Un modello per il trattamento ZLD dello spurgo delle torri di raffreddamento, anche quelle più grandi

Le preziose riserve d'acqua vengono facilmente contaminate dall'acqua salata, ma la rimozione del sale no. Come mostrato nella Figura 1, il sale proviene da diverse fonti. Comprendere la sorgente in uno spartiacque pone le basi per la gestione della salinità. Spesso esistono migliori pratiche di gestione che possono ridurre il carico di sale, quindi è possibile ridurre l’intensità del trattamento.

1. Carico del sale nel bacino idrografico. Per gentile concessione: Garver USA

Le torri di raffreddamento delle centrali elettriche (CT) sono talvolta uno dei principali contributori di sale ai bacini idrografici derivanti dallo spurgo del CT. Molti sistemi di raffreddamento industriali e commerciali utilizzano CT evaporativi, soprattutto nelle regioni aride dove il raffreddamento evaporativo ha la massima efficienza di raffreddamento e l’approvvigionamento idrico è scarso. Secondo il Central Arizona Salinity Study, le indagini condotte dal Dipartimento di Conservazione dell’Acqua della Città di Phoenix indicano che i produttori utilizzano tra il 25% e il 50% del loro consumo totale di acqua per il raffreddamento.

Le torri di raffreddamento vengono generalmente azionate tra tre e quattro cicli di concentrazione (COC), ovvero quante volte l'acqua può essere riciclata prima di causare problemi operativi con le incrostazioni. Pertanto, la concentrazione totale di solidi disciolti (TDS) che entrano nella rete fognaria dallo scarico è da tre a quattro volte superiore al livello di salinità dell'acqua di fonte.

Vedendo quanto sia critica la gestione dello spurgo CT per la salute dei bacini idrografici, soprattutto nell’era del riutilizzo potabile indiretto e diretto, Garver ha visto questa come un’opportunità di ricerca perfetta. Nel 2019, l'ufficio di Garver a Denver ha proposto di ricercare un treno di processo innovativo per recuperare lo scarico salino dai CT commerciali e industriali nell'ambito del finanziamento per la ricerca sulla desalinizzazione Pitch-to-Pilot (P2P) del Bureau of Reclamation (BOR) degli Stati Uniti.

Garver è stato uno dei sette team a cui è stata assegnata parte della sovvenzione P2P da 1,5 milioni di dollari nel novembre 2019, finalizzata alla ricerca di tecnologie di desalinizzazione dirompenti che consumassero meno energia di quella offerta sul mercato in quel momento. Garver ha collaborato con diverse entità che hanno svolto un ruolo significativo nel successo del progetto, come il Red Rocks Community College (RRCC), il Dr. Mike Mickley e altri partner del settore. Collettivamente, questi partner hanno donato più di 480.000 dollari in attrezzature, strumentazione e manodopera per questo progetto di ricerca da 200.000 dollari.

Il test pilota si è concluso alla fine di novembre 2021 e una bozza di rapporto è stata trasmessa al BOR nel giugno 2022. Attualmente, il rapporto è ancora in stato di revisione; tuttavia, il trailer P2P funziona nell'analisi della modalità di guasto (FMA) ormai da più di un anno e mezzo. I risultati della FMA saranno presentati alla fine di questo articolo.

Garver ha proposto di ricercare un processo di trattamento del concentrato di elettrocoagulazione (EC), chiarificazione (CLAR), microfiltrazione (MF), osmosi inversa (RO) da 1,5 galloni al minuto con elettrodistillazione sotto vuoto (VAED) per recuperare lo scarico salino CT in una configurazione a scarico di liquido zero (ZLD), impedendo alle acque reflue ad alta salinità di entrare nel capannone fognario. La Figura 2 mostra uno schema del flusso di processo del treno di trattamento e come è stato integrato nel sistema CT esistente.

2. Diagramma di flusso del processo di Garver per il sistema testato al Red Rocks Community College (RRCC) a Lakewood, Colorado. Nota: NaOCl = ipoclorito di sodio, EC = elettrocoagulazione, CLAR = chiarificazione, MF = microfiltrazione, RO = osmosi inversa, VAED = elettrodistillazione sotto vuoto, O/F = troppopieno, M = contatore, WWTP = acque reflue impianto di trattamento, UF = ultrafiltrazione e TDS = solidi totali disciolti. Per gentile concessione: Garver USA

La qualità dell'acqua del permeato e del distillato trattati è stata analizzata per determinare se potesse essere riutilizzato per l'acqua di diluizione del trucco CT per bilanciare la chimica dell'acqua. Il liquame salino proveniente dal sistema VAED è stato valutato per verificare se fosse sufficientemente puro da poter essere utilizzato come materia prima per la generazione in loco di ipoclorito di sodio da utilizzare nel CT e promuovere un'economia circolare.

L'obiettivo di questo progetto era dimostrare che un sistema di trattamento concentrato EC/CLAR/MF/RO con VAED potrebbe essere efficace nel trattamento dello scarico CT commerciale ad alto TDS dal sistema di raffreddamento evaporativo da 600 tonnellate situato presso l'edificio principale del campus RRCC a Lakewood, Colorado. L'RRCC CT funzionava a tre o quattro cicli di concentrazione.