ITVT20110013A1 - Arricchimento di proprieta' antimicrobiche insite in acque termali - Google Patents

Description

TITOLO: “Processo per il potenziamento di proprietà antimicrobiche insite in acque termali"

Riassunto

L'utilizzo di acque termali in piscine ad uso di bagnanti pone il problema di conciliare i trattamenti disinfettanti con il mantenimento delle proprietà naturali proprie della sorgente. La gestione dei rischi igienico-sanitari à ̈ in principio analoga a quella delle acque ad uso ricreativo in piscine, ma l'utilizzazione di procedure e/o prodotti chimici tradizionali per la disinfezione, come ad esempio l’uso del cloro, non solo risulta complessa e talora inefficace, ma anche rischiosa a causa della produzione di potenziali derivati tossici. Analoghi problemi possono derivare dall'uso di trattamenti con agenti fisici, quali i raggi UV. Abbiamo identificato proprietà antimicrobiche naturali in acque termali e sviluppato strategie per esaltarne tale potere disinfettante naturalmente presente alla sorgente. Rivendichiamo la applicazione di sistemi di arricchimento e/o rigenerazione di proprietà antisettiche di acque termali attraverso vari metodi e la loro utilizzazione nel trattamento igienizzante di acque in vasca ad uso ricreativo.

Descrizione dell’invenzione

Stato dell’arte

Le piscine di acqua termale utilizzate per la balneazione sia per scopi terapeutici che ricreativi (di seguito chiamate “vasche termali ricreative†) sono alimentate da sorgenti termali normalmente prive di microrganismi nocivi all’uomo. Tali sorgenti forniscono acqua ad alta temperatura, ricca in sali (residui fissi a 180°C di solito superiori a due grammi/litro), contenenti spesso valori elevati di solfuri, ioduri e bromuri. Le acque termali acquisiscono tali caratteristiche provenendo dalle profondità della crosta terrestre ed in condizioni in cui rincontro ad elevate pressioni ed in presenza di gas e diversi minerali ad elevatissime temperature comporta una modificazione nella composizione dell’acqua. Tali caratteristiche sono state utilizzate sin dai tempi antichi per le loro proprietà benefiche, ed il territorio italiano, ed europeo, annovera numerosi impianti termali. Gli utilizzi sono molteplici, tra cui lavande, cure idropiniche, aerosol, fangoterapie etcetera, ma il presente brevetto si riferisce alle applicazioni in vasca di tipo idroterapicoricreazionale. In questo ambito si tratta dell’uso in vasca, sia per scopi di riabilitazione o rieducazione motoria, che ludici. Se l’acqua utilizzata per approvvigionare le vasche à ̈ inizialmente alla sorgente microbiologicamente sicura, tuttavia, a seguito della immissione in vasca e della presenza di bagnanti e/o altre sorgenti di contaminazione esterne si verifica un deperimento della qualità igienico-sanitaria e l'acqua in vasca può costituire un rischio per la salute qualora non adeguatamente gestita. Attualmente tale problema viene fondamentalmente controllato aumentando il reintegro, con disinfettanti chimici o trattamenti fisici, rispettivamente quali cloro, bromo, oppure, per esempio, trattamento con raggi ultravioletti.

