Trattamento delle spurgo di desolforazione nelle centrali termoelettriche

Sezioni

1. Le spurgo delle centrali termiche
2. Inquinanti presenti nelle spurgo di desolforazione
3. Trattamento degli scarichi di desolforazione
4. Conclusioni

Le spurgo delle centrali termiche

Le centrali termiche generano elettricità a partire dalla combustione di combustibili fossili come carbone, petrolio e gas naturale. Sono una delle principali fonti di energia, ma anche una delle più inquinanti.

L’impatto ambientale generato dalle centrali termiche si manifesta in diversi modi.

• L’aumento delle concentrazioni di CO₂, uno dei principali gas serra, induce il cambiamento climatico, provocando fenomeni climatici estremi.
• Gli inquinanti atmosferici come SO₂ e NOx possono causare la formazione di pioggia acida, che danneggia i suoli, l’acqua e la vegetazione, compromettendo la salute degli ecosistemi e della biodiversità che ne dipende.

Per rispettare i limiti di emissione di zolfo stabiliti dalla normativa ambientale, le centrali termiche utilizzano un processo chiamato desolforazione.

I gas derivanti dalla combustione del carbone nella caldaia, dopo essere passati attraverso elettrofiltro, vengono spinti da ventilatori verso un riscaldatore gas-gas dove la loro temperatura viene aumentata.

Una volta raggiunta la temperatura richiesta, vengono introdotti in uno *scrubber*, dove la sospensione di calce reagisce con SO₂ e utilizza l’O₂ dell’aria per favorire l’ossidazione a CaSO₄, secondo la reazione:

CaCO₃ + SO₂ + 2 H₂O + ½ O₂ → CaSO₄ + 2 H₂O + CO₂

I gas risultanti vengono inviati a un camino per evitare condensazioni e vengono evacuati all’esterno a una temperatura superiore al punto di precipitazione dello zolfo. Grazie a questo processo di desolforazione, il SO₂ si riduce del 95%.

Come risultato del processo, sul fondo dell’assorbitore rimane una sospensione di gesso che, una volta essiccata, viene trasportata a un gestore di rifiuti. In alternativa, si sta valutando la possibilità di utilizzare questo residuo in alcune applicazioni, come rimedi per il suolo.

La maggior parte dell’acqua di filtrazione viene riutilizzata nello stesso processo e solo una piccola parte (spurgo) viene inviata all’impianto di trattamento degli effluenti.

Il trattamento degli spurghi provenienti dallo *scrubber* consiste principalmente in un processo fisico-chimico seguito da un evaporatore a vuoto, in cui si tratta l’acqua salmastra. Dopo l’evaporazione, si ottiene acqua distillata di alta qualità che viene riciclata all’assorbitore, mentre il concentrato rappresenta meno del 5-10% in volume dell’acqua trattata. In questo processo si può ottenere un SCARICO ZERO.

Inquinanti presenti nelle spurgo di desolforazione

Le spurgo di desolforazione delle centrali termiche contengono vari inquinanti che devono essere trattati adeguatamente per evitare danni ambientali:

• Diossido di zolfo (SO₂). È il principale inquinante eliminato nel processo di desolforazione.
• Ossidi di azoto (NOx). Questi composti si generano anch’essi durante la combustione e devono essere controllati.
• Particelle sospese. Includono ceneri e polveri generate durante la combustione.
• Composti organici volatili (COV). Possono essere presenti in piccole quantità e devono essere eliminati.
• Metalli pesanti. Come mercurio e piombo, che possono essere presenti nei gas di combustione.

