Lenntech Trattamento e Purificazione dell'Acqua Lenntech Trattamento e Purificazione dell'Acqua

Trattamento dell’acqua in caldaia

Il trattamento e il condizionamento dell’acqua di alimentazione delle caldaie deve soddisfare tre principali obiettivi:

●      Scambio di calore continuo

●      Protezione dalla Corrosione

●      Produzione di vapore di alta qualità’

I trattamenti esterni consistono nella riduzione o rimozione delle impurità’ nell’acqua all’esterno della caldaia stessa. In generale, i trattamenti esterni vengono usati quando la quantità’ di una o piu’ impurita’ e’ troppo elevata per essere tollerata dal sistema caldaia in questione. Esistono diversi tipi di trattamenti esterni (addolcimento, evaporazione, disaerazione, contractors a membrana, ecc.) che possono essere usati per preparare acque di alimentazione su misura per processi in particolare. I trattamenti interni consistono nel condizionamento delle impurità all’interno della caldaia stessa. Le reazioni occorrono sia nelle linee di alimentazione che nella caldaia stessa. I trattamenti interni possono essere usati singolarmente o congiuntamente con trattamenti esterni. Il loro scopo e’ quello di reagire in maniera corretta con la durezza dell’acqua di alimentazione, condizionare il, catturare l’ossigeno e prevenire la formazione di schiume nelle acque della caldaia.

Trattamenti esterni

L'unità’ di trattamento acque purifica e disaera acque di reintegro (make-up) o di alimentazione. A volte, l’acqua viene pretrattata con un processo di evaporazione per produrre vapore relativamente puro, che viene poi condensato e usato come alimentazione della caldaia. Esistono diversi tipi di evaporatori, il più’ semplice consiste in un contenitore di acqua all’interno del quale passano delle bobine di vapore per riscaldare l’acqua fino al punto di ebollizione. A volte, per incrementare l’efficienza del processo, il vapore dal primo contenitore viene fatto passare, attraverso delle bobine, in un secondo contenitore d’acqua, per produrre maggiore calore e quindi evaporazione. Gli evaporatori possono essere usati dove il e’ facilmente reperibile del vapore come fonte di calore. Questi hanno vantaggi particolari sulla demineralizzazione, per esempio, quando i solidi disciolti nelle acque grezze sono presenti in quantità’ elevata.

Alcuni materiali, sintetici e naturali, sono in grado di rimuovere ioni minerali dall’acqua scambiandoli con altri ioni. Per esempio, facendo passare l’acqua attraverso un semplice addolcitore a scambio cationico, tutti gli ioni di calcio e magnesio vengono sostituiti con ioni di sodio. Dato che un semplice scambiatore cationico non rimuove tutti i solidi totali delle acque grezze, viene spesso usato in combinazione con un processo di addolcimento a precipitazione. Una delle più’ comuni ed efficienti combinazioni di trattamenti e’ il processo a calce viva e zeolite calde. Questo processo comporta il pretrattamento delle acque con calce viva per ridurre la durezza, l'alcalinità’, e, in alcuni casi anche la silice, per poi trattarle con un addolcitore a scambio cationico. Questo sistema di trattamento compie diverse funzioni: addolcimento, riduzione dell'alcalinità’ e della silice, parziale riduzione dell’ossigeno disciolto e rimozione dei solidi sospesi e della turbidita’.
Il trattamento chimico delle acque all’interno delle caldaie é spesso essenziale e  completa i trattamenti esterni poiché elimina le impuritá entranti nella caldaia stessa tramite l’acqua di alimentazione (durezza, ossigeno, silice, ecc.). In molti casi non é necessario il trattamento esterno dell’acqua di alimentazione, perció l’acqua puó essere trattata solo con metodi interni alla caldaia.

