Il tasso di consumo d'acqua del mondo sta raddoppiando ogni 20 anni, superando di due volte il
tasso di crescita della popolazione. Si prevede che entro il 2025 la domanda di acqua supererà
l'offerta del 56%, a causa delle persistenti siccità regionali, spostando parte della popolazione
verso le città costiere urbane, e l'acqua necessaria per la crescita industriale.
Inutile dire che la fornitura di acqua dolce è in diminuzione mentre la domanda di acqua per
alimentare l'industria e la gente è in aumento.
La mancanza di acqua fresca riduce lo sviluppo economico e abbassa il tenore di vita. Chiaramente,
vi è la necessità a livello mondiale fondamentale per gestire al meglio questa risorsa sempre più
preziosa.
Impianti di dissalazione di Ingeenium engineering ltd Water & Process Technologies possono
produrre abbondante acqua fresca sia da acqua di mare che da fonti salmastre difficili da gestire,
e comprensive di problematiche di miscelazione di idrocarburi.
Ingeenium engineering ltd WDS è in grado di fornire progetti che variano nel formato da impianti
di piccola dimensione fino ad impianti che possono produrre 2000 metro cubi/giorno.
Dissalazione dell'acqua di mare
Gli oceani rappresentano il 97% della fonte mondiale di acqua da dissalare con osmosi inversa.
La tecnologia a membrana è diventata una valida opzione per lo sviluppo di nuove risorse idriche
regionali, anche in funzione del fatto che degli oltre 7.500 impianti di desalinizzazione in funzione
in tutto il mondo, il 60% si trova in Medio Oriente dove il più grande impianto al mondo in Arabia
Saudita produce 128 MGD di acqua dissalata.
Fino ad oggi, solo un numero limitato di impianti di desalinizzazione è stato costruito lungo la costa
italiana, soprattutto perché il costo di desalinizzazione è generalmente superiore ai costi di altre
alternative di approvvigionamento idrico disponibili in Italia (ad esempio, i trasferimenti d'acqua e
falde acquifere di pompaggio).
Tecnologie di dissalazione
La desalinizzazione è un processo che rimuove minerali sciolti (tra cui, ma non limitato a sale) da
acqua di mare, acqua salmastra o acque reflue trattate. Un certo numero di tecnologie sono state
sviluppate per la desalinizzazione, compresa l'osmosi inversa (RO), la distillazione, l’elettrodialisi e
il congelamento sottovuoto.
Due di queste tecnologie (RO e distillazione), vengono considerate dai comuni, distretti idrici, e
dalle imprese private per lo sviluppo della dissalazione dell'acqua di mare.
Nel processo di RO, l’acqua di alimentazione viene pompata ad alta pressione attraverso
membrane permeabili, separando i sali dall'acqua (figura 1).
L'acqua di alimentazione viene pretrattata per rimuovere le particelle che potrebbero intasare le
membrane. La qualità dell'acqua prodotta dipende dalla pressione, dalla concentrazione di sali
nell’acqua di alimentazione, e dalla costante permeazione del sale nelle membrane: la qualità
dell'acqua prodotta può essere migliorata aggiungendo un secondo passaggio di membrane, per
cui l'acqua prodotta dal primo passaggio viene alimentata al secondo passaggio di distillazione
Figure 1. Diagramma di flusso per sistema ad osmosi inversa
Multi stage flash (MSF)
Nel processo di distillazione, l'acqua di alimentazione è riscaldata e quindi evaporata per separare
minerali disciolti. I metodi più comuni di distillazione includono il sistema Flash multistadio (MSF),
più effetto di distillazione (MED) e compressione di vapore (VC) (Figura 2).
Nel MSF, l'acqua di alimentazione è riscaldata e la pressione si abbassa, quindi l'acqua passa in una
zona a bassa pressione e si trasforma in vapore: questo processo costituisce uno di un numero di
stadi in serie, ciascuno dei quali è ad una pressione inferiore.
In MED, l'acqua di alimentazione passa attraverso una serie di evaporatori in serie.