La presenza dei bagnanti in tali vasche termali ricreative à ̈ un elemento di contaminazione che richiede di conseguenza adeguati ricambi per ora o procedure di sanificazione/disinfezione al fine di garantire la sicurezza dei bagnanti, come previsto anche da alcune normative e/o raccomandazioni italiane e di altri paesi (1, 2). Insufficienti livelli di sicurezza igienico-sanitaria possono essere la causa di epidemie (3). Tale problema à ̈ stato affrontato dettagliatamente dall’ Organizzazione Mondiale della Sanità e descritto nelle linee guida per gli ambienti acquatici salubri ad uso ricreativo (1). In piscine natatorie ad uso ricreativo, non termali, il problema sanitario à ̈ efficacemente risolto tramite procedure ben consolidate e diffuse, come ad esempio la clorazione. Però l’utilizzo del cloro nelle acque termali, o di altri prodotti chimici, può favorire la formazione di derivati interagendo con i sali naturalmente presenti, e andando ad alterare la composizione minerale dell’acqua termale con gravi impatti sui possibili effetti terapeutici ad esse attribuiti nonché con effetti controproducenti dovuti alla generazione di prodotti indesiderati e potenzialmente pericolosi (2). La problematica à ̈ stata già considerata da diversi punti di vista e sono già stati proposti sistemi alternativi come la filtrazione o basati sull’irraggiamento con raggi LTV. Essi possono essere efficaci, ma comportano una serie di problemi, tra cui principalmente il fatto che purtroppo non possono garantire un’azione disinfettante residua che dunque protegga ulteriormente gli utenti “in vasca†(3). Quindi attualmente, la pratica più diffusa per mantenere adeguati livelli igienicosanitari nelle vasche termali ricreative nel rispetto delle proprietà naturali, à ̈ quella del reintegro: infatti l’immissione di nuova acqua sorgiva termale, agisce sia attraverso il principio di diluizione degli inquinanti, sia attraverso il ripristino delle caratteristiche naturali. Tuttavia, il reintegro comporta gravissime conseguenze connesse con i danni ambientali dovuti alla eccessiva estrazione mineraria, in aggiunta ai costi per l’approvvigionamento, e le problematiche connesse con lo smaltimento.

Problema tecnico

Il problema tecnico consiste nella impossibilità ad oggi di poter mantenere le proprietà naturali delle acque termali presenti in vasche termali ricreative, assicurandone al contempo la sicurezza igienico-sanitaria, ossia senza adulterarle con prodotti chimici estranei oppure con altre procedure artificiali di disinfezione basate, per esempio, sulla irradiazione con agenti fisici.

Inoltre, l’altra soluzione comunemente adottata e basata sull’innalzamento delle percentuali di reintegro comporta a sua volta complicazioni. Infatti, poiché il reintegro massivo delle vasche termali ricreative con acqua sorgiva à ̈ causa del depauperamento della falda termale, con conseguenti danni ambientali, e costi di gestione più elevati per impianto, urge fornire ai gestori adeguati strumenti di disinfezione che siano compatibili con le caratteristiche naturali e medicinali chimico/terapeutiche di tali acque. Come evidenziato dallo stato dell’arte, infatti, i trattamenti tradizionalmente utilizzati e consolidati per le piscine natatorie nontermali si fondano sulla clorazione, o, più in generale, su trattamenti fortemente ossidanti. Tale approccio nelle acque termali ad elevata concentrazione di sali e/o di zolfo ed altri componenti specifici, diviene invece estremamente problematico, meno efficace ed anche controproducente in quanto dannoso per impianto a causa di fenomeni di precipitazione, nonché potenzialmente pericoloso a causa dei prodotti di degradazione che si possono generare.

La soluzione al problema tecnico à ̈ stata trovata attraverso l’utilizzazione di:

1. sistemi per la concentrazione della componente salina di acqua termale e successiva solubilizzazione nell’acqua di immissione in vasca;

2. sistemi per arricchimento di acque termali attraverso il reimpiego della componente gassosa della sorgente termale anche per gorgogliamento nell’acqua di ricircolo/immissione in vasca;

3. energia termica naturalmente presente alla sorgente per il trattamento termico di pastorizzazione dell’acqua in ricircolo, sia in controcorrente che in camere di gorgogliamento che con altri strumenti utili allo scopo.

Si possono pertanto mettere a punto e rientrano neH’ambito della presente invenzione sistemi integrati basati sulla utilizzazione dei sistemi indicati nei punti 1, 2, 3.

La presente invenzione consiste nel metodo per arricchimento delle naturali caratteristiche antimicrobiche delle acque termali, e quindi del loro sicuro impiego ai fini di balneazione, attraverso un prelievo dell’acqua, trattamento e reimmissione in vasca dei componenti stessi dell’acqua termale come illustrato nelle figure 1 e 2.

