I cristallizzatori sono una delle principali tecnologie per ottenere un scarico zero in un processo di trattamento degli effluenti industriali. Ciò significa che il processo di trattamento o depurazione non produce alcuno scarico liquido e normalmente si ottiene un’acqua di buona qualità che può essere riutilizzata nei processi di fabbrica, oltre a un residuo solido che di solito è valorizzabile per la sua commercializzazione interna/esterna o come combustibile. Quando non può essere riutilizzato per mancanza di valore, può essere conferito a depositi controllati.
Alcuni dei processi che incidono in modo particolare per ottenere lo scarico zero sono la cristallizzazione, l’essiccazione termica e la stabilizzazione dei liquidi.
Per raggiungere questi risultati normalmente è necessaria una fase preliminare di concentrazione mediante apparecchiature di evaporazione sotto vuoto ad alta efficienza energetica, per ottenere effluenti concentrati, che saranno successivamente minimizzati con una delle tecniche menzionate.
Cristallizzatori
La cristallizzazione è un’operazione di separazione in cui si produce il trasferimento di un soluto dalla fase liquida a una fase solida cristallina, variando la temperatura o la composizione della soluzione.
Il processo industriale di cristallizzazione si basa fondamentalmente sull’ottenere temporaneamente la soluzione sovrasatura rispetto all’equilibrio, questa è la vera forza motrice del processo. La sovrasaturazione può essere raggiunta mediante la riconcentrazione del soluto per evaporazione del solvente, il raffreddamento della soluzione o l’azione di un altro prodotto chimico che viene aggiunto alla soluzione per diminuire la solubilità del soluto originale, o anche una combinazione di questi tre processi.
Nel processo di cristallizzazione esistono una serie di fattori, diversi dalla sovrasaturazione, che determinano la cinetica di formazione dei cristalli e, quindi, la loro dimensione. Questi fattori sono la temperatura, l’agitazione e il tempo; agendo su di essi è possibile ottenere cristalli molto fini o grossolani.
I cristallizzatori per evaporazione lavorano sotto vuoto, così l’acqua evapora a temperature molto più basse (35-80ºC). L’acqua si condensa e può essere utilizzata come acqua distillata.
La particolare configurazione del recipiente di evaporazione con un sistema di riscaldamento a camicia, attraverso cui circola il fluido di riscaldamento (vapore, acqua calda, fluido termico) permette di raggiungere elevate concentrazioni nella camera con presenza di solidi senza che ciò rappresenti alcun problema per il processo.
All’uscita del cristallizzatore è generalmente necessario un sistema finale di disidratazione dei sali, i più efficienti sono:
- Centrifuga: Questa apparecchiatura permette di disidratare per lotti grandi quantità di cristalli di ogni tipo di sali.
- Filtro disidratatore: Si scarica il lotto di liquido madre e sali su un tappeto che drena il liquido che ritorna alla testa dell’evapo-cristallizzatore, mentre i sali rimangono trattenuti e separati da uno raschiatore alla fine del percorso, che li scarica su un contenitore.
- Contenitore di drenaggio: Segue lo stesso procedimento del precedente ma le sue maggiori dimensioni permettono di trattare quantità maggiori di sali cristallizzati.
- Tamburo rotante: con camicia di raffreddamento del cilindro esterno e uno raschiatore che estrae i cristalli che si depositano sulla superficie interna. Il liquido da cristallizzare proviene da una fase di concentrazione per evaporazione e quindi è caldo. Il fluido di raffreddamento può essere acqua di un circuito di refrigerazione con torre evaporativa o fluido refrigerante mantenuto a temperatura molto bassa con apparecchiature di freddo industriale.
- Reattore decantatore: un processo che utilizza l’evaporazione preliminare per concentrare il soluto, ma nella zona di equilibrio, mediante la dosificazione di un prodotto chimico specificamente studiato per ogni caso, può essere un altro sale, un altro solvente, un polimero, ecc., si produce uno squilibrio nella soluzione originale che conduce alla precipitazione di cristalli che sono estratti dal serbatoio di reazione tramite un dispositivo progettato a tale scopo. Questo processo permette la cristallizzazione frazionata e l’ottenimento separato di diversi cristalli di sostanze ad alto valore aggiunto.
I processi di evaporazione sotto vuoto e di cristallizzazione devono essere studiati specificamente per ogni caso. Condorchem Envitech dispone di una lunga esperienza nella progettazione, fabbricazione e installazione di queste apparecchiature per una grande varietà di processi industriali differenti.
Essiccazione termica (spray drying)
L’essiccazione termica consiste nel polverizzare una soluzione ricca di solidi disciolti, mai in sospensione, in una camera che viene mantenuta calda per azione dei gas di combustione di un bruciatore o di aria calda (180 a 400 ºC). Al contatto con la temperatura il solvente evapora istantaneamente e il solido precipita sul fondo della camera. Un sistema venturi permette di estrarre il solido essiccato e lo separa dal vapore acqueo e dai gas di combustione freddi (circa 100ºC) che vengono emessi all’esterno. Un processo di filtraggio/lavaggio di questi gas garantisce i limiti di emissione nell’atmosfera.
Poiché è un processo che consuma molta energia (kW/litro evaporato) è preferibile utilizzarlo dopo un processo di evaporazione per riconcentrare il soluto e diminuire il volume d’acqua da evaporare. Il solido ottenuto può essere riutilizzato quando possibile o conferito a deposito controllato.
Stabilizzazione / inertizzazione
La stabilizzazione dei liquidi è molto raccomandata quando la gestione del residuo liquido è molto costosa o impossibile e quando la cristallizzazione o l’essiccazione termica non possono essere applicate per questioni tecniche o di investimento.
Consiste nella miscelazione del residuo liquido o pastoso, precedentemente concentrato tramite evaporatore, con un materiale inerte a basso costo. Normalmente si impiegano per questo scopo argille, calce viva, calce spenta, cemento, ecc., anche se vengono spesso utilizzati alcuni polimeri disidratanti come bentonite, sepiolite, ecc. In alcuni casi può essere utilizzato un altro residuo solido (ad esempio: fanghi di depurazione, ceneri, scorie, ecc.).
Il processo di miscelazione si effettua a lotti o in continuo in un’apparecchiatura denominata BLENDER, che consiste in un tamburo dove arrivano separatamente l’alimentazione del liquido o pasta e il prodotto solido stabilizzante, si mescolano fino a formare una massa omogenea e si scaricano dalla bocca frontale verso un contenitore.
La miscela si cementa in poche ore e col passare del tempo perde praticamente tutta l’umidità, rimanendo solidificata e inerte. Questo prodotto può essere portato in discarica senza ulteriori problemi poiché non si dissolverà mai più.
La quantità di prodotto cementante stabilizzante per litro di liquido o pasta dipenderà dal tipo di residuo ma normalmente è compresa tra 0,8 e 2 litri di cementante per litro di residuo liquido o pasta. Nel trattamento degli scarichi liquidi industriali si aspira a raggiungere il cosiddetto scarico zero, ciò significa che il processo di trattamento o depurazione non produce alcuno scarico liquido e normalmente si ottiene un’acqua di buona qualità che può essere riutilizzata nei processi di fabbrica, oltre a un residuo solido che di solito è valorizzabile per la sua commercializzazione interna/esterna o come combustibile. Quando non può essere riutilizzato per mancanza di valore può essere conferito a depositi controllati.