Vere soluzioni chiavi in ​​mano per la purificazione dell'acqua a membrana

May 11, 2023

La conversione di un'ampia gamma di acque di fonte in acqua purificata con membrana di alta qualità è fondamentale per affrontare applicazioni in molteplici settori che vanno dalla produzione industriale, alla produzione offshore di petrolio e gas, alla produzione di alimenti e bevande, ai prodotti farmaceutici, alla microelettronica e alla produzione di energia.

Di Cameron W. Hipwell, PE

La conversione di un'ampia gamma di acque di fonte in acqua purificata con membrana di alta qualità è fondamentale per affrontare applicazioni in molteplici settori che vanno dalla produzione industriale, alla produzione offshore di petrolio e gas, alla produzione di alimenti e bevande, ai prodotti farmaceutici, alla microelettronica e alla produzione di energia.

In particolare, la produzione di energia da combustibili fossili è ad alto consumo di acqua perché consuma una parte significativa di tutta l’acqua trattata nei paesi sviluppati.

Le acque di fonte, dai fiumi e laghi all'acqua potabile municipale, nonché all'acqua di mare, devono tutte essere sottoposte a una serie di passaggi per produrre acqua trattata adatta all'uso finale. Le centrali elettriche possono essere situate nelle regioni costiere, nell'entroterra vicino a fiumi e laghi o in luoghi che utilizzano acqua potabile comunale, acque sotterranee o acque reflue secondarie trattate biologicamente. Le impurità presenti in queste varie fonti sono i solidi sospesi totali (TSS), le specie colloidali come la silice, i solidi totali disciolti (TDS) e la materia organica disciolta. La natura e i rispettivi livelli di queste impurità determinano l'idoneità dell'acqua e le fasi di trattamento necessarie per l'uso in una centrale elettrica.

La chiave per produrre acqua purificata in loco è l’utilizzo di sistemi di processo di filtrazione a membrana. I processi di filtrazione ben noti di microfiltrazione (MF), ultrafiltrazione (UF), nanofiltrazione (NF) e osmosi inversa (RO), mostrati nella Figura 1, forniscono ciascuno gradi discreti di rimozione dei solidi sospesi o colloidali e, nei casi di nanofiltrazione e osmosi inversa, rifiuto di specifiche specie ioniche disciolte.

Ciascuno di questi processi utilizza membrane semipermeabili ma nel caso della MF possono includere anche filtri di profondità microporosi.

La produzione di acqua ad elevata purezza e ultrapura è fondamentale per soddisfare i requisiti di funzionamento di caldaie e turbine in tutto il settore della produzione di energia.

I principali servizi di fornitura idrica all'interno di una centrale elettrica, come mostrato nella Figura 1, includono acqua di reintegro per l'intero impianto, acqua di reintegro della caldaia per il circuito acqua/vapore, acqua di raffreddamento del condensatore della turbina a vapore e acqua di raffreddamento ausiliaria. Altri servizi idrici che possono essere richiesti, a seconda dello specifico impianto, comprendono le acque di reintegro per i sistemi di desolforazione dei fumi, l'acqua per la movimentazione e lo smaltimento delle ceneri e, nel caso di impianti turbogas a ciclo semplice e combinato, l'acqua nebulizzata diretta degli impianti aria in ingresso nella turbina a gas (compressione a umido) per aumentare la potenza e il controllo delle emissioni (NOx).

L'acqua depurata è caratterizzata da limiti specifici a seconda del suo utilizzo finale. Il parametro generale più utilizzato per la produzione industriale e di energia è il solido totale disciolto (TDS). Nella produzione di alimenti e bevande, ad esempio, il permeato NF o RO con livelli di TDS di 5-100 mg/litro è generalmente accettabile e per l'acqua di reintegro delle torri di raffreddamento i livelli di TDS possono essere compresi tra 100 e 500 mg/litro.

Tuttavia, per servizi di acqua pura più severi, come l'acqua demineralizzata per applicazioni di produzione di energia o produzione di dispositivi medici, i valori di resistività/conduttività sono più convenienti. La capacità dell'acqua di condurre elettricità è determinata dalla concentrazione delle specie ionizzate disciolte. L'acqua deionizzata ha una bassa conduttività di 0,055 μsiemens rispetto all'acqua di mare con conduttività > 50.000 μsiemens.

Per comodità, il parametro dell'acqua ultrapura più citato è il reciproco della conducibilità espresso in megaohm (MΩ), quindi l'acqua deionizzata con conduttività di 0,055 μsiemens ha una resistenza di 18 MΩ. L'acqua ultrapura con resistività di 18 MΩ viene generalmente specificata come richiesta per applicazioni severe come la produzione di semiconduttori e la produzione di acqua di reintegro per caldaie supercritiche. Per la maggior parte delle applicazioni con acqua demineralizzata nelle centrali elettriche, è sufficiente acqua con resistività >10 MΩ (0,1 microsiemens).