L’osmosi inversa in acquariofilia marina

L’osmosi inversa in acquariofilia marina

18 Settembre 2019 0 Di Luca Langiu

Si possono spendere migliaia di euro in attrezzature di ogni genere e dedicare innumerevoli ore alla gestione del proprio acquario marino nel tentativo di mantenere un ambiente sano e vitale, ma la qualità dell’acqua resta sempre il fattore determinante nel decretare il successo o il fallimento del nostro progetto.

Infatti, sebbene ogni elemento della tecnica di un acquario influisca sulla vitalità dell’ecosistema, sottovalutare l’influenza della qualità dell’acqua renderà vano ogni sforzo.

Proprio come la qualità e la purezza dell’aria influiscono sulla salute umana, la qualità dell’acqua influenza direttamente la crescita, la colorazione e lo sviluppo continuo di tutti gli abitanti dei nostri acquari. Stabilire un ambiente armonioso può richiedere numerosi aggiustamenti chimici e biologici, ma in questo articolo ci soffermeremo sul più importante di tutti: la scelta della fonte d’acqua.

I nostri sistemi imitano relativamente bene molti dei processi che avvengono nel mondo naturale, consentendoci di godere dello spettacolo visivo offerto dai coralli, dai pesci e dalle altre creature in essi contenute.

Tuttavia riflettendo accuratamente sui pilastri fondamentali del nostro hobby, non ritengo improprio affermare che nella pratica il ruolo dell’acquariofilo sia più affine a quello di un “guardiano dell’acqua” piuttosto che semplice “custode della barriera corallina domestica”.

Pensateci. In natura, cosa distrugge più velocemente la vita marina? Indubbiamente la contaminazione e l’inquinamento dell’acqua. Inoltre, in un’acqua non bilanciata chimicamente, la vita stessa non sarebbe possibile.

Pertanto se poniamo l’accento su tutti i vari metodi, prodotti ed energie spese nel mantenimento dei parametri ottimali dell’acqua, sarà facile giungere alla conclusione che noi acquariofili siamo tanto allevatori di coralli e animali marini in generale, quanto “coltivatori” dell’acqua. Preservare la qualità dell’acqua in vasca, infatti, significherà sostenere e soddisfare i bisogni dei suoi abitanti.

L’acqua di rubinetto

Benché se ne comprenda il valore e l’importanza, non altrettanto immediata è la percezione dell’influenza che può esercitare l’acqua prelevata dalla rete idrica cittadina, utilizzata per i rabbocchi e per la produzione di acqua salata, sull’ottimale vitalità dei nostri animali.

La comodità dell’approvvigionamento idrico attraverso il “rubinetto domestico” è indubbiamente determinante per tutti gli acquariofili, ma occorre considerare l’importanza di trattare l’acqua attraverso moderni metodi di filtrazione.

Prima di comprendere i vantaggi derivanti dall’utilizzo di un impianto ad , ritengo doveroso cogliere le implicazioni derivanti dall’utilizzo in acquario di acqua prelevata direttamente dalla rete idrica senza gli adeguati trattamenti.

In generale l’utilizzo di acqua di rubinetto rappresenta potenzialmente la più grande minaccia per un acquario di barriera, essendo facile da reperire e impiegare. Solo perché l’acqua di rubinetto risulta essere relativamente innocua per l’uomo, lo stesso non può dirsi per gli invertebrati sensibili come i coralli. In effetti, la composizione chimica dell’acqua di rubinetto può essere mortale per tali organismi.

La composizione chimica dell’acqua di rubinetto può essere mortale per alcuni organismi.

La composizione chimica dell’acqua di rubinetto può essere mortale per alcuni organismi

Essa infatti contiene, oltre a tracce di detergenti chimici,  composti inorganici e organici, metalli, fosfati, nitrati e persino antibiotici. Sebbene un condizionatore d’acqua possa rimuovere la maggior parte delle sostanze chimiche più importanti, non può minimamente avvicinarsi agli standard di purezza richiesti dall’acquario.

Ed è qui che entrano in gioco i sistemi di filtrazione ad inversa. Pochi sistemi di purificazione dell’acqua forniscono risultati paragonabili al livello di questo avanzato metodo di filtrazione (vedi impianti a colonne di resine a scambio ionico), e il suo utilizzo potrebbe rappresentare la chiave per liberare il vero potenziale di ogni acquario.