Con particolare riferimento alla figura 1, essa illustra una prima realizzazione dell'invenzione in cui una vasca termale (A) ad uso ludico o idroterapico viene alimentata con acqua termale proveniente da una sorgente termale attraverso il condotto (C). Parte di questa acqua termale viene addotta attraverso il condotto (D) al modulo (E) nel quale à ̈ sottoposta ai trattamenti di arricchimento de invenzione individuati ai punti 1 , 2, 3 di cui sopra, per poi essere re-immessa nella vasca (A) per sanitizzarla.

Secondo una realizzazione alternativa de invenzione, illustrata in figura 2, l'acqua che alimenta la vasca termale (A) e che proviene dalla sorgente (C) viene in parte addotta al modulo (E) per essere trattata secondo le procedure della presente invenzione indicate ai punti 1, 2, 3 di cui sopra. Al contempo l'acqua della vasca (A), che necessita di sanitizzazione a seguito del suo utilizzo, preventivamente filtrata in (F) in modo in sé noto, viene addotta anch'essa al modulo (E) per essere miscelata all'acqua di sorgente pretrattata al fine di essere sanitizzata, dopodiché viene re-immessa nella vasca (A).

Vengono di seguito riportate a titolo esemplificativo alcune metodologie per i trattamenti secondo la presente invenzione: per arricchire le caratteristiche naturali di acque termali si procede col prendere acqua termale e trattarla attraverso vari metodi incluso, ma non in modo esaustivo con le seguenti metodologie:

• evaporazione, (à ̈ un processo evidente di per sé, cfr. voce Evaporazione su Enciclopedia Treccani, e/o il link http://www.treccani.it/enciclopedia/evaporazione).

• filtrazione su cartucce a scambio ionico, (http://it.wikipedia.org/wiki/Resina_a_scambio_ionico)

• osmosi inversa dei sali presenti, (http://it.wikipedia.org/wiki/Osmosi_inversa)

• gorgogliamento di gas prodotti alla sorgente e opportunamente convogliati al impianto, provenienti dalla tubatura C e rilasciati per gorgogliamento nel modulo E.

Per la disinfezione naturale di piscine alimentate con acqua termale e/o vasche ricreative termali, tale acqua arricchita e rinnovata attraverso gli appositi trattamenti sopra indicati viene immessa nuovamente in circolo ed in vasca. Inoltre, anche la stessa naturale caratteristica connessa con le elevate temperature alla sorgente, può essere utilizzata per trattamenti di pastorizzazione dell'acqua e richiedere un più basso consumo energetico per il riscaldamento. Il calore alla sorgente di quelle acque termali che lo permettono, che cioà ̈ sono ad elevata temperatura, viene impiegato per la pastorizzazione secondo metodi noti agli addetti del settore (cfr. Enciclopedia Treccani, e/o http://www.treccani.it/enciclopedia/pastorizzazione/ e/o http://it.wikipedia.org/wiki/Pastorizzazione) .

Tale approccio integrato, naturale e altamente sostenibile, finalmente consente di poter utilizzare metodi di trattamento e disinfezione naturali, che rispettino le condizioni chimico-fisiche dell'acqua termale e non la adulterino con prodotti chimici o processi estranei ed artificiali alla composizione dell'acqua termale, che à ̈ caratterizzata tra l'altro proprio da quella copresenza di sali, zolfo, e temperature elevate alla sorgente, che vengono qui utilizzate a seguito dei processi di arricchimento e trattamento disinfettante.

