Riconsiderare i tradizionali approcci al trattamento dell’acqua nell’industria energetica

Rivista Power Engineering

Con gli ultimi progressi nell’applicazione tecnologica, l’industria energetica può scegliere fra molte più opzioni per il trattamento dell’acqua rispetto al passato. È il momento giusto per riconsiderare i tradizionali approcci al trattamento dell’acqua o per passare al riuso e guardare a nuove, convenienti alternative.

Se l’attuale sistema di trattamento dell’acqua lavora bene, ci si potrebbe domandare perché pensare di riparare qualcosa che non è rotto. Potrebbero però sorgere problemi inaspettati con alcune opzioni di trattamento convenzionali, molto costosi da risolvere.  Con la crescente attenzione per l’impatto ambientale ed economico si stanno diffondendo nuove alternative di trattamento più sostenibili che, quindi, rappresentano un miglior investimento a lungo termine per l’impianto e per tutti i confinanti.

Prima, però, esaminiamo in che modo vengono definite le acque di scarico.  Generalmente, i responsabili di una centrale pensano alle acque di scarico come due flussi, i rifiuti o gli scarichi delle apparecchiature o del trattamento esistente dell’acqua di reintegro.  Ciò può includere gli spurghi delle torri di raffreddamento, caldaie e flussi generici di acqua di processo.  Tuttavia il trattamento dell’acqua può essere molto più vasto e non limitato alle sole acque di scarico, ma al riuso di quell’acqua per aumentare le prestazioni delle apparecchiature, ridurre i costi di manutenzione e migliorare l’efficienza.

Con l’ampliarsi delle soluzioni di trattamento dell’acqua per il settore energetico che, oltre all’acqua di processo e alle acque di scarico, includono ora il riuso, si moltiplicano le opportunità di risparmio economico e ambientale.  Le nuove tecnologie per il trattamento dell’acqua che offrono un approccio di “soluzioni complete” possono migliorare la conformità ambientale e la sostenibilità, riducendo il consumo d’acqua con piani di bilancio efficienti.  Queste applicazioni avanzate di tecnologie non trattano solo le acque di scarico, ma possono anche ridurre al minimo gli sprechi.  Diamo uno sguardo ai problemi più comuni e alle soluzioni convenzionali di trattamento dell’acqua utilizzate per risolverli.

Le tradizionali opzioni per il trattamento dell’acqua possono comportare alcuni problemi

Una sfida costante per gli impianti a combustibili fossili e altre centrali è ridurre l’impatto ambientale.  Dal momento che l’Environmental Protection Agency e i governi federali, statali e locali monitorano attentamente le centrali, è importante conoscere e comprendere tali regolamenti per stabilire la migliore soluzione per il trattamento dell’acqua.

Ad esempio, le emissioni degli impianti a carbone sono sempre più sotto stretto controllo.    Proprio recentemente il governo federale ha intentato causa contro un’azienda del Midwest per l’inquinamento di sei impianti a carbone nell’area di Chicago, a cui sono stati concessi dieci anni per ripulire l’area o chiudere.  Le violazioni ambientali delle centrali non si limitano a scoppi di fuliggine, ma anche alla contaminazione con le acque di scarico.

Un altro problema associato all’industria energetica è la presenza di bacini per lo smaltimento delle ceneri (o bacini di evaporazione), fosse aperte in cui si depositano le acque di scarico. Possono verificarsi problemi di straripamento in caso di forti precipitazioni o dispersione di metalli pericolosi. Oltre a rappresentare un grosso rischio ambientale, i costi per gli interventi di bonifica possono essere molto elevati. Inoltre, questi siti di raccolta delle acque di scarico, in genere, sono severamente regolamentati e quindi soggetti a sanzioni e tasse salate.