Trattamenti Interni

I trattamenti interni possono costituire l’unico trattamento quando la caldaia lavora a pressioni basse o moderate, quando vengono usate grandi quantitá di condensato nell’acqua di alimentazione, o quando sono disponibili acque grezze di buona qualitá. Lo scopo di un trattamento interno puó essere riassunto nei seguenti punti:

1) reagire con ogni tipo di durezza presente nell’acqua di alimentazione per prevenirne la precipitazione sotto forma di incrostazioni sulle pareti metalliche del boiler;

2) condizionare ogni tipo di solidi sospesi, come fango di calcio e ossido di ferro, in maniera tale da non farli aderire alle pareti della caldaia;

3) fornire una protezione anti-schiuma per garantire concentrazioni ragionevoli di solidi disciolti e sospesi nell’acqua della caldaia senza riporto e accumulo di schiume;

4) eliminare l’ossigeno dall’acqua e fornire abbastanza alcalinitá per prevenire la corrosione nel boiler.

Inoltre,in via aggiuntiva, i trattamenti interni dovrebbero prevenire la corrosione e le incrostazioni del sistema dell’acqua di alimentazione e proteggere i sistemi del condensato da vapore dalla corrosione.

Durante i processi di condizionamento, fase essenziale per completare un programma di trattamento delle acque, vengono aggiunte all’acqua dosi specifiche di prodotti di condizionamento. I prodotti piú comunemente usati includono:

●      Disperdenti ai fosfati, disperdenti ai polifosfati (composti chimici per l’addolcimento): mediante la reazione con l’alcalinitá dell’acqua nella caldaia, questi prodotti neutralizzano la durezza dell’acqua formando fosfato di calcio , un composto insolubile che puó essere fatto defluire periodicamente o continuamente dal fondo della caldaia tramite la defangazione.

●      Dispersanti naturali e sintetici (Agenti anti-incrostazioni): aumentano le proprietá dispersive dei prodotti di condizionamento. Questi possono essere:

o      Polimeri naturali: ligninsolfonati, tannini

o      polimeri sintetici: poliacrilati, copolimeri acrilati  maleici, copolimeri stirene-maleici, polistirene solfonati ecc.

●      Agenti sequestranti: per esempio  fosfati inorganici, che fungono da inibitori e fanno da effetto soglia.

●      Assorbitori di ossigeno: solfito di sodio, tannini, idrazina, idrochinone/derivati a base di pirogallolo, derivati di idrossilammina, derivati dell’acido ascorbico, ecc. Questi assorbitori, catalizzati e non, riducono gli ossidi e l’ossigeno disciolto. La maggior parte di questi é anche in grado di passivare le superfici metalliche. La scelta del prodotto e la dose necessaria dipenderá dall’impiego di riscaldatori con disaerazione e non.

●      Agenti anti-schiuma e anti-adescamento: consistenti in un miscuglio di agenti tensioattivi che modificano la tensione superficiale di un liquido, rimuovono la schiuma, e prevengono il riporto e accumulo di piccole particelle nel vapore.

 

I composti chimici usati per l’addolcimento comprendono carbonato di sodio, fosfati di sodio caustici e di vari altri tipi. Questi composti chimici reagiscono con composti di calcio e magnesio presenti nell’acqua di alimentazione. I silicati di sodio vengono usati per reagire selettivamente con la durezza data dalla presenza di magnesio. Il bicarbonato di calcio entrante con l’acqua di alimentazione viene disciolto alle temperature tipiche della caldaia o reagisce con la soda caustica formando carbonato di calcio, che essendo relativamente insolubile, tende a tornare in fase indisciolta. Il carbonato di sodio, ad alte temperature, si dissocia parzialmente in idrossido di sodio (caustico) e anidride carbonica. Le alte temperature nella caldaia riducono la solubilitá del solfato di calcio, il quale tende a precipitare direttamente nelle caldaie in metallo sotto forma di incrostazioni. Di conseguenza, bisogna condizionare il precipitato mediante delle reazioni chimiche che ne consentano la rimozione tramite defangazione. Il solfato di calcio reagisce col carbonato di sodio, o fosfato di sodio, o silicato di sodio, formando i sali insolubili carbonato, o solfato, o silicato di calcio. Il solfato di magnesio reagisce con la soda caustica formando un precipitato di idrossido di magnesio. Parte del magnesio potrebbe reagire con la silice formando silicato di magnesio. Il solfato di sodio é altamente solubile e rimane in soluzione a meno che l’acqua non venga evaporata quasi completamente.

