IT201800002721A1 - Apparato addolcitore di acqua - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo
“APPARATO ADDOLCITORE DI ACQUA.”
La presente invenzione ha per oggetto un apparato addolcitore di acqua. In particolare, senza perdere in generalità, l’apparato addolcitore di acqua a cui si fa riferimento è un impianto per il trattamento dell’acqua basato sul principio dello scambio ionico comprendente un contenitore di resine di tipo cationico.
Nel caso specifico di resine cationiche, l’acqua “dura”, prelevata dall’acquedotto, immettendosi nel contenitore attraversa le resine con le quali si instaura una reazione chimica di scambio ionico tale per cui i sali di calcio ed i sali di magnesio dell’acqua “dura” sono trasformati in sali di sodio, rendendo così l’acqua “addolcita”.
Il processo di scambio ionico comporta un progressivo esaurimento del potere di scambio delle resine, che rende necessaria la loro rigenerazione con cloruro di sodio in soluzione acquosa, detta anche salamoia.
Per tale motivo, l’apparato addolcitore comprende un recipiente di contenimento di una soluzione di salamoia che, attraverso un apposito condotto, viene prelevata ed immessa nel contenitore delle resine.
Le resine, attraversate dalla soluzione di salamoia, mediante un processo inverso, si caricano di sodio e diventano nuovamente operative.
Nell’apparato addolcitore, è ad oggi noto prevedere un generatore di corrente elettrica per la sanificazione dell'acqua durante la rigenerazione delle resine.
Il generatore di corrente elettrica è disposto lungo il condotto di collegamento del recipiente contenente la soluzione di salamoia ed il contenitore di resine, come descritto ed illustrato nel documento US3627133.
Tale generatore di corrente elettrica comprende un catodo ed un anodo i quali vengono posti in tensione per innescare una reazione elettrolitica della soluzione di salamoia e fornire così il cloro gas.
L’attivazione del generatore di corrente elettrica è del tipo “a trigger”, ovvero quando il sensore posto nella cella rileva una conducibilità dell’acqua superiore ad una determinata soglia, il generatore si attiva per un determinato tempo producendo cloro al fine di eliminare la carica batterica presente nell’addolcitore.
In questo modo, la soluzione di salamoia è impiegata come sorgente di cloro per sanificare e disinfettare il contenitore e le resine scambiatrici di ioni durante l’operazione di rigenerazione.
Normative nazionali vigenti in diversi Paesi richiedono che l’acqua trattata in uscita dagli apparati addolcitori abbia una carica batterica che non si discosti in maniera sostanziale dall’acqua da trattare, prelevata dall’acquedotto.
In questo senso, ai fini di commercializzare apparati addolcitori di acqua rispondenti alla normativa vigente nel Paese di vendita, la Richiedente ha condotto campagne di test di laboratorio per verificare se la soluzione nota, ad oggi impiegata, garantisca la rispondenza alla normativa in termini di carica batterica dell’acqua trattata.
Dai test effettuati è emerso come la soluzione nota in cui il generatore di corrente elettrica è disposto lungo il condotto di collegamento del recipiente contenente la soluzione di salamoia ed il contenitore di resine, non garantisca un’efficace sanitizzazione dell’acqua addolcita, con il trascorrere del tempo.
In questo contesto è sentita l’esigenza di prevedere un apparato addolcitore di acqua comprendente un sistema di sanificazione di tipo automatico che non solo risponda ai requisiti di legge al momento dell’installazione, ma che garantisca una sanitizzazione efficace per la durata intera della vita dell’impianto, sottoposto a regolare manutenzione. Tale apparato addolcitore comprende un contenitore di resine, cationiche o anioniche, un condotto di ingresso configurato per immettere acqua non trattata, o cosiddetta dura, nel contenitore di resine, preferibilmente prelevata dall’acquedotto, un condotto di uscita configurato per emettere acqua trattata, o cosiddetta addolcita, dal contenitore di resine.
L’apparato comprende inoltre un recipiente di contenimento di una soluzione di salamoia, un condotto di collegamento del recipiente della soluzione di salamoia con il contenitore di resine ed un generatore di corrente elettrica configurato per definire con la soluzione di salamoia una cella elettrolitica.
