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TECNICHE DI DESALINIZZAZIONE DI ACQUA SALATA

Tesina finale Master on-line

di Sofia Mangani

Uno dei maggiori problemi che si avvicina al

XXI secolo è la mancanza di acqua

Viene definita come la possibile motivazione delle guerre future e chiamata con il nome di “Oro Azzurro”, l’acqua è il bene più prezioso per tutti gli esseri viventi, ma quello che al momento è in peggior pericolo.

Le riserve di acqua nel pianeta sono immense considerando che la idrosfera contiene circa 1.400 milioni di Km³ di acqua, ciò nonostante quasi il 93% dell’acqua appartiene agli oceani e ai mari, con un tasso di salinità medio del 3% in peso. Questo enorme quantitativo di acqua è praticamente inutilizzabile per qualsiasi tipologia di processo (agricolo, industriale e uso umano) e il quantitativo di acqua dolce continentale o sotterranea sta vertiginosamente diminuendo, insieme alla qualità della stessa, che sempre in maggior frequenza risulta contaminata.

C’è inoltre da considerare che circa il 70% dell’acqua dolce si trova sotto forma di ghiaccio o neve, coprendo le regioni polari o le zone montagnose.

Il responsabile della risorsa di acqua rinnovabile nel nostro pianeta è il ciclo idrologico terrestre, ma esiste purtroppo una distribuzione disomogenea della risorsa dovuto alle differenti condizioni climatiche del pianeta. Inoltre la presenza in alcune zone della risorsa idrica non ne assicura la buona qualità e quindi la possibilità immediata di utilizzo. Ci sono inoltre zone nel nostro pianeta particolarmente aride e isolate che dipendono direttamente da fonti esterne di acqua per il loro sviluppo.

Per mancanza di acqua quindi si intende la quantità sufficiente adatta all’utilizzo potabile, di irrigazione, processi industriali ecc. ovvero quella quantità che sia direttamente utilizzabile.

Una delle possibili soluzioni è la desalinizzazione dell’acqua salina, se anche bisogna considerare che è un processo abbastanza caro e non accessibile a tutti i paesi.

Per processo di desalinizzazione si intende la separazione dei Sali da una soluzione acquosa, ovvero diminuire il contenuto salino dell’acqua per un determinato uso posteriore. Questa tipologia di processo può essere applicato a acqua con elevato contenuto salino, come l’acqua salata e l’acqua salmastra provenienti per esempio dal mare, da acquiferi costieri in contatto diretto o indiretto con il mare ecc.

Le tecniche di desalinizzazione vengo classificate in base all’energia usata per la separazione dei sali (termica, meccanica, elettrica o chimica), in base alla tipologia del processo e in base al metodo utilizzato.

Nella Tabella 1 vengono riportati alcune delle possibili classificazioni:

Tabella 1: Classificazione dei metodi di desalinizzazione

Considerando che nella tabella 1 non viene riportata la totalità dei processi, bisogna considerare che solo alcuni sono viabili a scala industriale. Ogni metodo di desalinizzazione comporta un differente; consumo di energia, costo, complessità di istallazione, capacità di produzione e qualità di prodotto ultimato. Ovviamente la qualità dell’acqua alla fine del processo in relazione anche al tasso di salinità prima della desalinizzazione, è il fattore che maggiormente condiziona la scelta di uno o un altro metodo, insieme al costo del processo. Nella Tabella 2 vengono riportati alcuni dei tassi di salinità dell'acqua.

Tabella 2: Alcuni degli intervalli di salinità dell’acqua

Il livello di qualità di desalinizzazione richiesto, dipende ovviamente dall’uso finale che se ne fa della risorsa. Per processi industriali per esempio si può utilizzare un’acqua con un tasso di salinità fino a 5000 ppm, per l’irrigazione di alcune coltivazioni fino a 2000 ppm e per quanto riguarda il consumo umano il limite è di 1000 ppm.