Le tradizionali tecnologie con resina, talvolta chiamate deionizzatori o dealcalinizzatori a flusso diviso, sono ampiamente diffuse per il trattamento dell’acqua nelle centrali.  Ma questo approccio ha i suoi limiti.  Ad esempio, la maggiore impronta di carbonio aumenta le preoccupazioni delle compagnie energetiche, oggigiorno sempre più attente all’ambiente.  Questo perché gli impianti hanno bisogno di neutralizzare i rifiuti della rigenerazione, e persino l’acqua stessa, perché questa potrebbe oscillare da un pH troppo elevato a troppo basso e dover essere inviata altrove prima di poter essere scaricata.

In secondo luogo, per ottenere acqua in forma di idrogeno e idrossile, un’azienda deve disporre di acido e soluzione caustica in loco, che possono causare problemi nella consegna e nello stoccaggio. Le amministrazioni comunali possono prevedere normative per i grossi camion che trasportano sostanze chimiche e per i siti di stoccaggio.  Infine l’impianto deve stabilire il miglior sito di stoccaggio per materiali tossici e come metterli in sicurezza, per evitare rischi per il personale e per l’ambiente.

Nuove applicazioni per il trattamento dell’acqua: tecnologia a membrana

Esaminando la questione da un’altra prospettiva, assistiamo alla nascita di nuove opzioni più sicure ed ecologiche per migliorare il trattamento dell’acqua presso le centrali.  Queste comprendono tecnologie a membrana come l’osmosi inversa, l’ultrafiltrazione, la microfiltrazione e la nanofiltrazione, utilizzate per ridurre al minimo gli sprechi e ottimizzare l’acqua nell’impianto.

Le tecnologie a membrana hanno una minore impronta di carbonio e rispettano maggiormente l’ambiente. Inoltre, consentono un recupero maggiore rispetto a quanto normalmente ottenuto in passato per il pretrattamento dell’acqua di reintegro.

Principali applicazioni delle membrane

Le membrane trovano applicazione nel recupero della salamoia o nei flussi di scarto dei sistemi a osmosi inversa (RO) in un impianto. Grazie all’odierno progresso tecnologico, è possibile inserire l’RO di salamoia in un flusso di scarto e aumentare la quantità d’acqua che viene recuperata, anziché incalanarla interamente nello scarico.

Le tecnologie a membrana, inoltre, trovano applicazione nel pretrattamento di acque in entrata problematiche, come il riuso dell’acqua di processo con elevato numero di solidi in sospensione, che possono essere intrappolati in un filtro. I solidi in sospensione possono comprendere molteplici materiali, come limo, materia dell’impianto e di animali in decomposizione, rifiuti industriali e liquami. Un’elevata concentrazione di solidi in sospensione può causare problemi al flusso e alla vita acquatica.

Le membrane per l’ultrafiltrazione (UF) consentono di accedere alle forniture di acque problematiche per risolvere suddetti problemi nel flusso.  Inoltre, l’UF o altre tecnologie a membrana possono ridurre l’impronta di carbonio per il pretrattamento di un’unità a RO, che successivamente potrebbe pretrattare un deionizzatore a letto misto.  Questo è ideale per gli impianti che non riescono a rimuovere il deionizzatore a letto misto in loco, ma in tal modo potranno ridurre la frequenza di rigenerazione perché l’UF fornisce acqua migliore.

Per un terreno edificabile, un’UF installata di fronte a un sistema a RO consente all’impianto di ridurre le dimensioni dell’RO.  L’impatto maggiore, tuttavia, sembra quello sui costi di esercizio.  Il consumo d’acqua è minore, l’intervallo tra una pulizia e l’altra è più lungo così come la durata delle membrane a RO.  Inoltre, il sistema a RO può essere più piccolo poiché l’acqua scorre a maggior portata; questo perché l’acqua di alimentazione dall’UF all’unità a RO è ultrafiltrata anziché basata su resina.

Le tecnologie a membrana trovano applicazione anche nei flussi di processo non biologici, che possono essere utilizzati e rinviati all’impianto per un possibile uso nelle torri di raffreddamento o come alimentazione per le caldaie. Le membrane si applicano all’acqua in uscita che passa alle torri di raffreddamento su correnti laterali, con conseguente riduzione della quantità di prodotti chimici consumate.

