Nel funzionamento le centrali termolettriche consumano quantitativi significativi d’acqua per effetto di rilasci all’atmosfera (sistemi del vuoto, sistemi di degasazione termica), di perdite varie (tenute, valvole di sicurezza, sistemi di campionamento per il controllo della chimica del condensato in ciclo, ecc.) e per varie altre ragioni (vapore di atomizzazione nafta, ecc.). La quantità di acqua necessaria ammonta tipicamente in 0.12-0.20 litri/lWh prodotto, essendo definita dalla tecnologia di generazione, dalle scelte sul combustibile e altre variabili di progetto e operative. Nei fatti diventa necessario operare un reintegro di acqua nel ciclo, e allo scopo si richiede acqua ultrapura. Specifica dell’acqua demineralizzata per centrali termoelettriche Parametro Acqua Demineralizzata ENEL Solidi sospesi ppm Assenti Solidi disciolti ppm < 0.010 Conducibilità µS/cm <0.100 pH pH Calcio ppm non rilevabile Magnesio ppm non rilevabile Sodio ppm < 0.010 Cloruri ppm < 0.010 Solfati ppm < 0.010 L’acqua ultrapura viene prodotta dal sistema di demineralizzazione dell’acqua approvvigionata dalle fonti disponibili nel sito (acquedotto, pozzo, mare, ecc.), le caratteristiche dell’acqua grezza definiscono in gran parte le tecnologie applicabili: nei siti che dispongono di acque “dolci” si adottano dei trattamenti a resine a scambio ionico (diversamente configurati), mentre nei siti su mare la scelta è rappresentata finora dalla dissalazione termica. In tutti i casi tuttavia viene utilizzato, quale ultimo trattamento, un letto misto di finitura, che, se propriamente gestito, consente di raggiungere il livello di purezza richiesto. Gli impianti a resine a scambio ionico richiedono più o meno frequenti rigenerazioni delle resine, con un consumo di elevate quantità di acido (cloridrico o solforico) e di base (soda); le soluzioni saline esaurite provenienti dalla rigenerazione vengono quindi inviate all’impianto ITAR (trattamento acque reflue) prima di essere rilasciate all’ambiente.

Il presente studio è stato limitato agli impianti alimentati con acqua “dolce”, ovvero: da acquedotto, dalla falda e da acque di superficie in genere. Questi impianti infatti presentano un fattore di arricchimento molto elevato tra la salinità delle acque in ingresso all’impianto e quella delle acque reflue restituite all’ambiente. La situazione osservata è ben rappresentata dalla figura seguente. Nella figura, che riprende l’analisi della situazione reale di esercizio di 5 centrali nell’arco di circa 5 anni, viene rappresentata la prestazione media per le due più significative classi di sostanze presenti nelle acque: TDS, Total Dissolved Solids – Solidi Totali Disciolti: questa classe comprende sostanzialmente i sali (inorganici) e include pertanto anche gran parte dei reagenti chimici utilizzati negli impianti ai fini della produzione di energia elettrica. TSS, Total Suspended Solids – Solidi Totali Sospesi: questa classe comprende sostanzialmente il materiale solidi presente in forma di sospeso nei fluidi di processo e solo una frazione dei reagenti chimici (nella realtà dei fatti la calce idrata) utilizzati negli impianti ai fini della produzione di energia elettrica. Agli effetti dell’impatto ambientale, mentre il TSS comporta la produzione e lo smaltimento di “fanghi” per lo più in discarica, il TDS comporta il rilascio di specie solubili, cioè di salinità (anche se non solo) all’ambiente. Mentre la salintà associata alle sostanze in soluzione che possono essere precipitate (cioè possono essere convertite in forma di “fanghi”) non costituiscono un vincolo sostanziale al riutilizzo delle acque nell’impianto, la salinità residua rappresenta il principale vincolo di processo. E’ infatti necessario eliminare questa classe di sostanze che altrimenti tenderebbero ad accumularsi in breve tempo fino a valori di concentrazione incompatibili con l’utilizzo delle acque negli impianti: l’eliminazione può avvenire attraverso due distinti approcci, tra loro compatibili:

i. evaporazione a secco, con produzione di un flusso d’acqua riutilizzata nell’impianto e un flusso solido di sali (misti) da smaltire nei modi più opportuni. ii. contenimento della produzione di salinità nell’impianto, quale misura preventiva di contenimento della portata massica di salinità prodotta dall’evaporazione a secco del refluo concentrato inevitabilmente prodotto. Nel caso dell’acqua di mare la portata massica di salinità è determinata quasi completamente dalla portata di acqua di mare approvvigionata: in questo caso le sole opzioni sensate sono rappresentate da: i. contenimento del fabbisogno idrico dell’impianto ii. sostituzione della fonte di approvvigionamento con altra di migliore qualità (ad esempio: con acque secondarie da depurazione civile, ecc.) Il ruolo degli impianti per la produzione di acqua demineralizzata basati sulla tecnologia delle scambio ionico nella generazione della salinità è definitivamente dimostrato dall’analisi di dettaglio, riportata nella tabella seguente, del diverso contributo dei diversi processi/utilizzi sulla generazione della contaminazione (qui rappresentata dalla singole specie chimiche). Si osservi come i due processi a scambio ionico presenti in impianto (produzione di acqua demi e pulizia del condensato nel ciclo termico) da soli rappresentino più del 70 % della generazione di salinità. Il solo Sistema di produzione acque di processo Sistema di utilizzo delle acque di processo (combustibile: olio) Sistema di trattamento delle acque di processo Specie chimiche CF FS SI LP LCLF LE LC PU CCLA PWF PWC LM LAC PCC UC PCEC ID BIO ITAR SODIO 58.9 3.8 9 0.3 27.5 0.1 0.3 POTASSIO 2.2 0.5 5.3 21.2 70.7 CALCIO 33.4 0.3 0.4 0.3 0.1 65.4 MAGNESIO 27.4 17.5 41 14 FERRO 17.8 17.7 2.2 0.2 1.1 0.1 0.2 0.4 6 0.2 0.1 53.9 RAME 3.4 6.4 8.4 2.9 0.1 0.4 1.2 1.8 65.3 9.8 0.2 NICKEL 37 43.5 9.9 9.1 0.2 0.2 ZINCO 29.3 45.1 3.5 10.9 0.5 3.5 0.3 5.4 1.4 COBALTO 25.9 56.6 4.7 11.8 0.9 CADMIO 13.3 40 20 26.6 MANGANANESE 22.2 34.9 6.3 35 0.3 0.3 0.9 PIOMBO 23.2 42.7 13.6 20.4 VANADIO 20.7 47 25.8 6.4 ALLUMINIO 18.2 28.7 21 15.4 2.3 0.6 1 12.7 CROMO 22.3 37.4 14.7 23.1 1.6 0.8 CLORURI 4.9 40.8 19.4 3.2 0.6 31 FLUORURI 11.5 5.3 8.7 3 3.3 25 32 0.5 10.6 BROMURI 26.3 31.6 36.8 5.2 BICARBONATI 28.2 28 42.5 1.2 NITRATI 9 2.6 5.3 60.5 22.5 FOSFATI 8.4 0.1 10.4 53.1 27.9 SOLFATI 31.2 39.4 8.7 18.6 0.3 1.7 AMMONIACA 0.7 0.3 0.2 0.6 4.5 84.1 3.8 1.4 4.3 SILICE 6.5 11.7 42 13.5 ND ND SOLIDI SOSPESI 49.6 4 1.3 5.4 1.7 3.2 1.5 0.1 0.7 1.8 1 29.6 OLI 11.8 17.2 88.1 -17.2

impianto demi rappresenta più del 50% della generazione di salinità negli impianti che si approvvigionano con acqua “dolce”. Nel presente rapporto, viene verificata la possibilità di conseguire un sostanziale contenimento nella generazione di salinità adottando un processo di demineralizzazione basato sulla sola tecnologia a membrana, eventualmente integrata da qualche ulteriore trattamento fisico (cioè senza utilizzo ulteriore di reagenti chimici) l’obiettivo di produrre acqua demineralizzata di qualità compatibile con l’utilizzo quale reitegro del ciclo acqua-vapore di impianti termoelettrici. La tecnologia a membrana che sarà oggetto dello studio è l’Osmosi Inversa (O.I.) che consente la rimozione degli ioni con l’inversione del processo di osmosi, conseguito pressurizzando la soluzione da dissalare e raccogliendo il solvente (l’acqua dissalata) in un comparto separato da una membrana semipermeabile. Le caratteristiche della membrana, che permettono il passaggio del solvente ma non degli ioni, definiscono l’efficienza di dissalazione conseguibile.