pubblicato il 01 settembre 2013

Osmosi inversa e Dissalazione delle acque

Tecnica utilizzata per la dissalazione delle acque di mare o per rendere utilizzabili acque di cattiva qualità.

   Quando ci occupiamo di un sistema, consistente in due liquidi separati da una membrana semi-permeabile (impermeabile solo per i sali) ed aggiungiamo il sale a un lato del sistema, l’acqua pura inizia ad attraversare la membrana. Questo è il principio dell'Osmosi Inversa.
   Tale flusso continuerà fino a che la pressione non e’ uguale da entrambi i lati della membrana. In seguito il livello dell’acqua sarà più alto dove è stato aggiunto il sale. La differenza nel livello d’acqua, formata tramite l’aggiunta di una quantità specifica di sale, è denominata pressione osmotica. La pressione osmotica dell’acqua di mare è intorno ai 26 bar.

L’osmosi è un fenomeno naturale, senza il quale la vita diventerebbe impossibile. I processi osmotici permettono alle piante di assorbire le sostanze nutrienti dal terreno.

Possiamo spiegare il termine "osmosi inversa" come segue:
   Per desalinizzare l’acqua, dobbiamo creare un flusso attraverso una membrana, che induce l’acqua ad abbandonare la parte salata della membrana, fluendo nella parte non salata. Perché ciò avvenga, sulla colonna dell’acqua dalla parte salata della membrana si deve generare una pressione, prima di tutto per rimuovere la pressione osmotica naturale e secondariamente per generare una pressione supplementare sulla colonna dell’acqua, in modo da spingere l’acqua attraverso la membrana.

   L’osmosi inversa
può essere usata per la separazione dell’acqua da tutte le sostanze in essa disciolte, per produrre acqua che sia essenzialmente priva di sali. A secondo della pressione osmotica necessaria di una data soluzione, la pressioneda applicare per realizzare un processo di osmosi inversa può variare tra i 10 e i 70 bar.
Per la desalinizzazione dell’acqua di mare, la pressione deve essere di circa 50-60 bar.

   Con l'adozione di un impianto di osmosi inversa si ha la possibilità di scegliere il grado di dissalazione desiderato affinchè l'acqua prodotta sia compatibile con la coltura che ne necessita. La tecnica dell'osmosi inversa è molto versatile e può essere impiegata sia con acquemolto salate che poco salate.

Le tecniche di dissalazione comunemente utilizzate

   Per raggiungere con facilità un’ottimale operatività, perun impianto di dissalazione è necessario conoscere a perfezione le caratteristiche dell’acqua da trattare. La qualità delle acque di superficie, non importa se salmastre o saline, è sempre soggetta a variazioni di carattere stagionale.
Potenziali difficoltà operative conseguenti a tali variazioni possono essere prevenute tenendo conto delle variazioni stesse già in fase progettuale. E’ in ogni caso ovvio che tale comportamento presuppone una preventiva conoscenza del campo di variazione e soprattutto dei valori di punta che ci si può aspettare. 

   Molte sono le considerazioni di carattere tecnico ed economico che si possono fare sulle varie tecnologie, come di seguito esposte in modo sintetico.

   L’elettrodialisi ha un campo d’applicazione limitato, in pratica il buon funzionamento si ha con acque molto salmastre e i risultati sono invece scarsi con acque poco salmastre. Altro svantaggio di un impianto di elettrodialisi è l’elevato costo di acquisto e di esercizio, inoltre è una tecnologia relativamente recente e l’applicazione è ancora ridotta.

   La distillazione a membrana ha gli stessi svantaggi dell’elettrodialisi e concettualmente l’impianto è di difficile conduzione e richiede manutenzione altamente qualificata.

   L’evaporazione è una vecchia tecnica di dissalazione, ormai in disuso in tutti i paesi privi di petrolio come risorsa prima, e l’orientamento attuale è di sostituirla con l’osmosi inversa.