Il generatore di corrente elettrica è disposto all’interno del recipiente della soluzione di salamoia ad una profondità del recipiente tale per cui esso risulta immerso, almeno in parte, nella soluzione di salamoia per innescare una reazione elettrolitica a seguito della sua attivazione.
Vantaggiosamente il posizionamento del generatore di corrente elettrica all’interno del recipiente della soluzione di salamoia consente di realizzare una elettrolisi i cui effetti sulla sanificazione del contenitore di resine sono in linea con le normative vigenti sulla carica batterica.
Infatti, a differenza dell’arte nota l’elettrolisi all’interno del recipiente ha un maggiore effetto in termini di generazione di cloro, rispetto all’elettrolisi dell’arte nota che avviene durante il passaggio del flusso di soluzione di salamoia nel condotto di collegamento con il contenitore di resine lungo il quale è disposto il generatore.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla seguente descrizione che è indicativa, e pertanto non limitativa, di alcune forme di realizzazione preferite di un apparato addolcitore di acqua, come illustrato negli uniti disegni in cui: - la figura 1 illustra secondo una vista prospettica schematica un apparato addolcitore di acqua secondo la presente invenzione;
- la figura 2 illustra un particolare in scala maggiorata dell’apparato addolcitore di figura 1;
- la figura 3 illustra una forma realizzativa alternativa dell’apparato di figura 1.
- la figura 4 illustra un particolare in scala maggiorata di figura 3.
Con il riferimento numerico 1 è indicato un apparato addolcitore di acqua secondo la presente invenzione.
L’apparato addolcitore 1 comprende un contenitore 2 di resine cationiche. Preferibilmente, le resine cationiche sono cosiddette forti.
L’apparato addolcitore 1 comprende un condotto di ingresso 3 dell’acqua non trattata, o cosiddetta “dura”, nel contenitore di resine 2.
L’acqua non trattata 4 è generalmente prelevata dall’acquedotto.
L’apparato addolcitore 1 comprende un condotto di uscita 5 dell’acqua trattata, o cosiddetta “addolcita”, dal contenitore di resine 2.
Qualora le resine del contenitore 2 sono di tipo cationico, esse catturano gli ioni positivi Ca<++ >e Mg<++ >sostituendoli con ioni Na<+>. L’acqua trattata si presenta pertanto arricchita in ioni sodio rispetto all’acqua non trattata. Analogamente, qualora le resine del contenitore 2 sono di tipo anionico, le resine anioniche scambiano ioni negativi, ad esempio sostituendo lo ione nitrato con lo ione cloruro. L’acqua trattata si presenta pertanto con una maggiore concentrazione degli anioni inizialmente presenti sulla resina. L’apparato addolcitore 1 comprende un recipiente 7 di contenimento di una soluzione di salamoia 8 ed un condotto di collegamento 16 del recipiente 7 della soluzione di salamoia 8 ed il contenitore 2 di resine, attraverso il quale la soluzione di salamoia 8 viene prelevata dal recipiente 7 ed immessa nel contenitore 2 di resine.
Il recipiente 7 di contenimento della soluzione di salamoia 8 presenta al proprio interno un corpo separatore 17 configurato per consentire il prelievo della soluzione di salamoia 8, evitando l’interferenza di pezzature di sale contenute nel recipiente.
Il corpo separatore 17 presenta una propria parete laterale 18.
La parete laterale 18 definisce una parete divisoria nel recipiente 7.
Il corpo separatore 17 è un corpo cavo.
In particolare, il corpo separatore 17 è sottoforma di elemento cilindrico cavo.
L’apparato addolcitore 1 comprende un generatore di corrente elettrica 9 configurato per essere collegato ad una sorgente elettrica, non illustrata, e definire con la soluzione di salamoia 8 una cella elettrolitica.
Secondo la presente invenzione, il generatore di corrente elettrica 9 è disposto all’interno del recipiente 7 della soluzione di salamoia 8, ad una distanza definita a partire dal fondo del recipiente 7, in maniera tale che esso risulti immerso nella soluzione di salamoia 8 per innescare una reazione elettrolitica, a seguito della sua attivazione.
Si osservi che la distanza dal fondo del recipiente 7 alla quale viene disposto il generatore di corrente elettrica 9 tiene in considerazione l’altezza dello strato di materiale melmoso che si deposita notoriamente sul fondo del recipiente 7.