Capaci di estrarre quasi il 100% dei comuni contaminanti, questi innovativi dispositivi di filtraggio stanno letteralmente cambiando il modo in cui gli acquariofili considerano l’acqua.

Osmosi inversa – R/O (Reverse Osmosis)

In sostanza, l’osmosi inversa è un potente metodo di purificazione grazie ad un processo di filtrazione a più stadi. Senza entrare troppo nei dettagli, ecco una breve spiegazione:

In chimica, il termine osmosi indica la diffusione del solvente (spesso acqua) attraverso una membrana semipermeabile (che fa passare quindi solvente e non soluto). Il movimento dell’acqua avviene da una regione a minor concentrazione di soluto verso una regione a maggior concentrazione, quindi contro gradiente di concentrazione, cioè l’attività. L’osmosi è un processo fisico spontaneo, vale a dire senza apporto esterno di energia, che tende a diluire la soluzione più concentrata, e a ridurre la differenza di concentrazione. Il flusso netto di solvente può essere contrastato applicando una pressione al compartimento a concentrazione maggiore. Se la pressione applicata supera la pressione osmotica, otteniamo l’osmosi inversa che, come probabilmente avrete intuito, rappresenta l’inversione di questo fenomeno.

Invece di migrare da basso ad alto, l’acqua salata più alta viene forzata attraverso una membrana semipermeabile, come un filtro. Mentre l’acqua passa attraverso il filtro, la maggior parte degli altri composti (sostanze organiche, batteri, sali, ecc.) no, il che si traduce in acqua purificata.

Solitamente il primo stadio della filtrazione R/O prevede il passaggio di acqua pressurizzata attraverso uno o più pre-filtri, che rimuovono i sedimenti nell’ordine delle dimensioni di pochi micron (solitamente 5 micron e 1 micron) come sabbia, limo, sedimenti di argilla, ecc., che altrimenti inibirebbero la funzionalità della membrana osmotica.

Il secondo o il terzo stadio solitamente forzano il passaggio dell’acqua semi-filtrata attraverso un filtro a carbone attivo, che assorbe una varietà di contaminanti e minerali, come cloro, cromo e pesticidi (leggi qui un nostro approfondimento sul tema).

Cartucce sedimenti per osmosi inversa. Con il tempo e l'usura i sedimenti catturati ne fanno mutare il colore.

Cartucce sedimenti per osmosi inversa. Con il tempo e l’usura i sedimenti catturati ne fanno mutare il colore

È importante rilevare che esistono tipi diversi di filtri capaci di estrarre composti unici, come le clorammine. Per massimizzare i benefici della filtrazione, sarebbe opportuno consultare localmente gli organismi preposti alla distribuzione dell’acqua, per determinare con esattezza quali disinfettanti e altre sostanze chimiche impiegano.

Sebbene lo schema testé illustrato rappresenti gli stadi “di base” di un sistema di filtrazione ad osmosi inversa, nel mercato sono reperibili tantissimi modelli con caratteristiche analoghe. In generale la maggior parte di essi offre da 4 a 5 stadi di filtrazione.

Deionizzazione – DI

Dopo la filtrazione R/O, l’acqua passa alla fase successiva: la deionizzazione (DI).

L’acqua demineralizzata (o acqua deionizzata) è un’acqua da cui è stata estratta la componente salina. È impiegata nei ferri da stiro (evita il formarsi delle incrostazioni), nelle batterie, ovviamente negli acquari e nei casi in cui sia consigliato l’uso di acque prive di durezza. L’acqua demineralizzata non è microbiologicamente pura, può contenere perciò batteri e altri microorganismi.

Mentre l’acqua attraversa la cartuccia di deionizzazione (DI), le resine sintetiche rimuovono sia gli ioni caricati positivamente (cationi) sia quelli caricati negativamente (anioni) e li sostituiscono con ioni idrogeno (H + e H-).