Il vapore di una serie viene successivamente utilizzato per far evaporare l'acqua nella serie
successiva. Il processo VC prevede l’evaporazione dell'acqua di alimentazione, comprimendo il
vapore, quindi utilizzando il vapore compresso riscaldato come fonte di calore per evaporare
acqua di alimentazione addizionale. Alcuni impianti di distillazione sono un ibrido di più tecnologie
di dissalazione. Il prodotto di scarto di questi processi è una soluzione ad alta concentrazione
salina.
L'acqua in ingresso (acqua di alimentazione)
Gli impianti di desalinizzazione possono utilizzare acqua di mare (direttamente dall'oceano
attraverso prese e condotte, nell'offshore, o da pozzi situati sulla spiaggia o nel fondo marino),
acque sotterranee salmastre o acqua riciclata come acqua di alimentazione: poiché l'acqua
salmastra ha concentrazione relativamente bassa di sale, il costo di dissalazione dell'acqua
salmastra è generalmente inferiore a quello realtivo all'acqua di mare.
Condotti di aspirazione per la desalinizzazione dovrebbero essere collocati lontano da scarichi
fognari e impianti di trattamento per evitare l'assunzione di effluenti scarico. Se gli scarichi di
depurazione o altri tipi di inquinanti sono inclusi nella presa, tuttavia, i processi di pre- e posttrattamento dovrebbero rimuovere gli inquinanti.
Acqua del prodotto
Gli impianti di distillazione acqua danno un prodotto di alta qualità che varia da 1,0 a 50 ppm TDS,
mentre i sistemi ad osmosi inversa RO producono un'acqua che varia da 10 a 500 ppm TDS. (Lo
standard acqua potabile italiano consigliato per TDS massimo è di 500 mg / L, che è equivalente a
500 ppm.)
In impianti di desalinizzazione che producono acqua per uso domestico, i processi di posttrattamento sono spesso impiegati per assicurare che l'acqua prodotta soddisfi i requisiti sanitari
per l'acqua potabile, nonché gli standard estetici e anti-corrosivi consigliati.
L’acqua prodotta può essere utilizzata nella sua forma pura (ad esempio, per acqua di reintegro in
caldaie di centrali) o può essere miscelata con acqua pura e meno utilizzata per l'acqua di
acquedotto, per l'irrigazione, o per altri usi.
L'acqua dissalata è solitamente il prodotto più puro degli standards, così quando l'acqua prodotta
è destinata all'uso municipale, può essere miscelata con acqua che contiene livelli elevati di solidi
totali disciolti. L’acqua da desalinizzazione pura è altamente acida e quindi corrosiva per i tubi,
deve essere mescolata, allora, con altre fonti che sono convogliate sul posto oppure aggiustata per
pH, durezza, alcalinità prima di essere convogliata fuori sede.
Prodotti di recupero dell'acqua
Il recupero dell'acqua di prodotto rispetto al flusso d'acqua in ingresso con sistemi RO è dal 15 al
50% per la maggior parte dei sistemi ad osmosi, mentre per il sistema Ingeenium engineering ltd
WDS è del 100%. In altri termini, per ogni 100 litri di acqua di mare, da 15 a 50 litri di acqua pura
sarebbero prodotte con l'acqua salata contenente solidi disciolti oppure 100 litri nel caso di
applicazione di sistemi WDS
Processi di pretrattamento
Sono necessari processi di pretrattamento per rimuovere le sostanze che potrebbero interferire
con il processo di desalinizzazione. Alghe e batteri possono crescere sia in RO che in impianti di
distillazione, quindi un bioacido (di solito meno di 1 mg / L di cloro) è necessario per pulire il
sistema.
Ozono o raggi ultravioletti possono essere utilizzati anche per rimuovere organismi marini, ma
l'utilizzo di ozono ne comporta una rimozione con sostanze chimiche prima di raggiungere le
membrane.
Negli impianti RO, solidi sospesi e altre particelle d'alimentazione devono essere rimossi per
ridurre lo sporcamento delle membrane con tecniche come la coagulazione e filtrazione.
I metalli in acqua di alimentazione sono respinti con i sali dalle membrane e vengono scaricati nella
salamoia rimanente.