In altre parole, il generatore di corrente elettrica 9 è collocato ad una determinata profondità del recipiente 7, al di sopra dello strato melmoso. In particolare, il generatore di corrente elettrica 9 è disposto nel corpo separatore 17, ove è prelevata la soluzione di salamoia 8 dal recipiente 7. In questo modo, il generatore di corrente elettrica 9 non interferisce con le pezzature di sale presenti nel recipiente 7.
L’apparato addolcitore 1 comprende una unità di comando 10 configurata per attivare elettricamente il generatore di corrente elettrica 9.
In altre parole, l’unità di comando 10 agisce su un interruttore di chiusura e di apertura del circuito elettrico collegante il generatore di corrente elettrica 9 alla sorgente elettrica.
Con l’attivazione del generatore di corrente elettrica 9, l’unità di comando 10 agisce sull’interruttore per chiudere il circuito elettrico collegante il generatore di corrente elettrica 9 alla sorgente elettrica.
In particolare, l’unità di comando 10 è configurata per attivare il generatore di corrente elettrica 9 secondo intervalli di tempo definiti.
L’unità di comando 10 è configurata per disattivare il generatore di corrente elettrica 9 trascorso un definito intervallo di tempo di attivazione. Con la disattivazione del generatore di corrente elettrica 9, l’unità di comando 10 agisce sull’interruttore per chiudere il circuito elettrico collegante il generatore di corrente elettrica 9 alla sorgente elettrica.
L’intervallo del tempo di attivazione è funzione del volume delle resine contenute nel contenitore 2.
L’intervallo del tempo di attivazione del generatore di corrente elettrica 9 aumenta con l’aumentare del volume delle resine contenute nel contenitore 2.
L’unità di comando 10 è configurata per essere programmata da un operatore.
A titolo esemplificativo, considerando un volume di resine di 10 litri, il generatore di corrente elettrica 9 è attivato dall’unità di comando 10 per 2 minuti, per un intervallo di tempo di 4 ore.
Il generatore di corrente elettrica 9 comprende un corpo 11, a tenuta di stagna, di alloggiamento di una coppia di elettrodi 12 che protendono almeno in parte esternamente al corpo 11 per definire un elemento catodo 13 ed un elemento anodo 14 della cella elettrolitica.
Secondo la forma illustrata e preferita di figura 1, il corpo 11 del generatore di corrente elettrica 9 è inserito per gravità entro il recipiente 7, in particolare nel corpo separatore 17, è collocato ad una profondità tale per cui risulta totalmente immerso nella soluzione di salamoia 8.
In altre parole, generatore di corrente elettrica 9 è calato entro il recipiente 7 lungo la verticale rispetto al fondo del recipiente 7 e bloccato alla profondità voluta.
Alternativamente, secondo la figura 3, il generatore di corrente elettrica 9 è inserito all’interno del recipiente 7 attraverso la parete laterale dello stesso attraverso un foro di passaggio a tenuta.
Secondo tale variante, gli elettrodi 12 del generatore di corrente elettrica 9 protendono all’interno del corpo separatore 17.
Il corpo 11 di alloggiamento degli elettrodi 12 è disposto almeno in parte nella parete laterale 18 del corpo separatore 17, come illustrato in figura 4. Anche per questa variante realizzativa, il posizionamento del generatore di corrente elettrica 9 nel recipiente 7 è tale per cui gli elettrodi 12 risultano immersi nella soluzione di salamoia 8.
Ciascun elettrodo 12 è configurato per essere attivato elettricamente.
In questo senso, l’unità di comando 10 è configurata per attivare elettricamente gli elettrodi 12 del generatore di corrente elettrica 9.
L’apparato addolcitore 1, secondo quanto noto, comprende un pannello di comando 15, configurato per essere programmato da un operatore, mediante il quale viene impostata l’attivazione di una fase di rigenerazione delle resine.
Preferibilmente, l’unità di comando 10 del generatore di corrente elettrica 9 presenta un proprio collegamento elettrico ad una sorgente elettrica.
Preferibilmente, l’attacco elettrico dell’unità di comando 10 è indipendente rispetto all’attacco elettrico del pannello di comando 15.
In altre parole, l’unità di comando 10 del generatore di corrente elettrica 9 è fisicamente separato rispetto al pannello di comando 15 dell’apparato addolcitore 1.
