Iniziamo col definire cos'è il concentrato di osmosi inversa? In parole semplici, si riferisce all'acqua che non ha attraversato la membrana ed è stata "intercettata" durante la filtrazione con un'apparecchiatura a osmosi inversa. Quest'acqua non è pulita, ma contiene sale, materia organica, metalli pesanti e altre sostanze in concentrazioni molte volte superiori a quelle dell'acqua originale. Se viene scaricata direttamente, sia nel fiume che nel sottosuolo, causerà inquinamento, e la protezione ambientale non sarà d'accordo. Quindi, il trattamento di quest'acqua concentrata da osmosi inversa è un problema da risolvere. Oggi, parliamo con tutti di quali metodi affidabili sono disponibili per trattare l'acqua concentrata.
Innanzitutto, quando si tratta di concentrato di osmosi inversa, non si tratta solo di trovare una soluzione. È necessario prima esaminare le condizioni del concentrato stesso. Ad esempio, qual è l'alto contenuto di sale al suo interno? Ci sono inquinanti particolarmente difficili da gestire? Inoltre, dopo il trattamento, come si vuole utilizzare l'acqua? Si vuole continuare a usarla per il riciclo, o semplicemente scaricarla direttamente per soddisfare gli standard di emissione? Ci sono differenze significative nei metodi di trattamento scelti per esigenze diverse.
Parliamo prima del trattamento di "riduzione" comunemente usato, che significa ridurre la quantità di acqua concentrata per risparmiare fatica nella successiva lavorazione. Il metodo più comune è la "riconcentrazione dell'acqua concentrata da osmosi inversa", che significa semplicemente inviare l'acqua concentrata dalla prima osmosi inversa a un nuovo set di apparecchiature a osmosi inversa e filtrarla di nuovo. In questo modo, ci sarà un'ulteriore quantità di acqua pulita, e l'acqua concentrata rimanente avrà una concentrazione più alta, ma la quantità sarà molto minore. Tuttavia, c'è un problema qui. Quando la concentrazione di acqua concentrata è alta, il sale all'interno tende a cristallizzarsi e ad attaccarsi alla membrana a osmosi inversa. Con il tempo, la membrana diventerà inutile. Quindi, in genere, è necessario aggiungere un pretrattamento in anticipo, come l'aggiunta di inibitori di incrostazione per prevenire la formazione di incrostazioni saline, e la membrana deve essere pulita regolarmente per garantire che l'apparecchiatura possa funzionare normalmente.
C'è anche un metodo di riduzione chiamato "concentrazione per evaporazione", che, come suggerisce il nome, si basa sul riscaldamento per far evaporare l'acqua nell'acqua concentrata, lasciando dietro di sé una salamoia ancora più forte o residui solidi. Questo metodo è adatto per la gestione di acqua concentrata con un contenuto di sale particolarmente elevato. Non importa quanto sale ci sia, può essere concentrato in una quantità molto piccola. Ma ha anche i suoi svantaggi, consuma troppa energia! Il riscaldamento richiede una grande quantità di elettricità o vapore, e il costo non è basso. E durante l'evaporazione, alcune sostanze organiche nell'acqua concentrata possono decomporsi, producendo gas nocivi che devono essere trattati, altrimenti causeranno inquinamento atmosferico. Esistono anche tecnologie di evaporazione migliorate ora, come l'evaporazione a effetto multiplo e la ricompressione meccanica del vapore (MVR), che possono far risparmiare molta energia rispetto ai metodi di evaporazione tradizionali. Tuttavia, l'investimento in attrezzature è relativamente grande e deve essere valutato in base alla situazione reale.
Dopo la riduzione, la quantità di acqua concentrata è ridotta, ma gli inquinanti all'interno sono ancora presenti. Il passo successivo è il trattamento "innocuo", ovvero la rimozione degli inquinanti o la loro trasformazione in sostanze innocue. Il metodo più comunemente usato è la "tecnologia di ossidazione avanzata", che viene utilizzata principalmente per trattare la materia organica nell'acqua concentrata. Il suo principio è quello di generare qualcosa chiamato "radicali idrossilici", che sono particolarmente attivi e possono decomporre la materia organica in anidride carbonica e acqua, o in molecole più piccole che sono più facili da gestire. Le tecnologie di ossidazione avanzata comuni includono l'ossidazione con ozono, l'ossidazione di Fenton, l'ossidazione fotocatalitica e così via. Ad esempio, l'ossidazione di Fenton prevede l'aggiunta di solfato ferroso e perossido di idrogeno all'acqua concentrata per produrre radicali idrossilici in condizioni acide, che sono particolarmente efficaci nel trattare composti organici difficili da degradare. Tuttavia, quando si utilizza questo metodo, è necessario controllare il dosaggio dei prodotti chimici e le condizioni di reazione, altrimenti il trattamento non sarà completo, o i prodotti chimici saranno sprecati, e si genererà anche fango. Il successivo trattamento dei fanghi è un'altra questione.
