CCC/283

Anne M. Carpenter

Febbraio 2018

La domanda globale di energia e di acqua sta aumentando in conseguenza della crescita della popolazione e dell’economia mondiale, e di uno standard di vita più alto. Di contro l’acqua sta diventando un bene che scarseggia in molte parti del mondo a causa dell’eccessivo sfruttamento, della siccità, delle ondate di calore oltrechè di altri fattori. Si stima che il 20% delle falde acquifere mondiali sia già eccessivamente sfruttato e pertanto soddisfare la crescente domanda energetica con la produzione di energia termica sta portando all’esaurimento delle risorse di acqua già limitate, con ripercussioni nei settori agricolo, industriale e domestico.

I paesi, come l’India e la Cina, che stanno costruendo nuove centrali elettriche a carbone, sono obbligati ad affrontare il problema dell'acqua. A causa della sua mancanza, ogni anno vengono temporaneamente fermate diverse centrali elettriche, perdendo di conseguenza potenziali entrate economiche. La perdita di energia elettrica porta quindi anche a serie conseguenze economiche. L’aumento dei prelievi d’acqua per soddisfare la futura domanda energetica causerà l’esaurimento progressivo di questa risorsa portando in più regioni del mondo ad un futuro sempre più vincolato da essa. Inoltre, sia i cambiamenti climatici che l’inquinamento delle falde stanno aggravando la situazione attuale di scarsità delle risorse acquifere.

Nella maggior parte dei paesi la legislazione per il controllo dell’inquinamento idrico garantisce la qualità delle risorse d’acqua. Le normative impongono di limitare la quantità di sostanze inquinanti che può essere scaricata nei corpi idrici da qualsiasi fonte. Alcuni paesi hanno fissato tali limiti per il settore industriale, ma nel futuro l’obbligo verrà esteso alle centrali elettriche. Ad oggi solo pochi paesi, tra cui gli USA, grazie all’EPA “US Environmental Protection Agency”, hanno esplicitamente fissato i limiti di emissione per le centrali elettriche a carbone, ma nonostante ciò non è garantito il rispetto di tali limiti per tutti i flussi di acque reflue generati in una centrale. Ad ogni modo, le centrali elettriche o gli impianti prima di entrare in esercizio devono ottenere una licenza che comprende ulteriori restrizioni sulla quantità e la tipologia degli scarichi liquidi rispetto alle normative nazionali o statali del settore industriale e elettrico. Si prevede che i limiti di scarico in futuro possano diventare più rigidi, sulla spinta della crescente preoccupazione per gli effetti degli inquinanti sugli ecosistemi e sulla salute pubblica. Un monitoraggio rigoroso è essenziale per ottenere fiumi, laghi e corpi idrici più puliti.

Il tipo e la quantità delle acque reflue da trattare sono condizionate dalla legislazione e dai requisiti di autorizzazione dell'impianto. Gli scarichi di una centrale sono molteplici e di varia natura, cosi come mostrato nella figura seguente in riferimento ad una centrale elettrica a carbone con raffreddamento ad acqua. Le correnti variano in quantità, caratteristiche e portate, e possono essere intermittenti o continue. Inoltre, la composizione delle acqua di scarico può variare al variare del tipo di combustibile. Ulteriori correnti sono introdotte a seguito dell’obbligo di adottare sistemi di controllo per l’inquinamento dell’aria cosi come imposto dalla legislazione nuova o più restrittiva. Questo è ciò che accade in India dove sono stati introdotti nuovi limiti sulle emissioni di biossido di zolfo. Il sistema di trattamento deve essere abbastanza flessibile, per adattarsi costantemente a variazioni delle caratteristiche dei flussi in ingresso così da garantire sempre i limiti normativi allo scarico. Ogni impianto ha le sue esigenze particolari, e pertanto la scelta del sistema di trattamento delle acque reflue è specifica del sito. Le acque di scarico con composizione simile vengono miscelate prima del trattamento, mentre altre, come le acque reflue di desolforazione dei gas esausti, vengono di solito trattate separatamente.

[caption id="attachment_8421" align="alignnone" width="448"] Principali correnti di scarico generate in una centrale elettrica.[/caption]

Sono disponibili molte tecnologie di trattamento degli scarichi, e ciascuna ha propri vantaggi e svantaggi. Il trattamento comporta diversi passaggi sequenziali, che possono includere processi fisici, chimici, fisico-chimici e biologici. I trattamenti fisici sono usati per rimuovere i solidi in sospensione mediante screening, sedimentazione e/o filtrazione. I trattamenti chimici possono includere il controllo pH, e la precipitazione per rimuovere i solidi disciolti. I processi biologici invece usano batteri per degradare le sostanze organiche disciolte.

I limiti di discarica sono spesso fissati sulla base delle prestazioni delle migliori tecniche disponibili (BAT). Ad esempio, i limiti delle acque di scarico per la desolforazione dei gas di scarico (FGD) riportati nel “2015 US Effluent Limitations Guidelines” (attualmente sotto revisione) si riferiscono a una tecnologia di trattamento per precipitazione chimica seguita dal trattamento biologico per centrali elettriche esistenti, mentre per evaporazione per nuove centrali elettriche a carbone.

Non sempre la migliore "BAT" disponibile consente a una centrale elettrica di soddisfare i limiti di discarica.  Ad esempio, un test pilota effettuato su una centrale elettrica americana a carbone sub-bituminoso non è stato in grado di soddisfare i limiti di discarica del selenio per le acque reflue di desolforazione FGD usando sistemi di trattamento fisico/chimici e biologici. Ci sono numerose incognite nel trattamento delle acque di scarico FGD, a causa della complessità della tecnologia e della variabilità delle condizioni.

Le politiche idriche di alcuni paesi stanno costringendo le centrali elettriche a trattare tutti i flussi di acque reflue per avvicinarsi al modello “a scarico zero” (Zero Liquid Discharge); questo aiuterà la conservazione della acque di falda. Un sistema di gestione delle acque basato sul riciclo e il riutilizzo, cosi come implementato già in Cina su una nuova centrale elettrica a carbone ZLD; offre risparmi significativi con riduzioni dei costi di scarico.

Inoltre la tipologia di impianto ZLD consentirà una riduzione del consumo di acqua fresca e eliminerà la necessità di rispettare i limiti di scarico regolamentati, oltre che i costosi requisiti di monitoraggio e misurazione associati. Tuttavia, un impianto ZLD può risultare difficile da implementare nel caso di sistemi complessi. Alcune tecnologie di trattamento dell’acqua di un impianto ZLD, come i concentratori di salamoia, possono avere un consumo energetico relativamente alto e alti costi capitali e operativi. L’utilizzo a monte di sistemi basati su membrana riduce la quantità di acque di scarico trattate nei concentratori di salamoia; altre tecniche, basate sull’ evaporazione, consentono di ridurre il consumo di energia e i costi operativi legati alla tecnologia a concentrazione. La vendita dei solidi salini risultanti, se di valore commerciale, fa diminuire ulteriormente i costi operativi, come già accade nella centrale elettrica ZLD Changxing in Cina.

L’impianto ZLD rappresenta pertanto un approccio innovativo per il trattamento degli scarichi in un impianto elettrico a carbone e offre l’opportunità agli operatori di gestire l’acqua in modo più sostenibile.FDessì