Processi di trattamento della salamoia a scarico liquido zero (ZLD) e a scarico liquido minimo (MLD)

Da tempo la tecnologia ZLD (Zero Liquid Discharge) viene proposta come soluzione ecocompatibile per aiutare l'industria a rispettare i requisiti di scarico sempre più stringenti e a riciclare i flussi di acque reflue.

Tuttavia, i processi ZLD sono

• tecnicamente complessi
• molto costosi
• non necessariamente ecocompatibili a causa del materiale e dell'energia aggiuntivi che richiedono

Pertanto, sempre più utenti finali, al fine di migliorare la propria impronta idrica, stanno adottando un approccio a scarico minimo di liquidi (MLD) per il problema del trattamento delle acque reflue, utilizzando tecnologie di filtrazione affidabili in grado di ottenere un elevato recupero di acqua a una frazione del consumo idrico dei processi ZLD. costi.

2. Perché MLD?

Adottare un approccio MLD al processo può aiutare gli utenti a ridurre significativamente i costi CAPEX e OPEX, poiché la rimozione del 5-10% finale di liquido per raggiungere lo ZLD può rivelarsi estremamente costosa.

2. Perché MLD?

Adottare un approccio MLD al processo può aiutare gli utenti a ridurre significativamente i costi CAPEX e OPEX, poiché la rimozione del 5-10% di liquido rimanente per raggiungere lo ZLD può risultare estremamente costosa.

Per comprendere meglio questo concetto, prenderemo come esempio il cristallizzatore MD-MVC dalla pagina ZLD di Lenntech (Link a ZLD (MD-MVC-Crystallizer)), ma questa volta inizieremo a calcolare il recupero totale dell'acqua da un singolo passaggio SWRO (con un recupero del 45%).

100 m³ di acqua di alimentazione →Pretrattamento → RO a singolo passaggio (recupero del 45%) → 100 (1-0,45) = 55 m³ Salamoia → MD (recupero del 75%) → 55 x (1-0,75) = 13,75 m³ Salamoia → MVC (recupero del 90%) → 13,75 x (1-0,9) = 1.375 m³ Salamoia → Cristallizzatore (recupero del 50%) → 1,375 (1-0,5) = 0,68 m³ Salamoia → Centrifuga o pressa a nastro

L'energia richiesta per questo schema è:

100 m³ x 3,5 kWh/m³ (RO) + 55 x 6,57 kWh/m³ (MD) + 13,75 m³ x 14,86 kWh/m³ (MVC) + 1,375 m³ x 50 kWh/m³ (Cristallizzatore) = 350 kWh (RO) + 361,35 kWh (MD) + 204,33 kWh + 68,75 kWh = 984,43 kWh/100 m³ di acqua di alimentazione. Fino a MD il sistema ha recuperato [100 m³ x 0,45 = 45 m³ (RO)] + [55 m³ x 0,75 = 41,25 m³ (MD)] = 86,25 m³ di permeato a un costo di 350 kWh (RO) + 361,35 kWh (MD) = 711,55 kWh.

Dal MVC in poi, il sistema recupera [(100 - 86,25 = 13,75) m³ x 0,9 = 12,375 m³ (MVC)] + [(13,75 - 12,375 = 1,375) m³ x 0,5 = 0,688 m³ (Cristallizzatore)] = 13,06 m³ di permeato a un costo di 201,33 kWh (MVC) + 68,75 kWh (Cristallizzatore) = 270,08 kWh.

Il risultato finale è 711,55 kWh

per 86,25 m³ di permeato (Single RO – MD) e 270,08 kWh per 13,06 m³ di permeato (MVC – Crystallizer). Vale a dire che il (Single RO-MD) sta producendo permeato a un costo di 711,55 kWh / 86,25 m³ = 8,25 kWh/m³ e il (MVC – Crystallizer) sta producendo permeato a un costo di 270,08 kWh / 13,06 m³ = 20,66 kWh/m³. Analizziamo questo punto nella Tabella 1 e nella sua rappresentazione grafica (Figura 1).

Tabella 1, Valori di recupero e SEC dello schema di processo di trattamento delle acque RO-MD-MVC-Cristallizzatore.