La applicazione di tali proprietà attraverso opportuni dispositivi realizzabili con qualsiasi delle tecnologie disponibili, e già note, manifesta benefici evidenti ai tecnici del settore in termini di sostenibilità ambientale, sicurezza igienicosanitaria, salvaguardia della compatibilità con le proprietà naturali, terapeutiche e medicinali delle acque termali. In particolare, inoltre, la riduzione delle necessità di reintegro hanno un impatto sui costi di sfruttamento della risorsa mineraria con implicazioni sulla tutela della falda acquifera, nonché, tra l'altro, determinano una riduzione nella eliminazione nell'ambiente delle acque di scarico.

Osservazioni personali e prove sperimentali, hanno permesso di considerare la potenzialità di un effetto batteriostatico e di ostacolo alla crescita di microrganismi insito nelle acque termali salso-sulfuree. Del resto, tali acque possono contenere alcuni sali quali composti del bromo e dello iodio, che sono già ben conosciuti per le loro caratteristiche battericide. In aggiunta, altri parametri convergono nel sostenere un potenziale effetto antisettico delle acque termali salso-sulfuree. Acque termali e controlli di acqua potabile sono stati sperimentalmente contaminati con cariche note di indicatori microbici ed incubate a 37 °C, secondo protocolli standard. La conta microbica a tempi differenti compresi tra 6- 18 ore ha mostrato una riduzione della crescita batterica compresa tra il 70 ed il 30% già in presenza di processi di arricchimento naturale delle proprietà antisettiche anche di minima intensità (es.: variazioni inferiori al 10%).

L’elevata salinità (come noto all'esperto del settore, l'acqua minerale risponde ai criteri di legge stabiliti dal D.L. 25/1/1992 n.105 (modificato dal D.Lgs 339/99 in attuazione della Direttiva 96/70/CE, per i singoli anioni e cationi cfr. http://it.wikipedia.org/wiki/Acqua_minerale), infatti, rappresentata da sali di manganese, magnesio, calcio, ferro, alluminio, sodio e potassio, o carbonati e/o altro, nonché la presenza di zolfo contribuiscono al valore antisettico di tali acque (4-6). Per questa ragione, vengono proposti sistemi di dìsìnfezione/trattamento naturali che si fondano sulle proprietà insite nelle acque di sorgente termale ossia: presenza di sali, temperatura elevata, zolfo.

La soluzione proposta appare particolarmente adatta alla gestione di acque termali in piscine, in quanto assicura il mantenimento della composizione naturale tipica di quell'acqua termale. Ovviamente, il trattamento andrà personalizzato sulla base della composizione e concentrazione di partenza dell'acqua, ma le modalità di analisi ed i valori soglia sono già noti ai tecnici del settore. Del resto, data, la presenza naturale di sostanze potenzialmente disinfettanti nelle acque termali, i dispositivi che ne reintegrino e arricchiscano tali naturali sali e gas, (esauritisi anche per via della stessa esposizione nella vasca di balneazione ad aria e bagnanti), ne permettono il reimpiego consentendo un ricircolo ottimizzabile ed una conseguente sensibile riduzione di approvvigionamento esterno massivo.

L’invenzione proposta, à ̈ relativa ad un processo di trattamento dell'acqua che integra elementi mai utilizzati per le acque termali e che nella applicazione alle piscine ed alle vasche ricreative termali prevede un sistema per il trattamento naturale dell’acqua presente nelle vasche termali ricreative e la loro successiva reimmissione nella vasca di balneazione. Il ripristino delle caratteristiche chimiche iniziali di tali acque avviene tramite un impianto di convogliamento dell’acqua descritto in figura e realizzato secondo i principi noti per l'idraulica e l'impiantistica delle piscine (Es.: Igiene in Piscina, editore II Campo, 2007; e/o Piscine. Progettazione. Costruzione. Manutenzione. Editore Flaccovio Dario, 2009), dotato di adeguate celle tampone dove sono presenti concentrati chimici delle sostanze native presenti nella sorgente termale (Es.: ISSN 1123-3117 Rapporti ISTISAN 07/11; e/o Igiene in Piscina, editore II Campo, 2007; e/o Piscine. Progettazione. Costruzione. Manutenzione. Editore Flaccovio Dario, 2009; e/o http://it.wikipedia.org/wiki/Cloro). Tali combinazioni di sostanze sono preparate in modo da essere efficacemente solubilizzate nell’acqua che transita, attraverso procedure standard note agli esperti del settore. Per esempio, tale solubilizzazione potrà essere favorita tra l'altro anche da processi elettrochimici e/o termici (es. http://it.wikipedia.org/wiki/Elettrolisi; e/o http://it.wikipedia.org/wiki/Soluzione_(chimica)). L’invenzione provvede inoltre a riequilibrare anche i gas che naturalmente sono disciolti nell’acqua sorgiva rafforzandone le naturali proprietà che verrebbero altrimenti depauperate dalla giacenza in acqua ed esposizione ambientale.

