Un razionale trattamento dell’acqua ha lo scopo di consentire un esercizio regolare ed economico degli impianti nonchè uno svolgimento ottimale dei processi che necessitano di acqua. Ciò non significa prevenire ad ogni costo qualsiasi possibile inconveniente; infatti, il costo del trattamento non deve essere superiore al suo beneficio. È noto ad esempio che uno scaldabagno domestico finisce prima o poi per incrostarsi. Se l’acqua a disposizione non è molto dura, è sufficiente disincrostare lo scaldabagno a grandi intervalli di tempo, e tale operazione può risultare molto meno costosa dell’installazione di un impianto di trattamento in grado di evitare completamente l’inconveniente.

Per decidere quale trattamento dell’acqua adottare è perciò necessario valutare:

• la composizione dell’acqua disponibile;
• gli inconvenienti che possono essere provocati dall’acqua;
• il costo di tali inconvenienti, non solo in termini di danni diretti (ad es. lavori di disincrostazione, sostituzione di tubi corrosi o di scambiatori di calore per il ripristino degli impianti, materiale sciupato in un processo, ad es. di tintura di filati, ecc.), ma anche in termini di danni indiretti. Ad es. la fermata di una centrale termoelettrica o di un generatore di vapore in una cartiera o in qualsiasi industria che fa largo uso di vapore di processo può causare la perdita di cifre vertiginose per l’arresto degli impianti, anche se la fermata è di breve durata, mentre la fermata di una caldaia utilizzata solo per riscaldamento non dovrebbe provocare grossi danni, se limitata nel tempo;
• le alternative di trattamento possibili e il rapporto tra il loro costo e la loro efficacia globale;
• l’impatto dei vari trattamenti possibili sull’ambiente, sulla sicurezza e sul risparmio energetico.

Un esempio può servire a chiarire meglio questi concetti: una piccola industria dispone di un generatore di vapore da 15to/h, a 15 atm. Il vapore viene usato per processi e per riscaldamento. Il ritorno di condensa è dell’ordine del 60% e la condensa non è soggetto a inquinamenti. L’acqua grezza disponibile ha una durezza di 30 gradi f, di cui 25 di temporanea. La somma di cloruri, solfati e nitrati è di 6 gradi f, le sostanze organiche, espresse come COD sono 15 ppm, la silice è 18 ppm.

Per il trattamento dell’acqua grezza un costruttore propone un addolcitore, un altro propone un impianto di decarbonatazione e addolcimento, mentre un terzo propone un demineralizzatore.
A seconda del tipo di trattamento, la composizione dell’acqua subisce le modificazioni di cui alla tabella 2.I.

Un confronto dei costi con cifre alla mano può essere fatto solo caso per caso, perchè il costo effettivo degli impianti dipende da molti fattori come: fabbisogno di acqua depurata continuo o discontinuo, ciclo di esercizio, impianto automatico o manuale, possibilità di usare serbatoi di accumulo esistenti per l’acqua depurata, ecc.
Tuttavia da un punto di vista generale si può dire che l’impianto di addolcimento è sicuramente il meno costoso in termini sia di costi di installazione che di esercizio.
Il costo di installazione dell’impianto di decarbonatazione e addolcimento è sensibilmente più elevato perchè prevede una torre di rimozione della CO2, con relativa pompa di rilancio (a seconda della tecnica usata, l’impianto può essere a due colonne, di tipo classico, oppure ad una colonna, con resina cationica debole e forte.)
Per quanto riguarda la demineralizzazione è stato preso in considerazione un impianto a due colonne, senza torre di rimozione della CO2, il cui costo di installazione è più favorevole nei confronti di decarbonatazione e addolcimento, ma decisamente più elevato nei confronti dell’addolcimento.
Per quanto riguarda i costi di esercizio, è possibile fare un raffronto del costo dei rigeneranti, mentre il costo di ammortamento e della mano d’opera può essere molto diverso caso per caso, a seconda delle condizioni già menzionate.

Il consumo di rigeneranti per mc di acqua depurata prodotto è all’incirca quello riportato nella tabella 2.II. (per la demineralizzazione è stata prevista la rigenerazione in controcorrente, eventualmente limitata alla sola colonna anionica).

In un bilancio complessivo, una delle voci di costo più importanti è rappresentata dagli spurghi del generatore di vapore, la cui incidenza dipende dalla loro entità, nonchè dalla temperatura dell’acqua del generatore.

