analisi dei modelli di previsione per la gestione ottimizzata del processo di disinfezione con ipoclorito di sodio

Disinfection is a fundamental stage in water treatment processes. Proper management of the disinfection phase allows the distribution of safe water to users from a microbiological and chemical point of view, ensuring an adequate residual of chlorine in the network and preventing the formation of disinfection byproducts. Several studies have focused on identifying the best models for estimating disinfectant decay and disinfection byproducts formation. However, their applicability is limited, as estimating model parameters is site-specific. This study aims to develop and analyze the decay models of sodium hypochlorite and trihalomethanes formation that can be applied to different drinking water distribution networks. Using meta-analysis approach, empirical linear regression models were generated to estimate the kinetic parameters that characterize the main kinetic models for estimating chlorine decay: first-order, second-order, and two-reactant kinetic models. These models were analyzed through validation on literature case studies and sensitivity analysis studies, which highlighted the limitations of using second-order and two-reactant kinetic models with parameters estimated by empirical models to describe disinfectant decay in treated water. The first-order kinetic model was found to be suitable for preliminary studies on chlorine decay, except in cases where concentration of dissolved organic carbon is much lower than the initial disinfectant dose. As for the kinetic and empirical models of THMs formation, differences between the two types of models were analyzed, followed by a synthesis of the empirical models in the literature and an evaluation of the predictors' contribution to the estimated THMs: pH, temperature, and organic substance indicators were found to have the greatest impact on THMs estimation.

La disinfezione rappresenta una fase fondamentale nei trattamenti di potabilizzazione e una sua corretta gestione permette di distribuire in rete acqua sicura sia dal punto di vista microbiologico che chimico, garantendo un residuo adeguato di cloro e sfavorendo la formazione dei sottoprodotti di disinfezione. Vari studi si sono concentrati sull’identificare i migliori modelli per la stima del decadimento del disinfettante e della formazione dei sottoprodotti. La loro applicabilità però è limitata, poiché la stima dei parametri dei modelli risulta sito-specifica. Questo lavoro ha l’obiettivo di sviluppare e analizzare i modelli di decadimento dell’ipoclorito di sodio e di formazione dei trialometani (THMs) da poter applicare su diverse reti di distribuzione idrica. Utilizzando l’approccio della metanalisi si sono generati dei modelli empirici di regressione lineare per la stima dei parametri cinetici presenti nei principali modelli cinetici di stima del decadimento di cloro: la cinetica di primo ordine, secondo ordine e a due reagenti. Questi modelli sono stati analizzati mediante validazione su casi studio di letteratura e studi di analisi di sensitività, che hanno evidenziato i limiti nell’utilizzare per acque trattate i modelli cinetici di secondo ordine e a due reagenti con i parametri cinetici stimati dai modelli empirici. Il modello cinetico di primo ordine è risultato adatto per studi preliminari sul decadimento di ipoclorito di sodio, escluso il caso in cui la concentrazione di DOC risulta molto inferiore rispetto alla dose iniziale di disinfettante. Per quanto riguarda i modelli cinetici ed empirici di formazione dei THMs si sono analizzate le differenze tra le due tipologie di modelli e si è compiuto un lavoro di sintesi sui modelli empirici presenti in letteratura, seguito dalla valutazione del contributo dei predittori dei modelli: pH, temperatura e indicatori della sostanza organica determinano il maggior impatto sulla stima dei THMs.