La seguente analisi può essere considerata tipica di uno spurgo di desolforazione di una centrale termica:

Parametro	Unità	Concentrazione
pH	–	4-7
Soli in sospensione	mg/l	10.000
SO4=-2	mg/l	15.100
SO3 -2	mg/l	200
F-	mg/l	50
P	mg/l	5.100
NH4+	mg/l	406
NO3-	mg/l	100
NO2-	mg/l	100
Al+3	mg/l	10
Cd+2	mg/l	4
Cr+6	mg/l	30
Cu+	mg/l	20
Fe+3	mg/l	1
Pb+2	mg/l	100
Hg +	mg/l	0,9
Ni+3	mg/l	30
Zn+2	mg/l	20
Cl-	mg/l	5.000
Mg+2	mg/l	3.700
P	mg/l	500
Oli e grassi	mg/l	1
DBO5	mg O2/l	800
TOC	mg O2/l	270
Temp. massima	ºC	47

I solidi sospesi sono composti per l’89% da CaSO₄·2 H₂O + 2% di CaCO₃ + 9% restante di CaF₂ e altri). Come si può osservare, l’effluente ha un elevato contenuto di SS, SO₄^-2, NH₃ e diversi metalli, tra cui spiccano per il loro potenziale tossico: Cd⁺², Pb⁺², Cr⁺⁶ e Hg⁺¹. Inoltre, in questo caso si nota una concentrazione elevata di NH₃.

Trattamenti degli scarichi di desolforazione

Il trattamento delle acque reflue prodotte dagli spurghi di desolforazione nelle centrali termiche è un processo complesso che implica diverse fasi per eliminare i vari inquinanti e rispettare le normative ambientali.

Il design dell’impianto di trattamento può variare in base a diversi fattori, ma queste sono le tecnologie più comunemente impiegate:

• Trattamento Fisico-Chimico: Questo è il primo passo e consiste nell’eliminazione di solidi sospesi e altri inquinanti inorganici mediante processi come sedimentazione e coagulazione-flocculazione.
• Reattore Biologico (quando la tossicità lo permette): In questa fase si utilizzano microrganismi per decomporre la materia organica disciolta nell’acqua. Questo metodo è efficace per ridurre composti come azoto e fosforo.
• Trattamento Avanzato: Conosciuto anche come trattamento terziario, questa fase si concentra sull’eliminazione degli inquinanti residui non rimossi nelle fasi precedenti. Può includere processi come filtrazione a membrana, adsorbimento e ossidazione avanzata.
• Evaporazione a Vuoto: Questo metodo viene utilizzato per separare l’acqua dagli inquinanti mediante evaporazione, ottenendo un condensato di alta qualità che può essere riciclato, ad esempio, nel processo di desolforazione stesso.
• Trattamento dei Metalli Pesanti: In questa fase si eliminano metalli pesanti come mercurio e piombo mediante tecniche come precipitazione chimica e adsorbimento.

Ognuno di questi metodi ha vantaggi e svantaggi, e la scelta del trattamento adeguato dipende dalle caratteristiche specifiche delle acque reflue e dagli obiettivi di trattamento.

A titolo di esempio, vediamo quale trattamento sarebbe il più adatto per depurare uno spurgo di desolforazione con un’analisi come quella mostrata nella tabella precedente.

La linea di trattamento si comporrebbe fondamentalmente di:

• Separazione dei solidi. Gli spurghi contengono solidi di dimensioni considerevoli che devono essere separati prima del processo di depurazione; per questo si utilizzano comunemente setacci e griglie con luce di filtrazione adeguata (circa 1 – 3 mm). I solidi vengono estratti automaticamente mediante un raschiatore superficiale disposto sul setaccio.
• Serbatoio di omogeneizzazione e ossidazione. All’interno si mescola e omogeneizza l’effluente con mezzi meccanici e l’apporto di aria proveniente da soffianti. In questo modo si ossida SO₃²⁻ a SO₄²⁻ e NO₂⁻ a NO₃⁻ e si facilita anche l’ossidazione dei materiali organici e inorganici sensibili.
• Sedimentazione dei precipitati. Dal serbatoio di omogeneizzazione si passa per gravità a un decantatore – ispessitore annesso, dal quale escono un chiarificato da una parte e i solidi sospesi (per lo più CaSO₄) che sedimentano dall’altra. I solidi separati vengono sottoposti a disidratazione per essere inviati a una discarica di rifiuti.
• Trattamento fisico-chimico. Questo è un processo complesso che si realizza in diverse fasi al fine di separare i solidi sospesi rimanenti, così come i metalli contaminanti.
• Evaporazione a vuoto. Il passo successivo è separare i sali solubili (Cl⁻, NO₃⁻, SO₄²⁻, ecc.) e le tracce di metalli (Cr, Pb, ecc.) che possono essere rimasti nell’effluente, per cui tale effluente viene inviato a un evaporatore a vuoto in cui si ottengono un concentrato di sali e metalli e un condensato privo di contaminanti.