Alternativamente, l’unità di comando 10 del generatore di corrente elettrica 9 è parte del pannello di comando 15 dell’apparato addolcitore 1. La fase di rigenerazione delle resine prevede, mediante il condotto di collegamento 16, almeno il prelievo di un determinato volume di soluzione di salamoia 8 dal recipiente 7 e l’immissione di tale volume nel contenitore 2 di resine.
Il volume di soluzione di salamoia 8, prelevato per la rigenerazione delle resine, è sanificato mediante elettrolisi durante la sua giacenza nel recipiente 7, prima di essere prelevato per essere immesso nel contenitore 2 di resine.
Inoltre, con riferimento allo stesso volume di salamoia in giacenza nel recipiente 7, l’elettrolisi è ripetuta più volte nel tempo e, per ciascuna volta, per un determinato intervallo di tempo, in funzione della programmazione del generatore di corrente 9.
Dal momento che l’elettrolisi di un determinato volume di soluzione di salamoia 8 avviene durante il tempo di giacenza nel recipiente 7, vantaggiosamente tale elettrolisi garantisce sufficiente formazione di cloro che consente di sanificare le resine durante la fase di rigenerazione, garantendo che l’acqua trattata, o “dolce”, abbia una carica batterica analoga o minore rispetto all’acqua non trattata, o “dura”, prelevata dall’acquedotto.
Si noti infatti che nell’arte nota l’elettrolisi della soluzione di salamoia, prelevata dal recipiente, avviene durante il passaggio del volume prelevato lungo il condotto di collegamento del recipiente della soluzione di salamoia con il contenitore di resine.
Esempio 1
Per la sperimentazione sono stati utilizzati tre apparati secondo la presente invenzione, ciascuno dotato di un contenitore 2 di resine del volume di 10 litri.
Prima di essere utilizzato nella sperimentazione, l’apparato dell’esempio 2A privo di sistema di sanificazione delle resine, è stato collegato alla rete idrica e sono stati erogati 1000 litri di acqua al giorno per 18 settimane. Al termine delle 18 settimane di erogazione, la salamoia è stata reintegrata e una cella elettrolitica è stata installata secondo lo schema riportato in figura 1.
Gli impianti sono stati collegati in parallelo ad un ingresso della rete idrica comunale. A monte degli apparati è stato posizionato un filtro meccanico a filo avvolto.
Un quarto apparato privo di sistema di sanificazione delle resine è stato anch’esso collegato in parallelo alla rete idrica e utilizzato come “bianco” di controllo.
Un quanto campione di acqua di ingresso è stato prelevato a monte del filtro meccanico.
Le celle elettrolitiche sono state attivate secondo le seguenti modalità:
Frequenza di Durata di
attivazione attivazione
Esempio 2A 4 ore 2 min.
Esempio 2B 4 ore 8 min.
Esempio 2C 4 ore 20 min.
Una volta la giorno sono stati erogati 1000 litri di acqua da ciascun apparato.
Dopo la terza erogazione, da ciascun apparato sono stati erogati 6 litri di acqua sui quali è stata determinata la carica batterica totale.
Tale schema di prelevamento campioni è stato ripetuto ogni settimana, per 6 settimane. Tra la settimana 4 e la settimana 5 l’erogazione dell’acqua è stata sospesa per 6 settimane. Nel corso di queste settimane di sospensione le celle elettrolitiche hanno continuato a funzionare come sopra riportato. Al termine del periodo di sospensione, l’erogazione giornaliera dell’acqua è stata ripresa, così come il prelievo dei campioni di test. Durante la sperimentazione gli impianti sono stati regolarmente riforniti di sale, secondo quanto previsto in funzione della quantità di acqua erogata quotidianamente.
Le analisi microbiologiche a 22°C e a 37°C, sono state condotte secondo quanto previsto dai “Metodi analitici di riferimento per le acque destinate al consumo umano ai sensi del DL.vo 31/2011, metodi microbiologici – rapporti ISTISAN 07/05. ISS A 001 rev.00, A 004 A, 006 A.”. Nella tabella seguente sono riportati i risultati sperimentali ottenuti.
Alla prima analisi del contenuto di microrganismi, i campioni degli apparati degli esempi 2B e 2C hanno mostrato una diminuzione dei conteggi batterici rispetto al bianco, sia a 22°C che a 37°C.