Vantaggi delle nuove tecnologie

Meno prodotti chimici

Le tecnologie a membrana offrono alternative più ecologiche alla disinfezione.  Infine le centrali, partendo da acqua addolcita, soluzione di salamoia, elettricità ed un’alimentazione di corrente possono produrre un disinfettante che riduce notevolmente la necessità di prodotti chimici.  Rispetto alle tradizionali opzioni di disinfezione, le tecnologie a membrana consentono agli impianti di ridurre al minimo la quantità di biocidi necessari nelle torri di raffreddamento.  L’acqua trattata con RO è meno corrosiva rispetto all’acqua di reintegro standard, il che, nel lungo termine, consente di risparmiare sui costi di manutenzione, riparazione e sostituzione prematura delle apparecchiature.

Riuso e riduzione al minimo degli sprechi

Il principale vantaggio delle tecnologie a membrana è che consentono di riusare e/o ridurre al minimo gli sprechi sfruttando un flusso esistente e ripompandolo in altre aree di un impianto, dove l’acqua può essere riutilizzata per altri scopi, quali torri di raffreddamento o alimentazione per caldaie.  I vantaggi sono tangibili sia per l’ambiente che per i costi.

Maggiore sicurezza

L’elettronica si sta affermando a livello globale nel trattamento dell’acqua, come supplemento, o persino come alternativa, ai tradizionali controllori logici (PLC).  Le centraline alternative installate su addolcitori, carboni, filtri multistrato, RO o linee di membrana delle apparecchiature esistenti offrono alternative più economiche.  Generalmente, il loro costo equivale a una frazione di quello della tecnologia a PLC e possono offrire molti vantaggi per le compagnie energetiche.

Per citarne uno, le centraline alternative possono fare a meno di alcune linee di telefonia fissa e generare ugualmente i dati a minor costo, rispetto ai PLC molto sofisticati che si limitano semplicemente a “osservare” le apparecchiature mentre lavorano.  In secondo luogo, in un edificio più ampio con minor supervisione, le centraline alternative possono semplicemente poggiare su un’apparecchiatura singola e inviare un segnale direttamente al PLC mediante tecnologia RS-485 o cellulare.  Si tratta di una soluzione ideale per le aree ad alta sicurezza che necessitano di monitoraggio sofisticato per la sicurezza costante.   Le più recenti applicazioni sono in grado di rilevare quando il personale entra o esce dalla sala di controllo. Ciò garantisce un livelllo di sicurezza ulteriore, impensabile fino a qualche anno fa.

Considerazioni speciali per le centrali

Benché queste nuove tecnologie di trattamento e riuso dell’acqua comportino indiscutibilmente molti vantaggi, i responsabili delle centrali devono tenere presenti alcune considerazioni speciali.

Innanzitutto, dal momento che la tecnologia è nuova e potrebbe non essere stata ancora implementata, è consigliabile eseguire una sperimentazione delle apparecchiature e condurre studi di fattibilità prima di effettuare un investimento.  Ad esempio, per valutare un bacino per lo smaltimento delle ceneri, occorre installare apparecchiature di collaudo e svolgere un collaudo di sei mesi per approvare e verificare le proiezioni.  Pur trattandosi di un rischio minimo, gli esperti devono considerare il tempo necessario per svolgere un’analisi dell’acqua approfondita e tecnica. Solo al termine di quest’analisi dell’acqua l’impianto può stabilire le tecnologie a membrana appropriate.

Un altro importante fattore trascurato dai fornitori di trattamento delle acque di scarico è, semplicemente, l’adottare un approccio di “soluzioni complete”. Tuttavia, le nuove tecnologie come GBE offrono migliori funzionalità di telecontrollo e acquisizione dati, così i responsabili dell’impianto possono prendere decisioni precise sull’investire in nuove apparecchiature o aumentare le prestazioni di quelle già in uso.