Alcuni impianti di distillazione possono anche necessitare di processi di pretrattamento utili alla
rimozione dei metalli disciolti a causa di potenziali problemi di corrosione.
Filtro di controlavaggio, pulizia e conservazione delle membrane RO, prevenzione dello scaling
e rimozione inquinanti, pulizia condotti.
I filtri per il pretrattamento dell'acqua di alimentazione presso gli impianti RO devono essere puliti
ogni pochi giorni (controlavaggio) per cancellare la sabbia e solidi accumulati.
Le membrane RO devono essere pulite circa quattro volte l'anno e devono essere sostituite
completamente ogni tre-cinque anni. Un liquido di depurazione alcalino viene usato per rimuovere
le incrostazioni organiche e detergenti acidi sono utilizzati per rimuovere le incrostazioni e altri
precipitati inorganici.
Tutto o parte dell’impianto RO deve essere arrestato durante la sostituzione delle membrane,
mentre, quando gli impianti RO non vengono utilizzati continuamente, le membrane devono
essere conservate in una soluzione disinfettante chimica che deve essere smaltita dopo l'uso.
I componenti dell'impianto di dissalazione, come tubi o membrane, devono essere puliti per
ridurre in scala il deposito di sali sulla superficie degli impianti.
Il cosiddetto scaling è causato dalla concentrazione di sale di mare e può comportare una
diminuzione dell'efficienza degli impianti e la corrosione dei tubi.
In generale, il ridimensionamento aumenta con l'aumentare della temperatura, quindi è di
maggiore preoccupazione per impianti di distillazione, poiché gli impianti RO richiedono
temperature più basse per funzionare. La dimensione può essere ridotta introducendo additivi per
inibire la crescita di cristalli, riducendo la temperatura e/o le concentrazioni di sale, eliminando
componenti scale-formatura, o generando elementi di “semina” per favorire l’aggregazione delle
particelle. Dopo che queste si sono formate, possono essere rimosse con mezzi chimici o
meccanici.
Oltre al ridimensionamento, sia RO che le strutture e condotte di aspirazione degli impianti di
distillazione e le installazioni di scarico possono generare strutture con organismi naturali o corrosi.
Strutture e tubazioni possono essere pulite con mezzi meccanici o mediante l'applicazione di
prodotti chimici o di calore, mentre l’cqua di alimentazione può essere disaerata per ridurre la
corrosione.
Scarichi di rifiuti.
Impianti di desalinizzazione producono rifiuti liquidi che possono contenere tutti o alcuni dei
seguenti componenti: elevate concentrazioni saline, prodotti chimici utilizzati durante la
disincrostazione di attrezzature e impianti di pretrattamento, e metalli tossici (che hanno più
probabilità di essere presenti se l'acqua di scarico era in contatto con materiali metallici utilizzati
nella costruzione degli impianti tecnici). I rifiuti liquidi possono essere scaricati direttamente in
mare, in combinazione con altri scarichi (ad esempio, raffreddamento acqua centrale elettrica o il
trattamento delle acque reflue dell’impianto effluente) prima dello scarico in oceano, scaricati in
una fogna per il trattamento in un impianto di trattamento delle acque reflue, o asciugati e smaltiti
in una discarica. Impianti di desalinizzazione producono anche una piccola quantità di rifiuti solidi
(per esempio, filtri del pretrattamento usati e particelle solide che vengono filtrati nel processo di
pretrattamento).
L'energia utilizzata nel processo di dissalazione è principalmente elettricità e calore. Il fabbisogno
energetico per impianti di dissalazione dipende dalla salinità e dalla temperatura dell'acqua di
alimentazione, dalla qualità richiesta dell'acqua prodotta, e dalla tecnologia di dissalazione usata.
Le stime per esigenze di utilizzo di energia elettrica per le varie tecnologie per la dissalazione
dell'acqua di mare sono:
Il Sistema WDS scende a valori complessivi di 2300 kWh/AF migliorando del 30% circa il miglior
processo disponibile.
Come funzionano gli impianti INGEENIUM ENGINEERING LTD serie WDS.
