Disinfezione dell’acqua per mezzo della cavitazione idrodinamica

Nonostante la Dichiarazione universale dei diritti umani riconosce il diritto all'acqua potabile come un’estensione del diritto alla vita e stabilisce l’imprescindibilità ti tale risorsa senza discriminazioni, si stima che circa 1.2 miliardi di persone nel mondo non hanno accesso a fonti idrauliche pulite e che circa 2.4 miliardi di persone non possono usufruire di un adeguato sistema di sanificazione. Si valuta che circa cinque milioni di persone muoiono all'anno a causa di malattie derivanti da acque insalubri. Attualmente i metodi più diffusi per potabilizzare l’acqua e renderla conforme al consumo umano sono di natura chimica. La scelta è dettata dalla semplicità dell’utilizzo, dalla velocità d’intervento e dalla sua economicità. Tuttavia, recenti studi hanno dimostrato che reazioni tra materiale organico ed agenti disinfettanti producono sottoprodotti di reazione cancerogeni alla salute umana, per cui sono state investite risorse nel ricercare tecniche di disinfezione dell’acqua basati su principi fisici. In questo contesto, la cavitazione idrodinamica è un processo fisico che può essere applicato, in quanto rilascia una notevole quantità energia e permette diverse reazioni chimiche che influiscono sulla distruzione cellulare degli agenti patogeni. La cavitazione è il fenomeno fisico di formazione, crescita ed implosione di cavità in pochi microsecondi causata da una notevole caduta di pressione, al di sotto della tensione di vapore del liquido. Nella cavitazione idrodinamica la caduta di pressione è originata dal passaggio del fluido attraverso dei restringimenti quali piastre forate o tubi di venturi. A causa della sua complessità, attualmente il fenomeno della cavitazione è stato descritto soltanto fisicamente, e tutte le pubblicazioni presentate trattano approcci empirici privi di un’analisi dimensionale. Si ha avuto una svolta a questa situazione soltanto nell'ultimo anno con la pubblicazione di Burzio et al. con l’articolo “Water disinfection by orifice-induced hydrodynamic cavitation” ad opera del Politecnico di Torino. L’articolo in questione fornisce un approccio empirico basato su un’analisi dimensionale, e permette di poter studiare il fenomeno della cavitazione ed i suoi effetti facendo cambiare un solo parametro idraulico adimensionale. Sulla base di questa analisi, il lavoro di tesi si è occupato della costruzione dell’impianto cavitazionale, della valutazione dell’idoneità di tale impianto, della redazione di un protocollo sperimentale e dello studio della disinfezione con un reattore a piastra forata ad un foro di 4.5 mm di diametro. È stato scelto questo particolare reattore perché è già fornito di studi puramente idraulici eseguiti dall’ingegner Caridi, e sarà possibile correlare gli studi idraulici con gli effetti sulla disinfezione idraulica. Questa tesi è stata svolta in collaborazione con la SMAT, la quale ha fornito le cariche batteriche e l’analisi batteriologica.