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Sedimentazione per gravità

La decantazione o sedimentazione per gravità è un metodo meccanico di separazione delle fasi che compongono un'emulsione o una sospensione basato sul processo della sedimentazione spontanea. Questo metodo separa le fasi sfruttando la forza di gravità. Esso risulta quindi tanto più efficace quanto le particelle in sospensione hanno densità maggiore rispetto al liquido che fa da solvente. Un altro parametro che influisce sulla decantazione è la dimensione delle particelle sospese. Più sono piccole meno la decantazione risulta efficace.

Sedimentazione libera

Per sedimentazione libera si intende la sedimentazione di una singola in un fluido puro, in assenza di altre particelle circostanti (ovvero in condizione di diluizione infinita).

Da un punto di vista lagrangiano, si ha un breve intervallo di tempo iniziale in cui la particella accelera, finchè non si ha il raggiungimento della velocità terminale di caduta della particella, in corrispondenza della quale la velocità di caduta rimane costante.

La sedimentazione libera avviene in accordo alla legge di Stokes, che predice la velocità terminale di caduta di una particella sferica in un fluido in regime laminare

in cui ρ_p e ρ_f sono le densità della particella e del fluido, r è il raggio della particella, μ rappresenta la viscosità del fluido, e g è la costante di accelerazione di gravità della Terra (pari a circa 9.81m / s²).

Sedimentazione ostacolata

La sedimentazione di un insieme di particelle in un fluido viene chiamata sedimentazione ostacolata, in contrapposizione alla sedimentazione libera. Si parla di sedimentazione ostacolata in quanto la velocità di caduta di ogni particella viene ad essere influenzata dalla presenza delle particelle circostanti.

In particolare, per un sistema di particelle di densità uguale e dimensioni variabili tra r_min e r_max, se fissiamo la nostra attenzione su una particella di raggio r_i, la sua velocità terminale di caduta sarà aumentata dalle particelle circostanti di raggio maggiore di r_i, che hanno un'azione di trascinamento sulla particella in questione, e allo stesso tempo sarà diminuita dalle particelle circostanti di raggio minore di r_i, che avranno l'effetto di aumentare la viscosità apparente del fluido.

Non essendo applicabile la legge di Stokes, nel caso di sedimentazione ostacolata si ricorre al test del cilindro per la misurazione della velocità di caduta dell'insieme di particelle (o velocità di sedimentazione o velocità di settling).

in cui d_p indica il diametro delle particelle da sedimentare, misurabile con una operazione di setacciatura.

La miscela (chimica) viene innanzitutto agitata in un recipiente cilindrico, in modo da azzerare eventuali gradienti di concentrazione. Per effetto dell'azione del campo gravitazionale si creerà una interfaccia vicino al pelo libero tra miscela liquido-solido (A) e liquido chiarificato (B), mentre le particelle iniziano a sedimentare al fondo del cilindro, creando una zona di inizio sedimentazione (C) e uno strato di particelle sedimentate (D). Dopo un certo intervallo di tempo, si distingueranno solo due zone: una di liquido chiarificato (B) e una di particelle sedimentate (D).

Si misura l'altezza dell'interfaccia tra liquido chiarificato e le zone sottostanti, ottenendo un diagramma altezza-tempo (h-t), da cui si ricava la velocità di sedimentazione.

Depurazione delle acque

La potabilizzazione dell'acqua consiste nella rimozione delle sostanze contaminanti dall'acqua grezza, proveniente da invasi artificiali, per ottenere acqua potabile che sia pura abbastanza per il normale consumo domestico o per usi industriali, e viene applicata a monte delle reti di adduzione idrica facendo passare tali acque attraverso svariate tipologie impiantistiche di rimozione del materiale organico ed inorganico, attraverso metodi fisici, chimico-fisici e biologici in base al tipo di sostanza da eliminare dal liquame in ingresso impianto. Le sostanze che sono rimosse durante il procedimento comprendono parassiti come Giardia, batteri, alghe, virus, funghi, alcuni minerali (incluso alcuni metalli pesanti), e alcune sostanze chimiche inquinanti prodotte dall'uomo. In generale la depurazione delle acque avviene per:

migliorare sapore, odore e colore

diminuire la durezza

rimuovere nutrienti quali azoto e fosforo

ridurre il BOD, COD e TOC

rimuovere solidi sospesi e sedimentabili

rimuovere patogeni tramite disinfezione

Tuttavia il fatto che l'acqua sia per natura un solvente rende alquanto problematica l'efficace eliminazione di moltissime sostanze indesiderate.

A valle dei processi di potabilizzazione vengono abitualmente impiegati i cloratori. Essi sono pompe dosatrici di cloro, solitamente sotto forma di ipoclorito di sodio; erogano quantità dosate di cloro per corrispettivi volumi di acqua in transito. Hanno l'importantissima funzione di rendere igienicamente sicura l'acqua immessa in distribuzione. Infatti, nelle zone dove l'acqua non viene clorata, attraverso di essa si trasmettono pericolose infezioni batteriche, che causano frequentemente la dissenteria. Per clororichiesta si intende la quantità necessaria di cloro per una completa depurazione dell'acqua. Il cloro (in quantità troppo elevate) dà però all'acqua sapore e odore sgradevoli e può danneggiare l'apparato digerente. Va perciò eliminato dopo che ha svolto la sua azione. Il procedimento per il suo allontanamento consiste nel far passare l'acqua dal basso verso l'alto attraverso un filtro di sabbia per farla cadere su delle lastre per dividerle in gocce sempre più piccole. Contemporaneamente si insuffla aria purificata per sostituire il cloro con i gas dell'aria che non danno inconvenienti. Oppure si aggiunge dell'ammoniaca per ottenere clorammine (NH₂Cl, NHCl₂, NCl₃) che sono sostanze insapori ed innocue e svolgono un'azione batteriologica senza alterare troppo le caratteristiche organolettiche dell'acqua.

In alternativa è possibile trattare l'acqua depurata attraverso l'irraggiamento con lampade UV; questo trattamento è efficace nel rimuovere germi patogeni a condizione che l'acqua sia sufficientemente limpida, e perciò i raggi luminosi possano permearla completamente. Il trattamento con raggi UV quindi viene utilizzato soventemente o come post-trattamento a liquami pre-trattati con processi biologici subito prima di essere immessi in distribuzione, oppure al punto di consumo, altrimenti non impedisce che successivamente l'acqua venga nuovamente contaminata. Può essere anche sfruttata l'azione microbicida dell'ozono, ma i costi superiori limitano tale utilizzo.