Gli esempi seguenti sono illustrativi dell’ invenzione e non sono da considerare limitativi della relativa portata.

Esempio 1. Effetto del processo di arricchimento delle acque termali sulla

proliferazione di batteri originati dal uomo

Allo scopo di saggiare la crescita e la capacità proliferativa di batteri originati dall'uomo, fu eseguito il seguente esperimento su una campionatura di acqua termale proveniente da quattro diverse fonti termali dell'Italia centro-settentrionale. Tutte le acque termali campionate provenivano da fonti termali calde, possedevano diverse composizioni chimiche come illustrato in Tabella 1 e presentavano un residuo fisso abbastanza alto (fra 2,5 fino a 3,3 g/1) a 180°C. La campionatura fu eseguita in bottiglie di vetro sterili immediatamente sigillate per impedire la perdita dei gas disciolti (o eventuali contaminazioni). Le determinazioni della temperatura, del pH e del solfuro di idrogeno furono eseguite durante il campionamento e/o successivamente in laboratorio.

Tabella 1

Campioni selezionati di acqua

SSC SBA AI SW

Temperatura alla 67°C 54°C 41°C 23,9 sorgente

pH a 180°C 6,8 6,5 7,4 6,45 Residuo fisso a 2,5 g/1 3,3 g/1 2,9 g/1 2,9 g/1 180°C

H2S 18 mg/1 2 mg/1 0,0 mg/1 29 mg/1 Iodio 2 mg/1 <0,01 mg/1 <0,01 mg/1 0,07 mg/1 Bromo 5 mg/1 <0,1 mg/1 0,6 mg/1 <0,1 mg/1 Sodio 600 mg/1 30 mg/1 38 mg/1 173 mg/1 SBA = acqua sulfurea bicarbonato alcalino terrosa;

SSC = acqua sulfurea alcalino terrosa ricca di cloruro di sodio, bromo e iodio;

AI = acqua ricca di arsenico e ferro;

SW = acqua contenente alti livelli di solfuro di idrogeno (SW).

Gli esperimenti furono eseguiti anche utilizzando un campione di acqua del mare Tirreno filtrata con un filtro da 0,22 Î1⁄4m e acqua minerale in bottiglia di varie marche nazionali (residuo fisso a 180°C: 0,2-0, 4 g/1; pH 7, 1-7,3). Le analisi dei campioni di acqua furono eseguite secondo i metodi ufficiali vigenti in Italia (APAT-IRSA CNR, 2003; ISS, 2007).

Ceppi batterici utilizzati

Come batteri di origine umana furono utilizzati i ceppi E. coli ATCC 35218 e E. faecalis ATCC 7080 in terrenoTSB (DIFCO Laboratories, USA).

Contaminazione in vitro dei campioni di acqua termale e non termale

Esecuzione del saggio

50 mi di ciascun campione di acqua sopra menzionato fu inoculato con 200 cellule batteriche e incubato per 24 ore a 37°C senza agitazione. Al momento dell'inoculo (tO) e al termine delle 24 ore di incubazione furono raccolte delle aliquote in triplicato per ciascun campione che furono filtrate con filtri da 0,45 mm e trasferite in ambiente sterile su piastre di agar contenenti il terreno di coltura TSA (E. coli ) o SB (E. faecalis) (Oxoid). Le colture su agar furono incubate a 37°C per 18 ore prima di procedere con la conta batterica.