Un esempio di desalinizzazione à quella che utilizza l’energia termica ovvero la distillazione a vapore, la distillazione multi fase in flash MSF (Multi Stage Flash Distillation). QQuesti processi di desalinizzazione consistono semplicemente nell’evaporazione dell’acqua ottenendo un vapore che non contenga Sali che sono volatili a partire da 300°C. In questo processo l’acqua viene scaldata e evaporata e ricondensata in varie tappe ottenendo alla fine una parte distillata e una parte di scarto. Il nome del processo “Flash”, è dovuto alla maniera di evaporazione immediata dell’acqua provocata da un cambio repentino della pressione ambientale. Bisogna considerare che questi sistemi funzionano solitamente a una pressione ambientale inferiore a quella atmosferica. Questa tipologia di processo è uno dei più utilizzati nel mondo, dovuto principalmente a che è molto efficace in acqua di bassa qualità (alta salinità, contaminazione e alte temperature), ciò nonostante il consumo energetico di questo processo rappresenta un importante inconveniente, essendo uno dei più alti rispetto a processi di desalinizzazione alternativi.

Uno dei metodi ideali per la produzione di acqua potabile in zone con elevata siccità e in zone particolarmente isolate, è il metodo di distillazione solare.

Questo metodo oltre ad essere molto più economico, con un costo energetico praticamente nullo, è anche particolarmente semplice, e alla portata anche di paesi con un tasso di sviluppo inferiore a quello delle nostre condizioni, se anche bisogna considerarne la bassa efficienza, con una produzione di appena pochi litri in un giorno e in condizioni climatiche favorevoli. Anche in questo processo esistono differenti metodologie di distillazione, una tra le più conosciute è quella che utilizza il principio dell’effetto serra. Il sole scalda l’acqua che si trova all’interno di una serra attraverso un vetro, con gli stessi principi dell’effetto serra. Una parte dell’acqua salata scaldata dal sole evapora e si raffredda nella parte interna del vetro della camera, condensandosi. Poiché il vetro viene collocato in maniera inclinata, l’acqua condensata cade verso un recipiente che la raccoglie (Figura 1).

Acqua dolce

Acqua Salata

Figura 1:Schema del funzionamento della distillazione con energia solare

Un altro esempio di processo di desalinizzazione è quello della distillazione a membrane, che utilizza metodi di evaporazione filtrazione. In questo caso l’acqua salata viene scaldata e si produce vapore, il quale passa attraverso delle membrane idrofobiche che lasciano passare il vapore però no l’acqua. Dopo essere stato filtrato dalla membrana il vapore si condensa sopra una superficie più fredda  e riforma acqua salata che non può retrocedere attraverso la membrana e che viene quindi espulsa fuori dal processo. Questa tipologia di distillazione è stata provata solo a livello di laboratorio, e ancora si aspetta una progettazione per ampliare l’utilizzo del processo a scala industriale.

Ovviamente questi processi, indifferentemente dei metodi utilizzati, se anche rappresentano un’importante soluzione alla carenza di acqua dolce sul pianeta, comportano degli impatti ambientali più o meno importanti, che però devono comunque essere considerati al momento di progettarne l’utilizzo. Il problema principale, comune a tutte le metodologie è lo scarto di sali e acqua salata dopo la distillazione. Questo tipo di rifiuti, se così li vogliamo chiamare, devono essere ben smaltiti, al fine di non provocare un ulteriore contaminazione. Bisogna pensare che gli scarti provenienti da acqua marina e da acqua salmastra devono essere trattati in maniera differente, poiché appartenenti a zone ambientali differenti e perché principalmente contengono un quantitativo di sali molto diverso.

Alcune soluzioni possono essere, rigettare gli scarti al mare, installazione di saline, costruzione di emissari sub marini, costruzione di vere e proprie discariche ecc. Chiaramente la soluzione deve essere previamente studiata, considerando tutti i possibili impatti che un malo utilizzo degli scarti può avere sull’ambiente.

Purtroppo uno dei maggiori ostacoli all’applicazione di metodi di desalinizzazione di acqua salata è ancora una volta il problema economico. Alcuni dei metodi di desalinizzazione più efficienti richiedono molta quantità di energia, e risultano quindi molto costosi e poco applicabili a larga scala. L’acqua prodotta da questi processi inoltre ha un prezzo anche tre volte superiore all’acqua dolce classica, e questo è uno dei motivi per il quale questi metodi sono più numerosi nei paesi più sviluppati e che paradossalmente hanno meno problemi di carenza di acqua.

Anche in questo caso nella legge delle tre E, Economia Energia e Ecologia, vincono le prime due, e ancora una volta la tecnologia non può essere sfruttata nella sua totalità per questioni politiche e economiche (Apr.2011).

Sofia Mangani