L’impianto Ingeenium engineering ltd serie WDS è sostanzialmente costituito da una sistema di
atomizzazione fine e da un numero variabile di sistemi WDS a seconda della portata e
caratteristiche che si vogliono ottenere; per tale motivo è un tipo di impianto affidabile e può
funzionare in continuo senza bisogno di rigenerazioni o lavaggi.
L’esercizio dell’impianto è gestito in automatico da un quadro di comando e a volte viene
preceduto da un pretrattamento gestito anche esso in automatico.
Gli impianti WDS sono destinati a numerose applicazioni, dalla dissalazione di acqua di mare,
acque salmastre o di pozzo per usi potabili o industriali di vario tipo, altrattamento di acque
destinate all’alimentazione di impianti di demineralizzazione a resine, all’alimentazione di centrali
termiche, industrie alimentari, chimiche, elettroniche, farmaceutiche, galvaniche, etc.
La tecnologia WDS permette anche, con opportuni pretrattamenti, il recupero di alcune tipologie
di acque di scarico e la loro inertizzazione tramite processi ipercritici: una applicazione tipica è
legata al recupero di acque di percolazione tramite la loro interizzazione seguita da una serie di
trattamenti di filtrazione meccanica e successivamente di ipercriticizzazione del percolato.
Il sistema di desalinizzazione "Water Droplet System" progettato e costruito da Ingeenium
engineering ltd è un sistema innovativo che integra le ultime tecnologie per eliminare i batteri con
un sistema di depurazione a bassa entalpia per la scissione fisica di cloruro di sodio dalla molecola
d'acqua.
Il sistema è progettato per funzionare in tandem con un campo fotovoltaico che permette di creare
un sistema per la purificazione e la disinfezione di acqua virtualmente con zero emissioni di C02,
garantendo nel contempo l'uso di sodio e cloro a valle del processo in modo da eliminare il
problema di rilascio di sali nell'acqua di mare, creando alte concentrazioni di sale e di conseguenza
genera una serie di problemi di concentrazione progressivamente in aumento della acque marine.
Il sistema WDS poi, integrato con impianti di produzione di energia rinnovabile (fotovoltaico e/o
eolico), consente di lavorare virtualmente senza elettricità ed è perfettamente adatto per creare
le basi strutturali per iniziare la costruzione di urbanizzazione in aree con scarsa disponibilità di
risorse idriche ed energetiche, tipico delle isole o delle zone desertiche in prossimità del mare.
Il ciclo può realizzare un processo integrato con allevamenti di tipo zootecnico (esclusivo della
suinicoltura) che vengono trasformati in basi azotate fertilizzanti senza nitrati: in definitiva il
recupero e l'integrazione con rifiuti umani e animali si presta perfettamente al principio di
"terraforming" di zone desertiche in presenza di animali da allevamento anche ad alto impatto
inquinante.
Le tecnologie di filtrazione tangenziale a membrana sono tecniche separative basate sull’impiego
di filtri semipermeabili attraverso i quali, sotto una forza spingente, è possibile ottenere la
separazione di componenti sospese o in soluzione in funzione delle loro caratteristiche
dimensionali e/o chimico-fisiche.
La forza spingente in grado di generare le separazioni attraverso la membrana può essere una
pressione idraulica, un potenziale chimico (osmosi), un gradiente di concentrazione (dialisi), una
differenza di temperatura (pervaporazione), un potenziale elettrico (elettrodialisi).
I processi più diffusi sono quelli che utilizzano la pressione idraulica come forza spingente, e le
tecnologie non osmotiche prendono il nome di Microfiltrazione (MF), Ultrafiltrazione (UF),
Nanofiltrazione (NF) ed Osmosi Inversa (OI).
Queste quattro tecnologie si differenziano fra loro sia per le specifiche tecniche delle membrane
impiegate, sia per le condizioni di processo da applicare.
In estrema sintesi: la MF trattiene particellato, molecole grasse, batteri con dimensioni dell’ordine
del micron; l’UF trattiene macromolecole come proteine, colloidi fino ad una dimensione
molecolare di circa 1 kDalton; la NF trattiene molecole organiche e inorganiche con peso
molecolare superiore a circa 200 Dalton (zuccheri e Sali bi e trivalenti); l’OI trattiene anche gli ioni
monovalenti e lascia passare solo la molecola dell’acqua. Sfruttando le diverse capacità selettive è
possibile operare con le varie tecnologie non osmotiche in successione al fine di frazionare una
matrice nelle sue componenti e permetterne un riutilizzo specifico.