Sulla base dell’analisi iniziale dell’acqua e dei dati dettagliati sulle prestazioni delle apparecchiature in uso, le centrali possono migliorare il loro approccio ai problemi legati all’acqua, rispetto al passato.  Le tecnologie a membrana offrono una soluzione promettente e stanno diventando la scelta preferenziale per il trattamento dell’acqua, anche per le situazioni più problematiche.  Man mano che acquistano popolarità e l’offerta si amplia, il costo delle membrane continuerà a scendere.  Allo stesso tempo, un maggiore numero di anni di collaudi, acquisizione dati ed esperienza con le tecnologie a membrana farà accrescere il loro valore.

Cosa riserva il futuro per le soluzioni di trattamento dell’acqua

In materia di tecnologia per il trattamento dell’acqua, non vi sono limiti al pensare in modo creativo per offrire alle compagnie energetiche una soluzione più completa.

Con le nuove tecnologie come le membrane, gli impianti possono ridurre i prodotti chimici utilizzate e sfruttare l’acqua in modo più efficiente, tutto questo risparmiando spazio, denaro e con un’impronta di carbonio minore.  Vari tipi di membrane facilitano il trattamento dell’acqua in condizioni molto specifiche.  Ad esempio, l’ultrafiltrazione è un’opzione ideale per il trattamento delle acque di scarico e il riuso dell’acqua di processo, mentre la nanofiltrazione è una valida scelta per gli impianti siti in aree geografiche, come California e Florida, che possono avere problemi con gli scarichi di cloro. La GBE è un altro progresso tecnologico che migliora il controllo a distanza delle apparecchiature, la comunicazione e la sicurezza, fornendo dati preziosi che un solo PLC non potrebbe fornire, per garantire la massima efficienza ed evitare guasti al sistema.

Come menzionato sopra, un approccio di “soluzioni complete” fornisce alle centrali solo quello di cui necessitano, per ottimizzare il trattamento dell’acqua e il riuso.  Previa analisi iniziale, le centrali possono usufruire di un sistema per il trattamento dell’acqua personalizzato, preconfigurato per i requisiti specifici combinando controlli elettronici, RO e tecnologie di addolcimento dell’acqua su un’unica piattaforma.  Unendo tutti questi elementi, le compagnie energetiche ottengono una soluzione per il trattamento dell’acqua completa, che consente loro di gestire tutte le applicazioni con più efficienza e convenienza, anziché utilizzare più apparecchiature.   L’approccio flessibile, containerizzato e portatile del sistema è anche adatto agli impianti per carichi di picco situati in aree remote, che richiedono materiali più solidi e monitoraggio.

Anche se le nuove tecnologie si diffondono giorno dopo giorno sul mercato, le compagnie energetiche devono continuare a utilizzare le tecnologie esistenti.  Assistiamo però a una maggiore competenza nell’assistenza tecnica sul campo rispetto a 10 o 20 anni fa, per cui tali apparecchiature possono ricevere assistenza, essere aggiornate ed espanse con più facilità, per rispondere a esigenze di trattamento e riuso dell’acqua più avanzate.

Le opzioni e i vantaggi del trattamento dell’acqua per le centrali sono praticamente infiniti.  È però necessario riconsiderare i tradizionali approcci, effettuando collaudi più rigorosi e provando la nuova tecnologia di filtrazione e il monitoraggio remoto elettronico.  I vantaggi del risparmio ambientale ed economico, tuttavia, valgono in pieno un cambio di mentalità, per le compagnie energetiche che guardano con ambizione al futuro.

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Informazioni sull’autore

Rod McNelly, Vice Presidente vendite commerciali e industriali per Culligan International, Nord America, si occupa della gestione e dello sviluppo del settore industriale dell’azienda, che consiste di soluzioni per il trattamento dell’acqua personalizzate su larga scala.  McNelly vanta oltre 20 anni di esperienza nella gestione e nelle vendite industriali. Ha iniziato la sua carriera con 3M e ha lavorato per altre importanti aziende incluse Ionpure, USFilter e più recentemente Siemens Water Technology. McNelly si è laureato in Gestione della salute e dell’ambiente presso l’Indiana State University.  McNelly può essere contattato all’indirizzo e-mail:  rod.mcnelly@culligan.com.