Esistono due approcci generali per il condizionamento del fango all’interno delle caldaie: tramite  coagulazione o tramite dispersione. Quando la quantitá totale di fango é alta (a causa dell’elevata durezza dell’acqua) é molto meglio far coagulare il fango per formare fiocchi grandi. Questi possono essere rimossi con la defangazione. La coagulazione si puó ottenere mediante l’attenta regolazione della quantitá di metalli alcalini, fosfati e composti organici usati durante il trattamento, a seconda della qualitá dell’acqua di alimentazione. Quando la quantitá di fango non é elevata (acque di alimentazione poco dure) é preferibile l’uso di un’alta percentuale di fosfati nel trattamento. I fosfati formano particelle separate nel fango. Per mantenere le particelle di fango disperse nell’acqua della caldaia, viene impiegata una percentuale maggiore di disperdenti organici.
I composti usati per il condizionamento del fango, includono diversi composti organici delle classi dei tannini, delle lignine o degli alginati. É importante che questi composti organici siano scelti e processati in modo da essere sia efficienti che stabili alle pressioni di funzionamento della caldaia. Alcuni composti organici sintetici vengono usati come agenti anti-schiuma. I composti chimici usati come assorbitori di ossigeno, includono solfito di sodio e idrazina. Varie combinazioni di polifosfati e composti organici vengono usati per prevenire le incrostazioni e la corrosione negli impianti dell’acqua di alimentazione. Per prevenire la corrosione causata dai condensati, si usano ammine volatili neutralizzanti e inibitori della formazione di (bio)film.

I metodi piú comuni per l’alimentazione interna dei composti chimici, includono l’uso di taniche contenenti le soluzioni chimiche e pompe dosatrici o alimentatori speciali a pastiglie. In generale, i composti chimici per l’addolcimento (fosfati, carbonato di sodio, soda caustica, ecc.) vengono aggiunti direttamente all’acqua di alimentazione vicino al punto di ingresso del cilindro della caldaia. Tuttavia, possono essere dosati anche per mezzo di una linea separata uscente nel cilindro dell’acqua di alimentazione della caldaia. I composti chimici dovrebbero essere introdotti nella parte della caldaia dove si trova l’acqua di alimentazione, in modo tale che la reazione avvenga nell’acqua prima che entri nel generatore di vapore. I composti per l’addolcimento possono essere aggiunti ad intermittenza o in continuo a seconda della durezza dell’acqua di alimentazione e altri fattori. I composti chimici aggiunti per reagire con l’ossigeno disciolto (solfato, idrazina, ecc.) e quelli usati per prevenire le incrostazioni e la corrosione nell’impianto dell’acqua di alimentazione (polifosfati, composti organici, ecc.) dovrebbero essere dosati nell’impianto di alimentazione stesso nella maniera piú continua possibile. I composti chimici usati per prevenire la corrosione nell’impianto del condensato potrebbero essere integrati direttamente sia nel vapore che nell’acqua di alimentazione, a seconda del composto specifico usato. Si preferisce l’alimentazione in continuo, ma in alcuni casi un’applicazione ad intermittenza é sufficiente.

Controlli anche la nostra pagina riguardante la produzione di acqua ad elevata purezza attraverso l’Elettrodeionizzazione (EDI).

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Bibliografia
Water treatment handbook Vol. 1-2, Degremont, 1991
Industrial water conditioning’, BeltsDearborn, 1991
https://www.thermidaire.on.ca/boiler-feed.html

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