Il monitoraggio delle acque industriali

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Il monitoraggio continuo delle acque industriali di scarico degli impianti produttivi non è, fino ad oggi, molto frequente, sia per l’incertezza relativa alla riproducibilità delle tecniche correnti applicate sia per i costi ed i tempi richiesti per completare la maggior parte dei test.

I metodi chimici convenzionali usati per l’analisi delle acque di scarico sono spesso accurati, ma sono principalmente basati su raccolte di campioni ed analisi, il che significa situazioni ben lontane dal monitoraggio e controllo in tempi reali.

Alcuni esempi di monitoraggio on line basati su assorbimento ottico nell’UV e nel visibile, sui biosensori, fluorescenza e cinetiche di respirazione hanno dimostrato come sia possibile utilizzare tecniche chimiche, biochimiche o spettroscopiche per il monitoraggio delle acque.

La generale difficoltà di una loro applicazione in continuo è dovuta alla necessità di continui contatti fra acque da analizzare e sistemi sensori, con conseguenti irregolarità nel funzionamento delle strumentazioni.

Ciò provoca una perdita di sensibilità e di riproducibilità, una richiesta continua di “cleaning”, la ricalibrazione del sistema sensore.

Tutto questo comporta una grande attenzione rivolta allo sviluppo di nuove tecniche di monitoraggio applicate alle acque di scarico che siano riproducibili, rapide e non invasive.

“Nasi elettronici” per il monitoraggio degli scarichi industriali
La recente disponibilità in commercio dei cosiddetti nasi elettronici per rivelare e caratterizzare, con la tecnica dello spazio di testa, gli odori può offrire un’opportunità rapida e semplice di monitoraggio delle acque di scarico industriali.

Gli odori sono utilizzati dagli operatori bio-tecnologici per identificare irregolarità di funzionamento nel processo e sono stati l’oggetto della lamentela dei consumatori alle aziende che forniscono acqua.

I sistemi multisensore sono strumenti analitici che possono caratterizzare un odore senza riferimento alla sua composizione chimica.

In tali sistemi vengono adottati insieme sensori di natura diversa, i più comuni dei quali sono i sensori metallo ossido (MOS), i polimeri conduttori, i dispositivi ad onda acustica superficiale, le microbilance al quarzo.

L’uso in un multisensore di sensori non specifici permette che le relative risposte producano tutte insieme una sorta di impronta digitale o profilo dell’odore.

Il risultato è una sorta di modello di riconoscimento simile al sistema olfattivo umano.

Questi profili di odore possono essere collettivamente analizzati mediante metodi matematici come quelli del discriminante multiplo, dell’analisi delle componenti principali e/o algoritmi delle reti neurali.

La scelta della tecnica analitica è dipendente dalle quantità e natura dell’informazione disponibile e dal tipo di informazione richiesta dall’analisi (qualitativa o quantitativa).

Applicazioni delle tecnologie dei sistemi multisensore si sono sviluppate a partire dai campi alimentare ed ambientale.

Alcuni ricercatori hanno riportato dati circa la dimostrata corrispondenza fra le risposte dei sensori e la concentrazione delle sostanze responsabili degli odori.

Altri hanno dimostrato applicazioni di un bioprocesso nel monitoraggio degli ingredienti, per rilevare la contaminazione microbica e predire le fasi di crescita dei differenti ceppi batterici e colture.

Il monitoraggio con sensori può spesso incontrare problemi di deriva e di scarsa accuratezza.

La maggior parte di questi problemi è da attribuire all’elettrodo di riferimento più che a quello indicatore ed in particolare al potenziale di giunzione liquida che esiste alla punta dell’elettrodo di riferimento.

Nei modelli tradizionali una giunzione ceramica o di altro materiale poroso può assorbire analiti in soluzione e persino, nel caso di mancato completo riempimento dell’elettrodo di riferimento, permettere alla soluzione in esame di diffondere all’interno dell’elettrodo di riferimento.

Sono stati disegnati alcuni nuovi elettrodi per mitigare questi inconvenienti.

Il più comune di questi nuovi modelli è l’elettrodo a doppia giunzione, nel quale, all’interno dell’elettrodo di riferimento, sono costruiti due compartimenti.

Nel caso di monitoraggio di processi sporchi sono previste delle operazioni meccaniche e con ultrasuoni finalizzate alla pulitura periodica degli elettrodi.

Il monitoraggio potenziometrico ed amperometrico consente di individuare una specie per ogni elettrodo, per cui viene in genere richiesto l’impiego di molti altri sensori insieme; inoltre la selettività è in genere modesta.

Futuri miglioramenti e sviluppi sono da attendere, in quanto numerose aree di ricerca sono impegnate in questo sforzo.

È anche da prevedere lo sviluppo di strumenti che possano essere impiegati in continuo per determinare la dinamica dei sistemi ambientali influenzata da variazioni fisiche, chimiche e biologiche.

Biosensori per il monitoraggio ambientale.

Il monitoraggio ambientale per il rilevamento di inquinanti sta divenendo sempre più importante in relazione alle norme e leggi che vengono enunciate e che coinvolgono il legislatore, la comunità di addetti ed i cittadini.

Questo è particolarmente vero per composti che rappresentano un potenziale rischio per la salute dell’uomo o dell’ambiente.

Sebbene la maggior parte delle leggi internazionalmente adottate preveda soltanto campionamenti ed analisi intermittenti, l’impiego di tecniche in continuo e quelle rapide ed in situ è sempre più diffuso.

Tale tendenza ha prodotto una serie di metodi analitici nel campo del monitoraggio ambientale già commercialmente sviluppati o in via di esserlo.

Questi metodi possono essere classificati come metodi di laboratorio miniaturizzati, kit per i test in campo, sensori e biosensori.

I biosensori, in ragione della loro versatilità, possono trovare un numero notevole di applicazioni in competizione, per l’occupazione del mercato, con metodi alternativi.

In effetti, una grande quantità di enzimi, anticorpi, tessuti con trasduzione di differente natura (elettrica, ottica, …) sono stati applicati alla determinazione di inquinanti.

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