L’osmosi inversa in acquariofilia marina

Introduzione

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.

I nostri sistemi imitano relativamente bene molti dei processi che avvengono nel mondo naturale, consentendoci di godere dello spettacolo visivo offerto dai coralliGli Antozoi (Anthozoa Ehrenberg, 1831) sono una classe di animali del phylum degli Cnidaria. Consistono di piccoli polipi radunati tipicamente in colonie di molti individui simili. Il gruppo include gli organismi comunemente noti come coralli, costruttori delle barriere coralline tropicali, che, producendo carbonato di calcio sotto forma di calcite, formano il tipico scheletro calcareo. Leggi, dai pesciCon il termine pesci, dal latino pisces, si intende un gruppo eterogeneo di organismi vertebrati fondamentalmente acquatici, coperti di scaglie e dotati di pinne, che respirano attraverso le branchie. Con oltre 32 000 specie coprono quasi il 50% del totale delle specie del subphylum vertebrata. Leggi 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 corallinaLa barriera corallina è una formazione tipica dei mari e oceani tropicali, composta da formazioni rocciose sottomarine biogeniche costituite e accresciute dalla sedimentazione degli scheletri calcarei dei coralli, animali polipoidi facenti parte della classe antozoa, phylum Cnidaria. Questo tipo di ambiente è unico in quanto le barriere hanno creato delle isole e delle lagune in mari profondi, modificando sia il fondo sia le coste (ricoperte di sabbia finissima, frutto dell'erosione marina sui coralli e dell'azione di alcuni pesci che si cibano dei polipi). La barriera corallina fa parte di una piattaforma carbonatica, e generalmente ne costituisce la fascia marginale verso mare. Verso terra è spesso (ma non necessariamente) separata dalla costa da lagune poco profonde. Leggi 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.

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 osmosi inversa, 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 coralliGli Antozoi (Anthozoa Ehrenberg, 1831) sono una classe di animali del phylum degli Cnidaria. Consistono di piccoli polipi radunati tipicamente in colonie di molti individui simili. Il gruppo include gli organismi comunemente noti come coralli, costruttori delle barriere coralline tropicali, che, producendo carbonato di calcio sotto forma di calcite, formano il tipico scheletro calcareo. Leggi. In effetti, la composizione chimica dell’acqua di rubinetto può essere mortale per tali 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 osmosi 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, saliIn chimica, un sale è un composto chimico elettricamente neutro costituito dall'insieme di più ioni (anioni e cationi), in genere disposti all'interno di un reticolo cristallino, uniti da un legame ionico di ionicità più o meno elevata. I sali hanno diverso grado di solubilità nei diversi solventi. In una soluzione salina si osserva un fenomeno detto innalzamento ebullioscopico (innalzamento del punto di ebollizione) e di abbassamento crioscopico (abbassamento del punto di congelamento) rispetto al solvente puro. Leggi, 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).

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.

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.

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).

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.

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!