Cosa misurano LSI e RSI
L'indice di saturazione di Langelier (LSI, Langelier Saturation Index) è un numero che indica se un'acqua, alle condizioni reali di pH, temperatura, durezza calcica, alcalinità e salinità totale, tende a depositare carbonato di calcio (CaCO₃) o, al contrario, a solubilizzarlo. È stato proposto da Wilfred F. Langelier nel 1936 ed è oggi lo strumento più usato in tutto il mondo per valutare la stabilità chimica dell'acqua nelle reti di distribuzione, nelle caldaie e nei circuiti di raffreddamento.
L'indice di Ryznar (RSI, Ryznar Stability Index), introdotto nel 1944, nasce per migliorare la previsione del comportamento reale: a parità di LSI, due acque possono incrostare in modo diverso. RSI è sempre positivo (RSI = 2·pHs − pH) e ha una scala empirica calibrata su impianti industriali. Usare entrambi gli indici dà una valutazione più robusta: quando concordano la previsione è affidabile, quando divergono si è in una zona di transizione che richiede analisi più approfondite.
La formula del pH di saturazione (pHs)
Il cuore del calcolo è il pH di saturazione (pHs): il pH che l'acqua dovrebbe avere, alle condizioni reali, per essere in equilibrio con il carbonato di calcio. Se il pH misurato è maggiore di pHs, il sistema è soprasaturo e tende a depositare CaCO₃ (LSI > 0). Se il pH misurato è minore di pHs, il sistema è sottosaturo e tende a sciogliere CaCO₃ (LSI < 0).
La formulazione classica di Langelier, ripresa nello Standard Methods, esprime pHs come somma di quattro termini correttivi che dipendono da TDS, temperatura assoluta, concentrazione di calcio (espressa come CaCO₃) e alcalinità totale:
pHs = (9,3 + A + B) − (C + D) A = (log₁₀(TDS) − 1) / 10 B = −13,12 · log₁₀(T_K) + 34,55 C = log₁₀(Ca²⁺ come CaCO₃) − 0,4 D = log₁₀(Alcalinità come CaCO₃)
Le concentrazioni di calcio e alcalinità si esprimono entrambe in mg/L equivalenti di CaCO₃: per il calcio basta moltiplicare la concentrazione di Ca²⁺ in mg/L per 2,5 (rapporto tra i pesi molecolari, 100/40); per l'alcalinità il dato di titolazione è già in CaCO₃. La temperatura va espressa in Kelvin.
Come pH, temperatura, calcio e alcalinità influenzano il risultato
Il pH ha l'effetto più diretto: ogni 0,1 unità in più sposta LSI di +0,1. Acque sopra pH 8 sono quasi sempre incrostanti, sotto pH 7 quasi sempre aggressive (a parità di durezza media).
La temperatura ha un effetto contro-intuitivo: alzare T riduce pHs, quindi aumenta LSI. La stessa acqua che è stabile a 15 °C in rete fredda può diventare fortemente incrostante a 70 °C in caldaia. È il motivo per cui le incrostazioni si formano sempre prima sulle superfici calde (resistenze, scambiatori, bruciatori).
Il calcio e l'alcalinità agiscono in modo simmetrico: più calcio o più alcalinità aumentano LSI e spostano l'equilibrio verso l'incrostazione. Un'acqua con bassa durezza calcica (< 30 mg/L Ca²⁺) e bassa alcalinità è quasi sempre aggressiva, anche a pH neutro: è il caso tipico di acque di sorgente alpina, di acque osmotizzate non rimineralizzate e di alcune acque piovane raccolte per uso tecnico.
Il TDS entra nel termine A: ha un peso molto contenuto (variazioni da 100 a 1000 mg/L spostano LSI di solo 0,1 unità). Per la maggior parte delle acque potabili italiane è sufficiente una stima approssimativa del TDS dalla conducibilità (TDS ≈ EC × 0,65).
Conseguenze pratiche di acque non equilibrate
Acque aggressive (LSI < -0,5): sono il principale fattore di rilascio di metalli dalle tubazioni. In edifici storici con colonne montanti in piombo o saldature di stagno-piombo, un'acqua aggressiva può portare il piombo al rubinetto sopra il limite di 5 µg/L (10 µg/L fino al 12 gennaio 2036) fissato dal D.Lgs. 18/2023. Anche tubazioni in rame possono rilasciare Cu, Ni e Zn (da leghe di ottone) con conseguenze su salute e sapore (acqua dal gusto metallico, macchie blu-verdi sulle ceramiche). Sul piano strutturale, le acque aggressive degradano le malte cementizie e i rivestimenti interni dei tubi zincati, accorciandone la vita utile.