Le tecnologie non osmotiche sono tecniche separative pulite e a basso consumo energetico,
particolarmente indicate per applicazioni nel settore agro-alimentare.
Nei processi separativi a membrana non viene impiegato calore: la filtrazione può avvenire anche
a basse temperature in modo da non danneggiare molecole termolabili. I processi a membrana
utilizzano soltanto energia elettrica per il funzionamento delle pompe e non richiedono l’utilizzo
di solventi o sostanze chimiche per operare le separazioni richieste. Le tecnologie di filtrazione
tangenziale a membrana sono inoltre di semplice utilizzo, modulari e facilmente scalabili
favorendo così il trasferimento tecnologico a livello industriale.
INGEENIUM ENGINEERING LTD, ha sviluppato diversi processi di separazione di fluidi nel settore
agro-alimentare.
Le problematiche sono state studiate seguendo una visione sostenibile d’insieme, cercando
sempre di accoppiare il trattamento depurativo a quello di recupero e riutilizzo di acqua e
componenti ad alto valore aggiunto chiudendo il ciclo della una filiera produttiva, garantendo uno
scarico zero trasformandolo di fatto in materia prima.
Da questa materia prima dalla quale ottenere nuovi prodotti, superando quelle che oggi sono le
tecnologie più diffuse (quelle non osmotiche che sono impiegate nel settore lattiero-caseario da
decenni con molteplici finalità e con efficienze poco più che discrete).
INGEENIUM ENGINEERING LTD ha sviluppato ed ottimizzato processi specifici per il trattamento
degli effluenti prodotti nel processo di caseificazione, siero di latte e scotta.
In relazione agli effluenti prodotti nel processo di caseificazione, siero di latte e scotta sono
difficilmente smaltibili per l’elevato carico inquinante (COD – Domanda Chimica di Ossigeno - di
circa 60 g/L di O2) e la difficile degradazione del lattosio.
A volte il siero di latte è destinato all’alimentazione animale, piu spesso deve essere smaltito con
notevoli problemi ambientali.
INGEENIUM ENGINEERING LTD ha ottimizzato un processo con tecnologie WDS non osmotiche di
frazionamento del siero di latte/scotta nelle loro principali componenti: sieroproteine/peptidi,
lattosio, sali minerali ed acqua.
In particolare l’acqua pura recuperata può essere riutilizzata come base per le successiva
lavorazioni con notevole ritorno economico ed abbattimento totale dei costi di smaltimento siero.
Le sieroproteine possono essere riutilizzate nell’industria alimentare o come integratore proteico,
altrimenti possono essere idrolizzate per produrre peptidi bioattivi; il lattosio può essere
trasformato per via enzimatica in galatto-oligosaccaridi (GOS), per via chimica o enzimatica in
lattulosio, per ossidazione o a seguito di processi fermentativi in acido lattobionico o alcol etilico,
tutte molecole con proprietà bioattive o di interesse commerciale.
Le acque di vegetazione (AV) sono i reflui originati dal processo di molitura delle olive in frantoi
operanti a tre fasi, ossia con la produzione di olio, sanse ed AV.
Lo smaltimento delle AV è uno dei maggiori problemi dell’agro-industria, in quanto le AV hanno
un COD di circa 100 g/L di O2, pH acido ed un elevato contenuto in polifenoli, molecole antiossidanti fitotossiche e batteriostatiche.
Tali caratteristiche rendono particolarmente difficoltoso lo spargimento delle AV sui terreni
agricoli, con rischi di desertificazione ed inquinamento di falde acquifere.
D’altra parte i polifenoli delle olive, l’idrossitirosolo, oleoeuropeina, verbascoside ecc., sono
molecole con spiccate proprieta bio-attive sulla salute umana.
Applicando il sistema WDS insieme ad un impianto di disoleazione si è sviluppato un processo di
trattamento incentrato sul frazionamento delle AV con tecnologia non osmotica al fine di
recuperare e riutilizzare separatamente la componente polifenolica, il resto della sostanza
organica e l’acqua derivante dalle olive.