Aliquote di acqua non inoculata furono utilizzate per il controllo della carica batterica di base. I risultati ottenuti furono normalizzati rispetto a quelli ottenuti con acqua minerale in bottiglia. I risultati ottenuti con E. coli erano molto simili a quelli ottenuti con E. faecalis.

Risultati

I campioni di acqua minerale in bottiglia hanno mostrato di possedere sempre la carica di E. coli maggiore 24 ore dopo l'inoculo con questo batterio. I risultati sono illustrati in Tabella 2.

Tabella 2

Riduzione della carica microbica (%)

campioni di acque

Tempo (h) BNM SSC SBA SEA AI SW

0 100(±5) 100(±10) 100(±8) 100(±1) 100(±15) 100(±5) 24 1 10 79±3 70±10 16±12 145±3 7±15

Tutte le acque termali, tranne che nel caso del campione di acqua non sulfurea AI (acqua ricca di arsenico e ferro), mostravano una riduzione della carica batterica inoculata che andava dal 22-27% (SSC e SBA) all'84-91% (acqua di mare e SW). Come già accennato sopra, i risultati ottenuti con E. faecalis erano molto simili e non verranno qui mostrati. Questi risultati mostrano chiaramente che le acque termali, in particolare quelle contenenti zolfo, possiedono un'attività batteriostatica su ceppi batterici di origine fecale umana.

Esempio 2. Arricchimento e trattamento disinfettante di acque termali

Un campione di 1000 ml di acqua termale (SW = acqua ipotermale contenente alti livelli di solfuro di idrogeno) fu prelevato alla fonte come già descritto sopra. 11 campione fu poi sottoposto a concentrazione tramite evaporazione fino ad ottenere una concentrazione del volume di circa il 30%. 11 volume di acqua termale trattata così ottenuta (circa 700 mi) fu unito a 1000 ml di acqua termale di riciclo proveniente da vasca (acqua contaminata; carica batterica media compresa tra 200-500 CFU/100ml). L'acqua termale così trattata (1000 mi 700 mi) fu poi sottoposta anche a gorgogliamento con i gas (solfuro di idrogeno) raccolti alla fonte dell’acqua termale a temperature oscillanti fra 25 e 35°C (temperature termali) e la carica batterica fu nuovamente analizzata.

1 risultati dell'analisi batterica indicavano che l'effetto sanitizzante dell'acqua termale trattata riusciva ad abbattere la carica batterica dell'acqua di vasca (abbattimento della carica microbica del >70-100%).

Riferimenti bibliografici essenziali

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Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1. Processo per la sanificazione e disinfezione di vasche d'acqua alimentate da sorgenti termali utilizzabili per la balneazione a scopo terapeutico e ricreativo, in cui l'acqua contaminata viene posta in contatto con una aliquota di acqua termale prelevata dalla sorgente e preventivamente sottoposta ad un trattamento di concentrazione della componente salina con un metodo scelto fra l'evaporazione, la filtrazione su cartucce a scambio ionico, l’osmosi inversa e relative combinazioni e successiva re-immissione dell’acqua così trattata nel circolo del suo normale utilizzo.
2. 2. Processo secondo la rivendicazione 1 in cui l'acqua da re-immettere in vasca viene sottoposta a gorgogliamento della componente gassosa presente nella sorgente termale.
3. 3. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-2 in cui l'acqua da reimmettere in vasca viene sottoposta a pastorizzazione effettuata alla temperatura della sorgente termale.
4. 4. Impiego di acque termali prelevate alla sorgente e sottoposte a processo di concentrazione di almeno il 10% per sanificare e disinfettare acque di balneazione contaminate.
5. 5. Impiego della componente gassosa di acque termali prelevate alla sorgente per sanificare e disinfettare acque di balneazione contaminate.