   Gli scambiatori ionici hanno invece il vantaggio di avere un costo di acquisto abbastanza contenuto ma sono di difficile applicazione perché superando il limite di 800 ppm di salinitàdiventa notevole il consumo dei rigeneranti (acido cloridrico e soda caustica).

L’Osmosi inversa è la tecnica di dissalazione oggi più diffusa sul mercato.

   Essa prevede l’impiego di membrane semipermeabili che, per effetto di una pressione, riescono a separare i sali dall’acqua nella percentuale desiderata, senza squilibrare la concentrazione chimica dell’acqua utilizzata.
Con l’adozione di un impianto di dissalazione ad osmosi inversa si ha la possibilità di scegliere il grado di dissalazione desiderato in modo che il prodotto finale (permeato) sia compatibile con l’utilizzo.
   Il processo di dissalazione a mezzo osmosi inversa è un processo fisico-meccanico, pertanto il concentrato (scarico) presenta gli stessi sali dell’acqua originaria solo un po’ più concentrati. L’impianto è di facile conduzione perché è completamente automatizzato.

   La tecnica dell’osmosi inversa è molto versatile e può essere impiegata con acque poco salmastre, molto salmastre e anche di mare. Per la scelta di un impianto ad osmosi inversa è importante conoscere i seguenti punti:
 a) la provenienza dell’acqua (pozzo, lago, fiume, acquedotto, mare ecc..);
 b) la quantità dell’acqua da trattare;
 c) l’analisi chimica dell’acqua da trattare;
 d) l’utilizzo finale dell’acqua trattata.

   Generalmente le acque vengono pre-trattate prima di alimentare l’impianto ad osmosi inversa. Il trattamento preparatorio prevede una fase di clorazione, una di filtrazione meccanica con filtro a sabbia, una di declorazione a carboni attivi e una microfiltrazione a cartucce.
   In caso di presenza di ferro e manganese, essi si dovranno eliminare dall’acqua da trattare. L’assenza di ferro, manganese e sostanze organiche, non prevede la filtrazione a sabbia e la filtrazione a cartucce.
Con la clorazione si esegue un’ossidazione delle sostanze organiche, con la filtrazione a sabbia si rimuovono i solidi sospesi e con la filtrazione a carboni attivi si trattengono i clorocomposti e quanto ossidato nelle precedenti fasi; l’impianto dissalatore ad osmosi inversa effettua invece la riduzione percentuale della salinità.

   Gli impianti ad osmosi inversa sono generalmente realizzati su telaio d’acciaio inox, dove trovano sistemazione il quadro generale di comando di tutto il sistema, la pompa ad alta pressione che alimenta il gruppo membrane osmotiche, cuore dell’impianto. In base al numero delle membrane e attivando apposite valvole si stabiliscono le quantità d’acqua da produrre in funzione delle caratteristiche originarie dell’acqua e secondo l’utilizzo finale.

   Gli impianti sono anche dotati di valvole di miscelazione per aumentare la salinità dell’acqua permeata secondo gli specifici utilizzi.
   Generalmente un impianto ad osmosi riduce la salinità del 98-99%, e quindi da un acqua avente 2.000 µS/cm di conducibilità si ottiene un permeato con solo 30-40 µS/cm. Quest’ultimo può essere così utilizzato nella coltivazione delle orchidee ma è opportuno miscelarlo fino a 300-400 µS/cm per la coltivazione delle gerbere. Chiaramente la miscelazione scelta è controllata ed è visibile sul conduttivimetro dell’impianto stesso.

   Il funzionamento di questi impianti è continuo ed in base al recupero fissato (in genere il 70%) si avranno un permeato che è inviato ad un accumulo per poi essere utilizzato, ed un concentrato (30%) avviato allo scarico. A volte il concentrato può essere anche utilizzato per colture non sensibili alla salinità (per es., pomodoro).