La sostanza organica impoverita o priva del contenuto polifenolico può essere impiegata per la
produzione di biogas in processi di fermentazione anaerobica.
I polifenoli possono essere impiegati come conservanti naturali nell’industria alimentare,
antibiotici naturali per la mangimistica o nel settore farmaceutico come farmaco naturale.
L’acqua “vegetale” recuperata dalle olive può essere reimpiegata oppure smaltita senza ulteriori
trattaementi oppure utilizzata per l'irrigazione.
La vinaccia è lo scarto di vinificazione costituita principalmente dalle bucce e dai vinaccioli dell’uva.
Le vinacce generalmente si usano come materia prima per la produzione della grappa.
Un alternativo e vantaggioso riutilizzo riguarda in particolare i vinaccioli, ancora integri e non
sfruttati nel processo fermentativo.
Le bucce della vinaccia possono essere reimpiegate come fonte di fibra nel settore alimentare o
nella mangimistica; dai vinaccioli è possibile estrarre attraverso processi meccanici l’olio costituito
principalmente di acido linoleico ed oleico e contenente tocoferoli e polifenoli; dal pannello
esausto rimanente dopo l’estrazione dell’olio è possibile, con tecnologie WDS, concentrare e
purificare i polifenoli presenti.
I polifenoli contenuti nei vinaccioli (flavanoli, tra i quali (+)-catechina e (-)-epicatechina e i loro
polimeri proantocianidine) sono largamente utilizzati nel settore alimentare e cosmetico per le
spiccate proprietà bioattive, garantendo notevoli ritorni economici da una matrice altrimenti non
sfruttata.
L’estratto acquoso del pannello esausto ottenuto a seguito dell’estrazione dell’olio, dopo un
eventuale processo di disoleazione realizzato tramite un macchinario Disolea della società partner
Fluidotecnica Sanseverino per recuperare le frazioni di olio rimanenti, può essere chiarificato in
MF e concentrato in OI.
Per purificare i polifenoli presenti e aumentarne il titolo nei semi-lavorati prodotti con le
tecnologie non osmotiche, è possibile operare in UF ed in NF come stadi intermedi prima della
concentrazione in OI.
WDS nel settore del trattamento delle acque inquinate da idrocarburi e di sentina.
La acque contaminate da idrocarburi rappresentano una sfida di difficile soluzione, in particolare
per rendere rapido ed efficiente il processo di separazione di liquidi immiscibili consentendone il
recupero in particolare per prodotti e/o inquinanti oleosi sversati in acqua: questa, in estrema
sintesi, è la funzione di DISOLEA, la piattaforma tecnologica innovativa progettata, realizzata e
brevettata da Sanseverino.
Un sistema tanto semplice quanto efficiente, versatile ed economicamente vantaggioso che
rappresenta la soluzione ideale a tutti i problemi di separazione di liquidi multi-fase non miscibili.
I liquidi recuperati, non subendo alterazioni fisiche o chimiche, possono essere riutilizzati senza
ulteriori trattamenti, ed in particolare grazie al sistema WDS le acque di recupero (siano esse
dotate di carica minerale o meno) vengono trattate e rese idonee al riutilizzo sia per scopi di
processo alimentari che per lo smaltimento senza ulteriori trattamenti.
La parte liquida in idrocarburi potrà invece essere riutilizzata senza ulteriori trattamenti: il sistema
trova il suo campo di applicazione ideale nel recupero di petrolio e dei suoi prodotti (sversamenti
o fuoriuscite da petroliere, oleodotti, pozzi petroliferi marini), nel recupero di prodotti di
raffinazione (gasolio, benzina, olio combustibile ecc.) dalle acque di processo nelle raffinerie, nel
recupero di prodotti oleosi misti ad acqua di processo (per es. raffinazione di olio di palma) nonché
in ambito ambientale per il recupero di reflui oleosi in genere (dalle acque di lavaggio o di processo
industriali alle acque di sentina delle navi) riuscendo a minimizzare i costi di smaltimento
dell’acqua residuale.