L’evaporazione a vuoto si basa sulla riduzione della pressione per abbassare il punto di ebollizione dell’acqua. Questo permette all’acqua di evaporare a temperature più basse, separandosi dagli inquinanti nel concentrato.

L’evaporazione a vuoto è un processo efficiente per ottenere acqua di alta qualità e ridurre la quantità di rifiuti.

Vantaggi

• Efficienza Energetica: Questo processo richiede meno energia rispetto ad altri metodi grazie alle basse temperature di esercizio (nel nostro caso, gli spurghi di desolforazione sono solitamente caldi, circa 45ºC).
• Qualità dell’Acqua: Si produce un condensato di alta qualità che può essere riutilizzato nel processo di desolforazione.
• Riduzione dei Rifiuti: Minimizza la quantità di rifiuti solidi e permette una gestione più efficiente degli inquinanti.

Considerazioni

• Corrosione: I materiali del sistema devono essere resistenti alla corrosione a causa della natura chimica degli spurghi.
• Incrostazioni: La formazione di incrostazioni deve essere controllata per mantenere l’efficienza del processo.
• Eliminazione dell’eccesso di NH₃: È comune che gli scarichi provenienti da processi di desolforazione presentino alte concentrazioni di ammoniaca (NH₃). Per la sua eliminazione si ricorre abitualmente all’installazione di torri di stripping, che operano mediante l’apporto di aria. Quest’aria supera la pressione parziale dell’ammoniaca, facilitandone il trasferimento dalla fase liquida a quella gassosa, dove successivamente si diluisce nel flusso d’aria in uscita.

Conclusioni

Le centrali termiche emettono una grande varietà di inquinanti contenuti nei gas prodotti dalla combustione, come anidride carbonica (CO₂), ossidi di azoto (NOx), diossido di zolfo (SO₂) e particelle sospese.

Per il trattamento dei gas si utilizzano sistemi di separazione mediante *scrubber* in cui viene assorbita una parte importante degli inquinanti. Lo spurgo di questo circuito deve essere trattato in un impianto adeguato poiché contiene alte concentrazioni di inquinanti.

Il processo più comune per il trattamento degli spurghi di desolforazione si compone di:

• Pretrattamento: Separazione dei solidi
• Omogeneizzazione e ossidazione: Gli scarichi vengono miscelati in un serbatoio e i composti inquinanti vengono ossidati con aria.
• Chiarificazione: Mediante un chiarificatore – ispessitore.
• Trattamento fisico-chimico: Composto da varie fasi in base agli inquinanti presenti (SS, metalli, ecc.).
• Evaporazione a vuoto: L’effluente privo di solidi sospesi e metalli, contiene un’elevata salinità, che può essere trattata in un evaporatore a vuoto. L’evaporazione a vuoto permette di ottenere un condensato di alta qualità e un residuo concentrato, con un costo energetico e un impatto ambientale ridotti. Il condensato ottenuto avrà qualità sufficiente per poter essere utilizzato in diversi processi e servizi, ammortizzando il costo di investimento in poco tempo.
• Trattamento dei fanghi: Sia i fanghi ottenuti mediante disidratazione meccanica, come le presse a filtro, sia quelli dell’evaporatore, devono essere destinati a discariche speciali a causa della loro natura tossica.
• Quando la concentrazione di NH₃ è elevata, l’eccesso deve essere eliminato. Il sistema più economico e semplice sarebbe una torre di stripping, dotata di un riempimento a anelli, attraverso la quale si fa passare una corrente d’aria in controcorrente con la circolazione del liquido.

Bibliografia e consultazioni:

https://ecologiadigital.bio/ – Emissioni inquinanti delle centrali termiche e il loro impatto ambientale