La fase successiva al passaggio attraverso gli scambiatori anionici e cationici consiste nel trattamento con scambiatori ionici a letto misto per ridurre ulteriormente la conducibilità elettrica. L’acqua completamente deionizzata presenta una conduttività di 0,055 μS·cm-1 o una resistività di 18 MΩ·cm in condizioni STP. I laboratori chimici e fisici utilizzano apparecchiature per demineralizzare ulteriormente l’acqua, che viene chiamata “superpura”. Il procedimento è però costoso, anche in termini di tempo. Potrebbe sembrare estremamente complicato, ma l’unica cosa che è importante capire è che questo processo di purificazione non filtra semplicemente composti e sostanze chimiche dannose, ma altera letteralmente la struttura molecolare dell’acqua.

Monitoraggio del processo R/O

In un moderno impianto ad osmosi inversa vengono forniti alcuni accessori:

  • Manometro: per misurare la pressione d’esercizio dell’impianto;
  • Tds on-line: per il monitoraggio in tempo reale della quantità dei solidi disciolti espressi in ppm e relativi all’acqua in ingresso (non trattata) e a quella in uscita (trattata). Un valore più basso, possibilmente prossimo allo zero, indica una miglior qualità dell’acqua. L’utilità  principale di questo strumento è di consentire la corretta valutazione dell’efficienza dei vari stadi, evidenziando la necessità di sostituire i pre-filtri, le resine o la membrana stessa.
  • Post-filtro resine: in formato bicchiere o cartuccia consente l’installazione delle resine per l’abbattimento di silicati o nitrati che la membrana non è riuscita a trattenere. Sono da preferire resine specifiche per le sostanze da trattare, evitando possibilmente quelle a viraggio di colore, che poca affidabilità hanno dimostrato negli ultimi anni.
Misuratore TDS che misura la concentrazione totale dei solidi dissolti nell'acqua (conducibilità)

TDS METER che misura la concentrazione totale dei solidi disciolti nell’acqua (conducibilità)

La scelta dell’impianto

Frequentemente mi viene chiesto quale sia il miglior sistema presente in commercio. La risposta non è certamente univoca.

Nel nostro hobby, è difficile indicare un marchio come l’opzione migliore in assoluto, inoltre nella valutazione di un impianto occorre considerare, in virtù di quanto precedentemente asserito, la qualità dell’acqua proveniente dall’acquedotto.

Con buoni valori d’acqua in ingresso è possibile ottenere ottimi risultati, ad esempio, anche con piccoli ed economici impianti a due stadi.

Nella quasi totalità del territorio nazionale, tuttavia, i valori medi dell’acqua non raggiungono livelli particolarmente incoraggianti, obbligando di fatto gli acquariofili all’acquisto di impianti con pre-filtro sedimenti e stadi a carbone. E’ consigliabile comunque consultare gratuitamente, presso gli uffici delle Aziende Sanitarie Locali, le analisi dell’acqua e valutare la scelta del miglior sistema in funzione di queste.

Ad esempio, ipotizzando di rilevare un’eccessiva durezza dell’acqua in ingresso (superiore ai 15° F), si renderà necessaria l’installazione di un addolcitore; parimenti un’elevata concentrazione di nitrati, silicati e fosfati richiederà  l’utilizzo di filtri post-osmosi con resine specifiche.

E’ inoltre doveroso tenere presente che il rendimento qualitativo e quantitativo dell’impianto è strettamente correlato alla pressione dell’acqua, che, se insufficiente, andrà corretta attraverso l’utilizzo di una pompa booster. La membrana osmotica necessita di una pressione compresa tra i 4 e i 5 bar.

Personalmente non utilizzo l’acqua della rete cittadina, ma provvedo al fabbisogno idrico delle mie vasche prelevandola da un pozzo alimentato da una falda freatica. Questo da una parte mi mette al riparo dai rischi derivanti dalla presenza di additivi e sostanze chimiche utilizzate per potabilizzare l’acqua, ma dall’altra mi espone ad altre imprevedibili problematiche (presenza di micro-alghe, batteri e micro-organismi, inquinamento della falda, ecc.). Ho pertanto optato per l’utilizzo un sistema di filtrazione customizzato basato sul Forwater UltraSystem 75 a 5 stadi (4 bicchieri più membrana osmotica), al quale ho aggiunto 5 camere di filtrazione (portando il totale a 10), e trattando ulteriormente l’acqua prodotta con un sistema a raggi UV.

