ma l’acqua da sola ha uno scarso potere detergente.
Molto presto si scopri che detersivi sintetici la cui struttura molecolare era ramificata non erano attaccabili dai microrganismi naturali, quindi non potevano essere degradati tramite i meccanismi biologici di autodepurazione.
Si stabili per legge quindi che i tensioattivi dovevano essere biodegradabili almeno all’80% . Vennero formulati prodotti tensioattivi a catena lineare più “appetibili” e più facilmente biodegradabili dalle comunità batteriche.
Ora occorre ragionare su questa percentuale di abbattimento e fare qualche riflessione più generale su quello che le normative prevedono, e sull’evoluzione dei trattamenti di depurazione.
Abbiamo parlato di tensioattivi biodegradabili all’80%. Se guardiamo i limiti normativi ci accorgiamo che questo limite si riduce al 50%. Il limite tabellare di legge (Dlgs 152/2016) prevede che possano essere scaricati in fognatura al massimo 4 mg/l di tensioattivi totali (anionici, cationici, non ionici), e che all’uscita di un impianto di trattamento il limite massimo tollerato, sempre di tensioattivi totali, sia di 2 mg/l.
Un impianto normale, non dei più sofisticati, anche se privo di un trattamento terziario raggiunge agevolmente questa percentuale di abbattimento e la supera nella quasi totalità dei casi, salvo particolari condizioni di criticità che possono essere dovute o a sovraccarico o ad avarie di tipo meccanico/elettrico. Queste ultime di solito si risolvono in tempi brevi tramite la messa in funzione di unità di riserva (per esempio pompe o sistemi di areazione).
Nella mia esperienza personale sugli impianti ho notato che la percentuale di abbattimento reale è dell’ordine del 75%, quindi congruente con quella di biodegradabilità dei tensioattivi e molto al di sotto del limite di legge. La concentrazione residua di tensioattivi totali è normalmente al di sotto di 1 mg/l. (varia da 0,5 a 0,7 mg/l.)
Eppure questa concentrazione residua è ancora più che sufficiente a produrre schiume, soprattutto se il flusso di acqua depurata viene sollevato a quote superiori con l’ausilio di pompe (per esempio nel trasferimento dalla sezione di sedimentazione finale a quella di disinfezione). E se il flusso dell’acqua in uscita dall’impianto è turbolento.

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Il moto turbolento del fluido aumenta l’effetto. Questo è perfettamente spiegabile, visto che le bolle di sapone sono sacche di gas trattenute all’interno di una pellicola lamellare formata da una pellicola d’acqua in mezzo a 2 pellicole di sapone. La struttura lamellare dell’interfaccia tra l’acqua nelle pareti della bolla e l’aria , interna o esterna, è fondamentale per garantire la formazione e stabilità della bolla. Il sapone o il tensioattivo riducendo la tensione superficiale dell’acqua si dispone sulle pareti, sia nell’interfaccia interna che in quella esterna della bolla con le code lipofile orientate verso l’aria. Tra i 2 film si trova l’acqua. Il sistema lamellare ha una sua specifica elasticità e resistenza da cui dipende la capacità di fare bolle con le caratteristiche più svariate: enormi, piccolissime, che si dissolvono rapidamente. Nella parete della bolla, l’acqua può scorrere e per gravità scendere verso il basso.

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Questo è il primo fattore , il drenaggio, che porta all’indebolimento delle pareti della bolla e poi alla sua dissoluzione. La stessa acqua poi può evaporare , attraverso le pellicole di tensioattivo .Questo è il secondo fattore che porta all’indebolimento delle pareti della bolla e poi alla sua dissoluzione. Come si vede ci sono molti fattori (di carattere chimico-fisico) che fanno sì che si possano vedere residui di schiume all’uscita di un depuratore.
I tensioattivi che arrivano all’ingresso di un impianto sono poi una miscela dei più svariati tipi. A parte la normale divisione (anionici, cationici, non ionici) sono in genere quelli usati per la detergenza personale, per il lavaggio dei piatti, per il bucato. Se andiamo a guardare le tabelle di formulazione ci accorgeremo che le formulazioni non sono ovviamente tutte uguali.
Esistono prove di schiumeggiamento che mettono a confronto diversi saponi e tensioattivi e che misurano sia lo strato, che il tempo di permanenza della colonna di schiuma che si forma. Da questo si può notare che per esempio i saponi con una coda idrofobica più lunga possono formare più schiuma.

Si potrebbero poi citare ancora tanti temi quali la viscosità, la densità delle molecole di tensioattivo sulla superficie della bolla, la concentrazione critica micellare.

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Ma quando si è alle prese magari con un comitato di cittadini, o con associazioni ambientaliste non sempre questa sembra essere la soluzione migliore. Perché bisogna riuscire a parlare un linguaggio che sia comprensibile a tutti. E già di per sé questa cosa richiede impegno e costanza.
Andrebbe ricordato poi anche il collegamento con il cambiamento del regime delle precipitazioni, con i sempre più lunghi periodi di siccità, e quindi con la riduzione delle portate in molti fiumi. Che quindi mettono in crisi quella che è stata per decenni la filosofia di progettazione dei depuratori. Raggiungere dei ragionevoli e tecnicamente praticabili livelli di abbattimento di vari inquinanti, e lasciare che il carico inquinante residuo venga biodegradato naturalmente. Ma questo tipo di approccio sta entrando pesantemente in crisi.
Ne ho scritto in questo post pubblicato su “Risorse,Economia,Ambiente”
https://aspoitalia.wordpress.com/2016/02/24/siccita-che-fine-fa-lacqua-sporca/

Questo è un altro tema “caldo”. I tecnici idrici ne saranno coinvolti in pieno. E in questo caso lo sforzo dovrà essere molto coordinato, chiamando in causa chimici, ingegneri ambientali, progettisti.
Ma anche politici e cittadini. Questi ultimi a mio parere devono giustamente vigilare sull’operato delle società che si occupano di trattamento delle acque. Ma come per i rifiuti dove si deve impararne la corretta gestione, altrettanto si deve fare nella gestione dell’acqua e nel corretto uso dei prodotti di detergenza, senza eccedere inutilmente nel loro uso.
Lo scorso anno Luca Mercalli in una puntata del suo programma “Scala Mercalli” ha mostrato cos’è il “lato b” dell’acqua, cioè il trattamento di depurazione.
Ma non credo che ancora tutti siano consapevoli di questo. C’è un’analogia stringente tra il non buttare rifiuti nell’ambiente e nell’essere più attenti nell’uso dell’acqua che poi dovrà essere depurata.
Le sinergie e l’impegno di tutti sono imprescindibili.

(nota del blogmaster) Non fatevi ingannare dalla dizione tensioattivi “naturali”; in Natura esistono, è vero, sostanze ad azione tensioattiva, come le saponine, che sono glucosidi, ma i tensioattivi intesi come saponi, come li intendiamo comunemente sono eslusivamente prodotti dall’attività umana a partire da varie materie prime. Non esistono saponi “estratti” come tali da qualche altro materiale naturale (potreste usare la Saponaria officinalis come tale, ma non è poi così efficace). Perfino la ricetta “naturale” del sapone, quella delle nostre nonne, necessita di trattamenti chimici veri e proprii, come l’uso di potassa estratta dalle ceneri, da addizionare a grasso più o meno raffinato. E se volete farlo bene dovete usare soda non potassa. L’aggettivo “naturale” per i tensioattivi è sostanzialmente abusivo.