1. Introduzione
EGMA – Studio Associato da molti anni si occupa di tecnologie di processo finalizzate alla razionalizzazione del ciclo idrico complessivo dell’industria, comprendenti tutti i Sistemi Depurativi di Reintegro, di Scarico e di Riuso dell’acqua, nonché dell’ottimizzazione della loro gestione globale.
L’esperienza maturata in questo ambito consente di affermare che la “Razionalizzazione del ciclo idrico” e la ”Ottimizzazione della sua Gestione Globale” rappresentano i capisaldi per un adeguato approccio all’individuazione reale dei costi di produzione dell’acqua pura.
2. Premessa
Il presente lavoro si prefigge l’obiettivo di valutare il costo di produzione dell’acqua pura, sia nel caso di ristrutturazione di un impianto esistente, che nel caso di realizzazione di un nuovo impianto.
Di seguito vengono fornite alcune informazioni che possono facilitare la scelta, da parte dell’Utente, tra il Revamping dell’Impianto Esistente, in relazione al suo “Stato di Fatto” in cui versa l’Impianto di Demineralizzazione, e l’Installazione di una Nuova Unità Sostitutiva.
In ragione delle esperienze acquisite attraverso i molteplici Casi Studio affrontati nel tempo nei diversi siti industriali, vengono suggeriti dei parametri di riferimento finalizzati a consentire la scelta più oculata tra la tecnologia a Scambio Ionico e la tecnologia ad Osmosi Inversa per produrre Acqua Pura.
3. Cosa Installare
La decisione di installare un sistema a resine a scambio ionico IX o un impianto ad osmosi inversa RO dipende da molti fattori, dai più semplici di tipo gestionale, a quelli più complessi che includono costi d’investimento, costo specifico metro cubo di acqua prodotto, disponibilità di prodotti chimici e problematiche relative allo scarico e all’impatto ambientale.
Altri fattori indispensabili di cui tener conto sono:
tipo di acqua da trattare
potenzialità/dimensione del sistema, portata
qualità richiesta dell'acqua trattata
incidenza costo resine scambio-ioniche & membrane
costo del lavoro e dell'energia
costo di manutenzione ordinaria e programmata
ritorno sull'investimento
4. Come Decidere
TIPOLOGIA DI ACQUA DA TRATTARE
Fino a non molto tempo fa si semplificava affermando che per salinità dell’influente al di sotto di 350 - 400 ppm lo scambio ionico fosse più conveniente; ora questo limite non c'é più.
La differenza è nella qualità dell'acqua: acque di pozzo, acque di fiume con adeguato pretrattamento, acque di buona qualità, sono sicuramente da trattare mediante osmosi inversa; acque superficiali magari ad alto contenuto di solidi sospesi o sostanze organiche dotate di limitato pre-trattamento, fanno propendere la decisione a favore dello scambio ionico. Fermo restando che, allo stato attuale dell’arte, l’affinamento della tecnologia di ultrafiltrazione UF consente oggi di pretrattare in modo adeguato l’acqua di alimento, qualunque essa sia, garantendo una soddisfacente qualità in ingresso alle membrane di osmosi inversa.
DIMENSIONE E PORTATA DELL’IMPIANTO
I nuovi impianti di demineralizzazione con portate inferiori ai 80 - 100 m3/h sono ormai realizzati interamente ad osmosi inversa adeguatamente pretrattati, eventualmente seguiti da un secondo passo RO se la qualità richiesta non è raggiungibile dal singolo stadio RO. L’affinamento ultimo per il raggiungimento “dell’Acqua Pura” viene effettuato mediante filtri a Letto Misto LM a resine scambiatrici di ioni, così detti Filtri
Polishing ed alternativamente da un impianto di ultima concezione tecnologica quale l’Elettrodeionizzazione EDI.
Per impianti di potenzialità superiore, lo scambio ionico può essere ancora un’alternativa, specialmente se vi sono condizioni specifiche che lo rendono più interessante, quali: la semplicità di funzionamento, la minore probabilità di avere inconvenienti, la maggiore durata, il funzionamento totalmente automatico.
QUALITA' RICHIESTA DELL’ACQUA TRATTATA
Per effluenti richiesti con conducibilità < 5 μS/cm, tranquillamente ottenibili sia mediante scambio ionico che osmosi inversa, la tendenza è di considerare la tecnologia RO. Effluenti più qualitativi e restrittivi, con conducibilità < 1 μS/cm e 10 ppb di SiO2 residua, possono essere raggiunti unicamente mediante finissaggio con Letto Misto Polishing a resine s.i ed alternativamente con EDI elettrodeionizzazione. Di fatto, le migliori membrane ad osmosi hanno reiezione salina al 99.7% obbligando, come già detto, a successivi steps di affinamento per raggiungere la qualità desiderata.