Come risulta dalla tabella 2.III, il tipo di trattamento dell’acqua di integrazione influisce sensibilmente sull’entità dello spurgo.
Perciò il costo del trattamento deve essere valutato nel quadro del costo di esercizio complessivo. In questo esempio la demineralizzazione, che tra i tipi di trattamento presi in considerazione ha senz’altro il costo di rigenerazione più elevato, permette di far funzionare il generatore con la percentuale più bassa di spurgo. Dunque il confronto deve tener conto anche dell’impatto della depurazione sull’esercizio del generatore di vapore e del circuito termico (tab. 2.III.).

Per quanto riguarda la semplicità e sicurezza dell’esercizio è necessario fare ancora le seguenti considerazioni: la conduzione di un impianto di addolcimento e di un impianto di demineralizzazione è molto semplice. Un po’ più complessa e più difficilmente automatizzabile la conduzione di un impianto di decarbonatazione e addolcimento. Errori di conduzione sono più difficili da commettere e più facili da segnalare mediante allarmi ne3gli impianti di demineralizzazione. Nel caso di errori di conduzione di un impianto di addolcimento è possibile che quantità relativamente elevate di cloruro di sodio (residuo dalla rigenerazione) arrivino nel generatore di vapore, mentre negli impianti di decarbonatazione e addolcimento si possono verificare fughe di acidità minerale.
Inoltre è necessario considerare quali sostanze possono passare dal generatore al vapore e pregiudicarne la qualità o provocare inconvenienti sulla rete delle condense.
Come già detto più volte, la decomposizione del bicarbonato di sodio nel generatore provoca la formazione di anidride carbonica che passa nel vapore. Ne consegue una condensa acida e aggressiva nei confronti degli impianti. Pertanto nei confronti economici è necessario tener conto non solo del costo dei rigeneranti e degli spurghi, ma anche del costo degli alcalinizzanti volatili necessari per correggere il pH della condensa.

Infine le sostanze organiche presenti nell’acqua grezza possono non dare fastidio o darne moltissimo a seconda della loro natura e a seconda delle caratteristiche del generatore di vapore e dell’impiego del vapore. Infatti un’elevata concentrazione di sostanze organiche nell’acqua del generatore favorisce la formazione di schiuma e i conseguenti trascinamenti di acqua del generatore di vapore. Se per il vapore è richiesta la massima purezza, la demineralizzazione rappresenta senz’altro i tipo di trattamento più idoneo. Infatti, da un lato essa riduce la quantità di sostanze organiche introdotte nel generatore e dall’altro consente di condurre il generatore di vapore con una concentrazione notevolmente inferiore nei confronti degli altri tipi di trattamento. Perciò eventuali trascinamenti sono per lo meno più ridotti e l’acqua del generatore trascinata, data la sua minore concentrazione, è meno inquinante per il vapore.

Un’ulteriore considerazione da fare nello scegliere l’impianto di depurazione riguarda gli scarichi. Oltre ai sali trattenuti dalle resine a scambio ionico nella fase di depurazione e restituiti all’acqua nella fase di rigenerazione, i tre tipi di impianto considerati scaricano, per ogni mc di acqua depurata prodotta, le quantità di prodotti chimici indicate nella tabella 2.IV.

Il carico inquinante molto basso della demineralizzazione è dovuto alla scelta di un moderno impianto a controcorrente, che può essere rigenerato con quantità di rigeneranti molto prossime ai valori stechiometrici. Pertanto le quantità di rigeneranti in eccesso, che vanno nello scarico, sono molto modeste.

Oltre al carico salino va considerato anche l’inquinamento termico degli scarichi, dovuto agli spurghi dell’acqua di caldaia. Con la demineralizzazione esso è nullo, con la decarbonatazione e addolcimento esso è molto modesto, mentre assume valori importanti nel caso dell’addolcimento (a meno che non si ricorra a costosi impianti di recupero del calore).

Alle considerazioni di cui sopra si aggiungono infine le valutazioni di tipo finanziario dell’impresa che, in base a considerazioni di budget o di politica aziendale possono indurre a privilegiare un basso costo di installazione con costi di esercizio più elevati, o viceversa.

In conclusione, il tipo di trattamento dell’acqua deve essere tale da fornire, con il minor costo globale possibile, l’acqua depurata adatta ad alimentare il/i generatori di vapore ed il/i circuiti termici o i processi industriali presi in considerazione.

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