Se la concentrazione di metalli pesanti nell'acqua concentrata è alta, allora il "metodo di precipitazione chimica" è utile. Consiste nell'aggiungere agenti chimici come calce, idrossido di sodio e solfuro di sodio all'acqua concentrata, consentendo agli agenti di reagire con gli ioni dei metalli pesanti per formare precipitati insolubili. Quindi, i precipitati possono essere separati per precipitazione e filtrazione, riducendo la quantità di metalli pesanti nell'acqua. Ad esempio, quando si tratta di acqua concentrata contenente cromo, l'aggiunta di solfuro di sodio può generare un precipitato di solfuro di cromo, e quando si tratta di acqua concentrata contenente piombo, l'aggiunta di calce può generare un precipitato di idrossido di piombo. Tuttavia, questo metodo genererà molto fango, che contiene metalli pesanti ed è classificato come rifiuto pericoloso. Deve essere consegnato a unità qualificate per il trattamento e non può essere gettato via casualmente, altrimenti causerà ancora inquinamento secondario.
C'è un altro metodo per il trattamento dei metalli pesanti chiamato "metodo di adsorbimento", che utilizza materiali con capacità di adsorbimento, come carbone attivo, zeolite, resina a scambio ionico, nanomateriali, ecc., per "assorbire" gli ioni dei metalli pesanti dall'acqua concentrata sulla superficie del materiale, raggiungendo così l'obiettivo della rimozione. Ad esempio, il carbone attivo ha un'area superficiale particolarmente ampia e una forte capacità di adsorbimento. Oltre ad assorbire i metalli pesanti, può anche assorbire alcune sostanze organiche. La resina a scambio ionico è più precisa, in grado di assorbire selettivamente alcuni ioni di metalli pesanti, e può essere rigenerata e riutilizzata dopo la saturazione, rendendola più economica. Tuttavia, i materiali adsorbenti hanno una certa capacità di adsorbimento. Una volta completamente assorbiti, sono inutili e devono essere sostituiti o rigenerati regolarmente. Se la concentrazione di metalli pesanti nell'acqua concentrata è troppo alta, il materiale adsorbente si saturerà rapidamente e il costo di lavorazione aumenterà.
Oltre alla riduzione e all'innocuità, ora sosteniamo l'"utilizzo delle risorse", che significa estrarre sostanze utili dall'acqua concentrata e trasformare i rifiuti in tesori. Ad esempio, non c'è molto sale nell'acqua concentrata? Il sale può essere estratto utilizzando metodi di separazione a membrana o di cristallizzazione evaporativa per produrre sale industriale. Ad esempio, utilizzando il metodo di cristallizzazione evaporativa, l'acqua concentrata viene riscaldata ed evaporata per cristallizzare il sale, e poi purificata per ottenere cloruro di sodio e cloruro di potassio di grado industriale, che possono essere utilizzati in settori come quello chimico e dei materiali da costruzione. Tuttavia, quando si estrae il sale, è necessario assicurarsi che non ci siano sostanze tossiche o nocive nell'acqua concentrata, altrimenti il sale estratto non può essere utilizzato. Inoltre, il processo di purificazione richiede anche tecnologia per rimuovere le impurità dal sale, il cui costo non è basso. Tuttavia, a lungo termine, può risolvere i problemi di inquinamento e recuperare le risorse, rendendolo molto conveniente.
Inoltre, l'acqua trattata può essere riciclata se soddisfa gli standard corrispondenti. Ad esempio, l'acqua trattata può essere utilizzata per innaffiare le piante, piantare erba, spruzzare le superfici stradali o come acqua supplementare per l'acqua di circolazione industriale, come l'acqua di raffreddamento per gli impianti siderurgici e le centrali elettriche. In questo modo, non solo si riduce la quantità di acqua dolce utilizzata, ma si riduce anche la quantità di acque reflue scaricate, facendo due colpi con una fava. Tuttavia, prima del riutilizzo, la qualità dell'acqua deve essere testata in base all'uso previsto per garantire la conformità ai requisiti. Ad esempio, quando viene utilizzata come acqua di raffreddamento, la durezza e la concentrazione di ioni cloruro dell'acqua devono essere controllate per prevenire la corrosione o la formazione di incrostazioni delle apparecchiature.
Infine, per riassumere con tutti, non esiste una soluzione unica per il trattamento dell'acqua concentrata da osmosi inversa. È necessario combinare diverse tecnologie di trattamento in base alla qualità dell'acqua, alla quantità, agli obiettivi di trattamento e al budget di costo dell'acqua concentrata, noto come "processo combinato". Ad esempio, prima pretrattare per rimuovere alcune impurità, quindi utilizzare l'osmosi inversa per concentrare e ridurre, quindi utilizzare la tecnologia di ossidazione avanzata per rimuovere la materia organica, utilizzare la precipitazione chimica per rimuovere i metalli pesanti e infine riciclare l'acqua trattata per estrarre il sale per l'utilizzo delle risorse. E nel processo di gestione, si dovrebbe anche prestare attenzione al risparmio energetico e alla riduzione dei consumi, riducendo l'inquinamento secondario, in modo da essere sia rispettosi dell'ambiente che economici.
Oggigiorno, i requisiti di protezione ambientale stanno diventando sempre più severi, e il trattamento dell'acqua concentrata da osmosi inversa sta ricevendo sempre più attenzione. Crediamo che in futuro emergeranno tecnologie di trattamento più efficienti ed economiche, consentendo all'acqua concentrata di diventare veramente una "risorsa" da "acqua di scarico".