Acque incrostanti (LSI > +0,5): generano depositi di carbonato di calcio sulle superfici a contatto. In caldaia e nei boiler il calcare riduce lo scambio termico (1 mm di calcare aumenta i consumi energetici di circa il 10 %), provoca surriscaldamento localizzato delle resistenze elettriche e accelera il cedimento dei serpentini. Negli scambiatori industriali e nelle torri evaporative il fouling abbassa il rendimento e moltiplica i fermi macchina per pulizia chimica. In rete domestica si traduce in rubinetterie ostruite, soffioni doccia che perdono portata, lavastoviglie e lavatrici che richiedono più sale e più detergente.
D.Lgs. 18/2023: l'acqua deve essere "non aggressiva"
Il decreto legislativo 23 febbraio 2023 n. 18, che recepisce la direttiva (UE) 2020/2184 sulle acque destinate al consumo umano, all'articolo 13 e nell'allegato I dispone che l'acqua fornita al rubinetto non sia corrosiva né aggressiva nei confronti dei materiali a contatto. Non viene fissato un valore-limite numerico di LSI, ma il principio è chiaro: il gestore della rete pubblica e il responsabile della distribuzione interna (per i condomini, di norma, l'amministratore) devono garantire che pH, durezza, alcalinità e composizione ionica non favoriscano il rilascio di metalli (piombo in particolare) dalle tubazioni domestiche.
In pratica, la maggior parte dei laboratori e dei tecnici di settore considera accettabile un LSI compreso tra -0,5 e +0,5 e un RSI tra 6 e 7. Quando il calcolatore segnala valori fuori da queste fasce, soprattutto in edifici con tubazioni datate o in presenza di gruppi a rischio (lattanti, gestanti, soggetti fragili), è opportuno richiedere un'analisi specifica dei metalli al rubinetto dopo stagnazione, e valutare un piano di stabilizzazione dell'acqua.
Trattamenti per riportare l'acqua in equilibrio
Per acque aggressive si lavora aumentando pH e alcalinità. Le tecniche più diffuse sono la filtrazione su calcite (carbonato di calcio granulare, che si solubilizza progressivamente arricchendo l'acqua di Ca e alcalinità) e il dosaggio di alcalinizzanti come idrossido di sodio, carbonato di sodio o latte di calce. Quando l'acqua contiene CO₂ libera elevata, si usa una torre di aerazione per strippare l'anidride carbonica e far salire il pH in modo passivo, senza aggiungere reagenti.
Per acque incrostanti le strade principali sono tre: addolcimento a scambio ionico (resine cationiche rigenerate con NaCl, che sostituiscono Ca e Mg con Na, eliminando la durezza), decarbonatazione (resine debolmente acide o calce-soda, che riducono i bicarbonati abbassando l'alcalinità) e dosaggio controllato di CO₂ (acidificazione blanda che sposta l'equilibrio carbonatico senza aggiungere sali). Per circuiti chiusi e caldaie si usano anche condizionanti chimici a base di polifosfati o polimeri sequestranti, che mantengono il calcare in sospensione fino allo scarico.
La scelta del trattamento dipende dalla portata, dalla composizione di partenza, dai costi di esercizio e dalla qualità target in uscita. Una progettazione corretta parte sempre da un'analisi completa di laboratorio (pH, T, durezza calcica e totale, alcalinità, conducibilità, calcio, magnesio, sodio, cloruri, solfati, ferro) e dal calcolo dell'LSI alle temperature di reale utilizzo.
Limiti del modello e quando serve un'analisi reale
LSI e RSI sono modelli di equilibrio: dicono dove tende l'acqua, non quanto velocemente ci arriva. Una stessa acqua leggermente incrostante può non depositare calcare per anni in una rete con flusso costante, oppure formare depositi rapidi se la temperatura sale. I modelli ignorano effetti reali importanti: presenza di inibitori naturali (silicati, fosfati, sostanza organica), tempi di residenza, regime di moto (laminare o turbolento), composizione dei materiali a contatto, eventuali biofilm. Per scelte progettuali (impianti industriali, condomini con colonne piombo, comunità) il calcolo è il punto di partenza, non l'arrivo.