Gli apparati dell’esempio 2B e 2C hanno mantenuto per tutta la sperimentazione conteggi di microrganismi al di sotto della soglia di 2log rispetto al campione di acqua in ingresso.
L’apparato dell’esempio 2A era inizialmente più inquinato. L’andamento della conta batterica è nell’acqua proveniente dall’apparato dell’esempio 2A è stata tendenzialmente decrescente.
Claims (12)
- RIVENDICAZIONI 1. Apparato addolcitore di acqua comprendente un contenitore (2) di resine cationiche; un condotto di ingresso (3) configurato per immettere acqua non trattata, o cosidetta dura, nel contenitore (2) di resine, preferibilmente prelevata dall’acquedotto; un condotto di uscita (5) configurato per emettere acqua trattata, o cosidetta addolcita, dal contenitore (2) di resine; un recipiente (7) di contenimento di una soluzione di salamoia (8); un condotto di collegamento (16) del recipiente (7) della soluzione di salamoia (8) con il contenitore (2) di resine; un generatore di corrente elettrica (9) configurato per definire con la soluzione di salamoia (8) una cella elettrolitica; caratterizzato dal fatto che il generatore di corrente elettrica (9) è disposto all’interno del recipiente (7) della soluzione di salamoia (8) ad una profondità del recipiente (7) tale per cui esso risulta immerso, almeno in parte, nella soluzione di salamoia (8) per innescare una reazione elettrolitica a seguito della sua attivazione.
- 2. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere una unità di comando (10) configurata per attivare elettricamente il generatore di corrente elettrica (9) secondo intervalli di tempo definiti.
- 3. Apparato secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto di comprendere una unità di comando (10) configurata per attivare e disattivare elettricamente il generatore di corrente elettrica (9) secondo un definito intervallo di tempo di funzionamento.
- 4. Apparato secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che l’intervallo del tempo di funzionamento del generatore di corrente elettrica (9) è funzione del volume delle resine contenute nel contenitore (2).
- 5. Apparato secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che l’intervallo del tempo di funzionamento del generatore di corrente elettrica (9) aumenta con l’aumentare del volume delle resine contenute nel contenitore (2).
- 6. Apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 5, caratterizzato dal fatto che l’unità di comando (10) presenta un collegamento elettrico ad una sorgente elettrica ed è configurata per essere programmata da un operatore.
- 7. Apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il generatore di corrente elettrica (9) comprende almeno una coppia di elettrodi (12), definenti un elemento catodo (13) ed un elemento anodo (14) della cella elettrolitica ed un corpo (11), a tenuta di stagna, di alloggiamento della coppia di elettrodi (12) che protendono, almeno in parte, esternamente al corpo (11).
- 8. Apparato secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che il recipiente (7) di contenimento della soluzione di salamoia (8) presenta al proprio interno un corpo separatore (17) configurato per consentire il prelievo della soluzione di salamoia (8); gli elettrodi (12) del generatore di corrente elettrica (9) essendo disposti nel corpo separatore (17).
- 9. Apparato secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che il corpo (11) del generatore di corrente elettrica (9) è disposto entro il corpo separatore (17).
- 10. Apparato secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che il corpo (11) del generatore di corrente elettrica (9) è disposto almeno in parte nella parete (18) del corpo separatore (17); gli elettrodi (12) protendendo dalla parete (18) verso l’interno del corpo separatore (18).
- 11. Metodo di sanificazione di un apparato addolcitore di acqua secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 10 comprendente una fase di rigenerazione delle resine contenute nel contenitore (2) durante la quale un determinato volume di soluzione di salamoia (8) contenuto nel recipiente (7) è prelevato ed immesso nel contenitore (2) attraverso il condotto di collegamento (16), caratterizzato dal fatto di comprendere almeno una fase di elettrolisi del volume di soluzione di salamoia (8) contenuto nel recipiente (7), tale fase avviene durante la giacenza di tale volume nel recipiente (7) prima di essere immesso nel contenitore (2) di resine durante la fase di rigenerazione delle resine.
- 12. Metodo di sanificazione secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che, con riferimento allo stesso volume di salamoia in giacenza nel recipiente (7), la fase di elettrolisi del volume di soluzione di salamoia (8) è ripetuta più volte nel tempo e, per ciascuna volta, per un determinato intervallo di tempo.
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