Impianti di evaporazione

L’evaporazione è una tecnologia basata su un processo fisico che trova larga ed efficace applicazione nella depurazione delle acque reflue industriali, in particolare a matrice complessa, contenenti cioè tipologie di inquinanti differenti, per il cui trattamento l’impiego di tecnologie più economiche non permette di conseguire risultati soddisfacenti. A fronte di costi d’investimento e di gestione che ne fanno una delle tecnologie di trattamento delle acque più onerose, essa garantisce infatti delle rese molto elevate, in quanto è in grado di separare le sostanze inquinanti dall’acqua ottenendo la massima percentuale di acqua depurata e la massima concentrazione degli inquinanti (rispettivamente fino al 90-95% di acqua distillata e fino al 5-10% di concentrato sull’acqua reflua introdotta nell’impianto). La possibilità di reimpiego nel ciclo produttivo dell’acqua trattata, date le sue elevate caratteristiche qualitative, e la minimizzazione dei volumi degli inquinanti, che determina un abbassamento dei costi di smaltimento, sono fattori che favoriscono un rapido raggiungimento del Return On Investment.

I processi di evaporazione e di condensazione per la depurazione delle acque reflue possono essere ottenuti attraverso l’impiego di diverse tecniche di riscaldamento e raffreddamento dell’acqua, quali sistemi ad acqua calda (o vapore) e fredda, a compressione ed espansione di gas frigotecnici tramite una pompa di calore, a ricompressione meccanica del vapore. Le scelte tecnologiche migliori dal punto di vista sia ambientale che economico vengono individuate da TECAM tramite accurati studi di fattibilità. Il fattore che incide maggiormente sui costi di investimento (CapEx) è il materiale di costruzione, costituito da leghe di acciaio inox o di metalli (AISI 316L, SAF 2507, Hastelloy, CSi), che assicurano un’elevata resistenza all’attività corrosiva esercitata dalle soluzioni con cui gli impianti vengono in contatto, contenenti inquinanti ad alto grado di acidità (con un pH da 0 a 7). In relazione al comportamento di tali soluzioni vengono utilizzati scambiatori di calore a piastre, a fasciame immerso, a fascio tubiero a superficie raschiata. I costi operativi (OpEx) sono determinati per la quasi totalità dai consumi di energia elettrica e termica, che possono essere tuttavia notevolmente ridotti grazie all’applicazione della tecnologia di evaporazione sottovuoto e di sistemi a multiplo effetto. L’eventuale recupero delle sostanze impiegate nei processi di produzione, che possono essere riciclate negli stessi o rivendute, ne consente un ulteriore abbassamento.

Evaporatori ad acqua calda o vapore

Questa tipologia di evaporatori utilizza acqua calda o vapore per l’evaporazione dell’acqua reflua e acque da torre o air cooler per la condensazione della stessa. La quantità di energia termica necessaria per i processi di evaporazione e condensazione diminuisce proporzionalmente al numero di effetti, ovvero di serbatoi di evaporazione:

  • evaporatore a singolo effetto: 600 Kcal/litro (700 Watt /litro) come fonte termica “calda” per l’evaporazione ed altrettanti come fonte termica “fredda” per la condensazione;
  • duplice effetto: 330 Kcal/litro (400 Watt/litro) come fonte termica “calda” ed altrettanti come fonte termica “fredda”;
  • triplice effetto: 220 kcal/litro (270 Watt/litro) come fonte termica “calda” ed altrettanti come fonte termica “fredda”.

La tecnologia ad acqua calda o a vapore è conveniente solo quando l’energia necessaria per il processo viene recuperata da impianti di cogenerazione o di combustione; se è prodotta impiegando metano, GPL o oli combustibili BTZ, ne vanno valutati i costi e la disponibilità nel lungo periodo.

Portate: tra 1 mc/d (40 litri/ora) e 240 mc/d (10 mc/ora).

Evaporatori a pompa di calore

Gli evaporatori a pompa di calore impiegano gas frigo tecnici per l’evaporazione dell’acqua reflua e gli stessi gas frigo tecnici espansi o air cooler per la condensazione della stessa. Poiché questa tecnologia richiede esclusivamente energia elettrica, la scelta di essa si rivela conveniente nei casi in cui questo tipo di energia sia reperibile a basso costo. La quantità di energia necessaria per il processo, che dipende dal tipo di gas utilizzato e da eventuali recuperi termici, è compresa tra questi valori:

  • 80 Watt/litro
  • 200 Watt/litro

In relazione alla tipologia di apparecchiatura è possibile ottenere concentrati al limite del prodotto di solubilità, con presenza di materiali sedimentabili e sospesi. Questa tecnica non consente la produzione di concentrati che abbiano un residuo fisso a 105°C > 90%.

Portate: tra 1 mc/d (40 litri/ora) e 240 mc/d (10 mc/ora).

Evaporatori a ricompressione meccanica

Questi impianti utilizzano la compressione meccanica del vapore per l’evaporazione dell’acqua reflua. Richiedendo solamente energia elettrica, la scelta di questa tecnologia è vantaggiosa quando essa è reperibile a basso costo. La quantità di energia necessaria dipende dal tipo di compressore impiegato e da eventuali recuperi termici. I consumi variano tra i seguenti valori:

  • 60 Watt/litro
  • 100 Watt/litro

Pur essendo la tecnica di evaporazione in generale più conveniente, essa presenta alcune criticità, come le frequenti incrostazioni delle superfici interne degli impianti, che rendono la sua applicazione opportuna solo se le soluzioni da evaporare sono molto diluite.

In relazione al tipo di apparecchiatura è possibile ottenere concentrati al limite del prodotto di solubilità, con presenza di materiali sedimentabili e sospesi. Questa tecnica non consente la produzione di concentrati che abbiano un residuo fisso molto elevato in relazione all’andamento del delta T ebullioscopico, che modifica i coefficienti di scambio termico.

Portate: tra 1 mc/d (40 litri/ora) e 240 mc/d (10 mc/ora).

Evaporatori mobili

Posizionati all’interno di container e monitorabili da remoto, gli impianti di evaporazione mobili sono facilmente trasportabili e manovrabili e collocabili in aree esterne ed in spazi limitati. Queste unità rispondono ad esigenze di interventi rapidi, temporanei o periodici: sono utilizzabili ad esempio per il trattamento delle acque provenienti dalla bonifica e dal lavaggio dei terreni di siti contaminati. Nel caso di periodi di intervento di durata inferiore a tre anni, il noleggio si rivela la scelta più conveniente.