Forwater UltraSystem 75 a 5 stadi

Forwater UltraSystem 75 a 5 stadi

L’impianto è realizzato con un sistema di deionizzazione a doppio trattamento con resine che consentono di ottenere acqua con una bassissima conducibilità e priva di silicati, fosfati, nitrati e tutti gli altri elementi che possono essere presenti ancora in tracce (metalli pesanti, rame, piombo).

Camere di filtrazione aggiunte al mio impianto

Camere di filtrazione aggiuntive installate a monte dell’impianto Forwater

Installazione e messa in funzione

La messa in funzione di qualsiasi impianto ad osmosi inversa è molto semplice, tuttavia richiede dei piccoli accorgimenti spesso tralasciati nei manuali d’uso. In fase di montaggio occorre naturalmente attenersi alle specifiche del produttore, tuttavia ritengo doveroso evidenziare l’importanza di installare i vari stadi nel corretto ordine, a prescindere da cosa sia indicato nel manuale di montaggio.

Taluni produttori consigliano di configurare l’impianto nel seguente ordine:

  1. Filtri a sedimenti
  2. Filtro a carboni
  3. Membrana
  4. Resine deionizzanti

Personalmente ritengo più corretto installare i vari stadi nella sequenza:

  1. Filtro a carboni
  2. Filtri a sedimenti
  3. Membrana
  4. Resine deionizzanti

Occorre infatti considerare che i carboni attivi potrebbero rilasciare delle microparticelle capaci di inibire e/o danneggiare la membrana osmotica. Collegare i filtri a sedimenti dopo il filtro a carboni consente di intercettarle preservando la corretta funzionalità dell’impianto.

Filtro a sedimenti collocato dopo il filtro a carboni. In evidenza le microparticelle di carbone catturate dalla membrana.

Filtro a sedimenti collocato dopo il filtro a carboni. In evidenza le microparticelle di carbone attivo catturate dalla membrana

E’ opportuno lavare il filtro a carbone prima di mettere in funzione l’impianto. Si dovrà isolare l’alloggiamento del carbone attivo dallo stadio successivo, avendo cura di far scorrere acqua all’interno dell’impianto per almeno 10 minuti, fino a ottenere dell’acqua perfettamente cristallina. In tal modo si elimineranno dal sistema i residui di lavorazione del carbone che, sotto forma di sedimenti, andrebbero a ridurre la vita utile della membrana.

Inoltre è importante non utilizzare i primi 30-40 lt di acqua prodotta dopo il cambio della membrana (o dopo il primo avvio dell’impianto), poiché il liquido utilizzato per la sua conservazione è tossico per l’acquario, e andrà necessariamente rimosso dal sistema.

Utilizzo e manutenzione periodica

Sia chiaro, per mantenere efficienti tutte le componenti dell’impianto è necessario utilizzarlo con la maggiore frequenza possibile, avendo cura di eliminare i primi litri d’acqua prodotta ad ogni nuovo avvio.

In caso di lunghi periodi di inutilizzo sarà opportuno estrarre la membrana e, dopo averla avvolta con una pellicola trasparente, conservarla in frigorifero (non nel freezer).

La membrana deve rimanere sempre a bagno d’acqua. I pre-filtri sedimenti e carboni vanno sostituiti nell’intervallo ogni 3-6 mesi al massimo, e ovviamente ogni qualvolta si rilev un deterioramento dei valori dell’acqua in uscita. La sostituzione dello stadio a carboni attivi implica le medesime precauzioni applicate in fase di primo avviamento.

Procedere con cadenza mensile alla pulizia della membrana.

Ogni sei mesi, per rimuovere i depositi di calcio, magnesio e altri sali, si utilizzano le soluzioni in commercio destinate allo scopo.

Considerazioni finali

Certo, è possibile acquistare acqua osmotica in qualsiasi negozio di acquariofilia, ma onestamente, lo sconsiglio a chiunque. Non me ne vogliano gli amici commercianti, ma l’installazione di un sistema ad osmosi inversa personale è, senza dubbio, una delle migliori decisioni che ogni acquariofilo possa prendere per ottimizzare la conduzione del proprio acquario. Sebbene questi sistemi non siano esattamente economici, l’investimento avrà modo di ripagarsi in breve tempo grazie al miglioramento generale della salute dell’ecosistema.

Buon reefing!

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