	Recupero (%)	SEC (kWh/m3)
RO	45	3.5
MD	86.25	6.57
MVC	98.625	14.86
Cristallizzatore	99.313	50

Fig. 1, Recupero totale dell'acqua del processo RO-MD-MCV-Cristallizzatore rispetto ai rispettivi SEC. Nel grafico sono riportati anche i valori del fabbisogno energetico in ogni fase del processo, insieme al fabbisogno energetico/m³ della fase MLD e della fase ZLD. Il processo raggiunge una fase MLD subito dopo la MD e una fase ZLD dopo il cristallizzatore.

Come possiamo vedere, il fabbisogno energetico per un ulteriore recupero dopo la MD aumenta di ben 20,66 kWh/m³ / 8,25 kWh/m³ = 2,50 o 250%! A questo punto ogni utente deve decidere se il passo successivo vale davvero la pena. Soprattutto perché questa parte del processo ZLD (Zero Liquid Discharge) in genere costa il 60-70% del CAPEX totale.

La ZLD può essere utile in presenza di normative rigorose o in regioni del mondo sensibili alle risorse idriche, dove ogni goccia conta ma la gestione è economicamente molto complessa. Gli ultimi passaggi necessari per raggiungere la ZLD completa possono quasi raddoppiare i costi.

Un eccellente esempio concreto di MLD (Multi-Liquidity Discharge) si è verificato presso lo stabilimento di assemblaggio di veicoli General Motors (GM) a San Luis Potosí, in Messico. Lo stabilimento si trova in una zona arida e remota, priva di corsi d'acqua o fognature comunali per lo scarico delle acque reflue. Grazie all'utilizzo combinato della tecnologia RO, di un processo di addolcimento chimico ad alta velocità e di altre tecnologie, l'impianto recupera e riutilizza il 90% delle sue acque reflue terziarie, mentre il restante 10% dei rifiuti liquidi viene scaricato in bacini solari adiacenti per l'evaporazione.

Altre opzioni tecnologiche come HPRO, EDR, FO e MD, le loro combinazioni e ibride, possono anch'esse aumentare significativamente il recupero (70-80%) e richiedono molta meno energia rispetto all'evaporazione termica, riducendo le dimensioni di quest'ultima e di conseguenza del cristallizzatore (se è richiesto il sistema ZLD).

Riduzione dei costi e dell'impatto ambientale

Il principale vantaggio del sistema MLD è la riduzione dei costi di investimento (CAPEX) e dei costi operativi (OPEX) rispetto al sistema ZLD. I costi dei processi a membrana e di filtrazione sono proporzionalmente minimi rispetto alle tecnologie ZLD termiche. I nuovi progressi tecnologici possono ridurre al minimo le dimensioni di evaporatori e cristallizzatori e forse persino eliminarne l'uso. Allo stesso tempo, queste stesse tecnologie hanno una maggiore capacità di recupero. Soprattutto perché alcuni di questi sistemi possono utilizzare il calore di scarto, è estremamente importante considerarli per ottenere ulteriori vantaggi in termini di risparmio sui costi ed efficienza nella progettazione di un processo MLD.

4. Valutazione delle esigenze MLD

Per capire se un determinato caso è appropriato per l'MLD, la prima domanda da porsi è se è necessario il riutilizzo dell'acqua. In tal caso, l'approccio MLD potrebbe essere la soluzione ideale.

Se è necessario rispettare le normative locali in materia di scarico di effluenti, la MLD (Managed Liquid Discharge) può rappresentare una soluzione, che potrebbe includere sistemi a scarico zero (ZLD), bacini di evaporazione o iniezione di acqua sotterranea. Il passo successivo consiste nell'identificare i flussi di rifiuti in termini di portata, contaminanti e relative concentrazioni. Non tutti i casi richiedono lo stesso trattamento. Analizzando i flussi di rifiuti, possiamo calcolare un approccio più economico e sostenibile per ogni singolo caso. Ad esempio, la condensa e le acque meteoriche richiedono un trattamento minimo, mentre i flussi di rifiuti con elevate concentrazioni di composti organici, sali, metalli e solidi sospesi necessitano con maggiore probabilità di un trattamento più approfondito. Considerando il fabbisogno idrico, le normative e i requisiti ambientali, nonché il budget CAPEX e OPEX, la MLD può rivelarsi un'ottima opzione per un'ampia gamma di siti industriali e municipali che desiderano migliorare in modo economicamente vantaggioso il proprio consumo idrico.