Acque di piscina: il ruolo dell'acido isocianurico e dello ione bromuro nel trattamento di clorazione

This experimental thesis describes the chemical aspects, the economic and ecological advantages deriving from the use of isocyanuric acid and bromide ion in the chlorination treatment of swimming pool water. The chlorination role is linked to the hypochlorous acid (chlorine) oxidizing and disinfectant properties, capable of guaranteeing water suitable for bathing. Hypobromous acid also has oxidizing and disinfectant properties similar to hypochlorous acid. Isocyanuric acid has the function of "stabilizing" hypochlorous acid, slowing down its photodecomposition by the sunlight ultraviolet rays. The redox potential quantifies the oxidizing capacity of the chlorination/bromination agent, closely related to the disinfectant capacity. With the same pH and chlorine concentration, the higher the isocyanuric acid concentration, the lower the redox potential. This happens because isocyanuric acid "protects" chlorine, but at the same time partially inhibits its oxidizing and disinfectant action. Redox potential and pH were continuously monitored using two potentiometric probes immersed in solution, while the concentrations of chlorine and isocyanuric acid were measured photometrically. Two waters have been studied: Acqua Bracca (natural mineral water, therefore drinkable); seawater from Cannigione (Italy, SS). Sodium hypochlorite, isocyanuric acid and sodium bromide are the most important reagents used. The real experimental work is divided into three points: 1. Verify the validity of the empirical formula [ chlorine to be maintained in the pool (ppm) = isocyanuric acid in the pool (ppm) / 15 ] through redox potential measurements on two solutions of Acqua Bracca; 2. Studying the chlorination of seawater swimming pools, it was discovered that seawater is not stabilizable because the bromide ion naturally present in it (65 mg/l) instantly converts hypochlorous acid into hypobromous acid which is not able to react with isocyanuric acid; 3. Rationalize the use of sodium bromide in the recovery of overstabilized swimming pool waters, in which the isocyanuric acid concentration exceeds the maximum recommended limit (> 50 mg/l). In these poorly managed pools, the high concentration of isocyanuric acid almost completely blocks the hypochlorous acid oxidizing and disinfectant action, causing the proliferation of algae and microorganisms. Thanks to the collected data it has been demonstrated that the sodium bromide addition in overstabilized waters instantly subtracts the hypochlorous acid from the equilibrium with the isocyanuric acid to convert it into hypobromous acid. The latter, not being able to react with isocyanuric acid, can once again carry out the oxidation and disinfection of the water.

Questa tesi sperimentale descrive gli aspetti chimici, i vantaggi economici ed ecologici derivanti dall’utilizzo dell’acido isocianurico e dello ione bromuro nel trattamento di clorazione dell’acqua di piscina. Il ruolo della clorazione è legato alle proprietà ossidanti e disinfettanti dell’acido ipocloroso (cloro), in grado di garantire un’acqua idonea alla balneazione. Anche l’acido ipobromoso vanta capacità ossidanti e disinfettanti simili all’acido ipocloroso. L’acido isocianurico ha la funzione di “stabilizzare” l’acido ipocloroso, rallentandone la fotodecomposizione ad opera dei raggi ultravioletti della luce solare. Il potenziale redox quantifica la capacità ossidante dell’agente di clorazione/bromazione, strettamente correlata alla capacità disinfettante. A parità di pH e concentrazione di cloro, maggiore è la concentrazione di acido isocianurico, minore sarà il potenziale redox. Questo perché l’acido isocianurico “protegge” il cloro, ma allo stesso tempo ne inibisce parzialmente l’azione ossidante e disinfettante. Potenziale redox e pH sono stati monitorati in continuo tramite due sonde potenziometriche immerse in soluzione, mentre le concentrazioni di cloro e acido isocianurico sono state misurate per via fotometrica. Le acque studiate sono due: Acqua Bracca (acqua minerale naturale, quindi potabile); acqua di mare prelevata a Cannigione (Italia, SS). L’ipoclorito di sodio, l’acido isocianurico e il bromuro di sodio sono i più importanti reagenti utilizzati. Il lavoro sperimentale vero e proprio si articola in tre punti: 1. Verificare la validità della formula empirica [ cloro da mantenere nell’acqua di vasca (ppm) = acido isocianurico nell’acqua di vasca (ppm) / 15 ] tramite misure di potenziale redox su due soluzioni di Acqua Bracca; 2. Studiando la clorazione delle piscine ad acqua di mare si è scoperto che l’acqua di mare non è stabilizzabile perché lo ione bromuro naturalmente presente in essa (65 mg/l) converte istantaneamente l’acido ipocloroso in acido ipobromoso il quale non è in grado di reagire con l’acido isocianurico; 3. Razionalizzare l’utilizzo del bromuro di sodio nel recupero di acque di piscina sovrastabilizzate, nelle quali la concentrazione di acido isocianurico oltrepassa il limite massimo consigliato (> 50 mg/l). In queste piscine mal gestite l’elevata concentrazione di acido isocianurico blocca quasi del tutto l’azione ossidante e disinfettante dell’acido ipocloroso causando la proliferazione di alghe e microorganismi. Grazie ai dati raccolti è stato dimostrato che l’aggiunta di bromuro di sodio in acque sovrastabilizzate sottrae istantaneamente l’acido ipocloroso dall’equilibrio con l’acido isocianurico per convertirlo in acido ipobromoso. Quest’ultimo, non essendo in grado di reagire con l’acido isocianurico, può adempiere nuovamente all’ossidazione e disinfezione dell’acqua.