COSTO DELLE RESINE SCAMBIATRICI DI IONI
Mentre il costo dei moduli ad osmosi inversa continua un trend in discesa in ragione della maggiore richiesta dal mercato, contrariamente il costo dello scambio ionico tende ad aumentare, anche in virtù del diffuso utilizzo di resine a granulometria altamente selezionata, rispetto alle resine eterodisperse convenzionali, raccomandate nei processi in controcorrente, a letto fluttuante e compattato.
COSTO DEL LAVORO E DELL' ENERGIA
Sicuramente la tecnologia a scambio ionico è più vantaggiosa da entrambi i punti di vista, in quanto risulta molto minore sia l'incidenza del manpower (più specialistico sugli impianto RO) che il costo dell'energia; quest’ultimo risulta infatti essere uno dei costi fondamentali dell'osmosi inversa.
RITORNO DELL'INVESTIMENTO
Costo Investimento IX
Impianto Scambioionico IX capacità 200 m3/h 0.30 - 0.40 €/m3 giorno
Impianto Scambioionico IX capacità 50 m3/h 0.60 - 0.70 €/m3 giorno
Costo Investimento RO
Impianto Osmosi Inversa RO+IX capacità 200 m3/h 0.25 - 0.35 €/m3 giorno
Impianto Osmosi Inversa RO+IX capacità 50 m3/h 0.50 - 0.60 €/m3 giorno
Costo Operativo IX
Impianto Scambioionico IX capacità 200 m3/h 0.30 - 0.45 €/m3H2O
Impianto Scambioionico IX capacità 50 m3/h 0.50 - 0.70 €/m3H2O
Costo Operativo RO
Impianto Osmosi Inversa RO+IX capacità 200 m3/h 0.15 - 0.25 €/m3H2O
Impianto Osmosi Inversa RO+IX capacità 50 m3/h 0.20 - 0.30 €/m3H2O
5. Risultanza Economica
In regione di quando suddetto, ne consegue che il ritorno sull'investimento di un impianto Osmosi Inversa RO, grazie al minor costo/m3 prodotto, anche a parità, +/- di costo di investimento, è di 8 - 10 mesi, paragonabili a 14 - 16 mesi nel caso relativo alla soluzione a scambio ionico IX.
6. Impatto Ambientale
In ragione di quanto suddetto ed in relazione agli attuali fabbisogni idrici dell’industria in generale, ed in particolare delle Centrali di Produzione Energia o delle Raffinerie, sempre in crescita nel tempo, risulta del tutto evidente che maggiori richieste di acqua demineralizzata impongono cicli di rigenerazione più frequenti dell’esistente impianto scambio ionico in assetto ideale.
Ne consegue che l’utilizzo più marcato di rigeneranti quali Acido Cloridrico & Soda Caustica, generano un elevato carico di salinità complessiva di sicuro impatto sui reflui di scarico finale.
Il blending delle acque di eluato di rigenerazione con altri blow-down di fabbrica/centrale come ad esempio di provenienza dalle torri di raffreddamento, non sono in grado di assicurare le adeguate diluizioni finali. Le normative vigenti in tal senso risultano alquanto restrittive e ne limitano fortemente la manovrabilità.
Ragion per la quale, risulta inevitabile considerare un’adeguata soluzione tecnologica di avanguardia per il trattamento delle acque di Make Up, che veda minor impiego di chemicals e tipologie d’impianto alternative all’attuale scambio ionico, quale ad esempio la tecnologia di produzione acqua demineralizzata a mezzo membrane osmotiche, secondo il principio dell’Osmosi Inversa.
Le ultime generazioni tecnologiche di impianti ad Osmosi Inversa sono proposti skidizzati a moduli packages, versatili ed implementabili nel tempo con flussi di reject in continuo, gestibili nel contesto globale degli scarichi idrici dell’industria, della Centrale o della Raffineria in materia di salinità, evidentemente limitata al refluo finale.
7. Conclusioni
In merito a quanto esposto nel presente lavoro, nonché a fronte delle conoscenze tecnologiche attualmente disponibili in materia, nell’ambito del trattamento dell’acqua, risulta possibile inferire che oggi, salvo casi riconducibili ad una loro specificità, la produzione di “Acqua Pura” è ottenibile a costo contenuto, mediante l’accoppiamento intelligente delle tecnologie Osmosi Inversa + Elettrodeionizzazione, quale soluzione ideale per il contenimento dei consumi di chemicals e la conseguente riduzione dell’impatto ambientale.
Per dovere di esposizione si richiama l’attenzione sul fatto che l’EDI è ad oggi ancora una tecnologia giovane e di recente applicazione industriale, la cui affidabilità nel tempo deve essere ancora pienamente validata.
Tuttavia è altresì necessario confermare che la tecnologia Scambioionica, la cui affidabilità è stata ampiamente consolidata nel tempo, rimane il giusto competitor dell’Osmosi Inversa sia per l’opera di sgrossatura che di affinamento dell’acqua.
Naturalmente tutto ciò sarà da considerarsi valido ed attuale per lo meno fino a quando il costo dell’energia non sarà più il parametro determinante l’equilibrio effettivo dell’insieme dei costi operativi di produzione dell’Acqua Pura.
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