Poiché le risorse di acqua dolce diventano sempre più scarse in tutto il mondo, la desalinizzazione è emersa come una soluzione fondamentale per la sicurezza idrica. Tra le tecnologie disponibili, l'osmosi inversa (OI) e la desalinizzazione termica sono diventate i due approcci dominanti, ciascuno con vantaggi e applicazioni distinti.

L'osmosi inversa funziona forzando l'acqua di mare attraverso membrane semipermeabili ad alta pressione, consentendo alle molecole d'acqua di passare bloccando sali, minerali e altre impurità. I moderni sistemi OI come NIROBOX™ hanno migliorato significativamente l'efficienza e l'affidabilità di questa tecnologia.

Il processo di desalinizzazione prevede diverse fasi critiche:

1. Pretrattamento: L'acqua di mare subisce molteplici fasi di filtrazione per rimuovere solidi sospesi, alghe e microrganismi che potrebbero danneggiare le membrane. I sistemi avanzati incorporano filtrazione a sabbia, ultrafiltrazione e trattamento chimico per ottimizzare la qualità dell'acqua prima che raggiunga le membrane OI.

2. Pompaggio ad Alta Pressione: Pompe specializzate aumentano la pressione dell'acqua per superare la pressione osmotica naturale, richiedendo tipicamente 50-80 bar per la desalinizzazione dell'acqua di mare. I dispositivi di recupero dell'energia possono recuperare fino al 60% di questa energia dal flusso di salamoia.

3. Separazione a Membrana: Il cuore del sistema utilizza elementi a membrana avvolti a spirale che possono rimuovere il 99,7% dei sali disciolti. Le moderne membrane composite a film sottile raggiungono tassi di flusso più elevati e una durata maggiore rispetto alle precedenti versioni in acetato di cellulosa.

4. Post-Trattamento: L'acqua prodotta riceve aggiustamenti minerali, bilanciamento del pH e disinfezione per soddisfare gli standard dell'acqua potabile o requisiti industriali specifici.

5. Gestione della Salamoia: La salamoia concentrata richiede strategie di smaltimento accurate, che in genere comportano lo scarico controllato con sistemi di diffusori per ridurre al minimo l'impatto ambientale.

• I design modulari consentono una capacità scalabile da piccole comunità a grandi comuni
• Il consumo di energia è diminuito dell'80% dagli anni '70, ora con una media di 3-4 kWh/m³
• L'ingombro compatto consente l'implementazione in luoghi con spazio limitato
• Può trattare varie fonti d'acqua oltre all'acqua di mare, tra cui acqua salmastra e acque reflue

I processi termici, tra cui la distillazione a stadio multiplo (MSF) e la distillazione a effetto multiplo (MED), evaporano l'acqua di mare e condensano il vapore per produrre acqua dolce. Questi metodi rimangono prevalenti nelle regioni con accesso a energia termica a basso costo.

Distillazione a Stadio Multiplo (MSF): L'acqua di mare riscaldata scorre attraverso una serie di camere con pressioni progressivamente inferiori, causando un'evaporazione istantanea ("flash") in ogni stadio. Gli impianti MSF richiedono tipicamente 10-16 kWh/m³ di energia termica più 2,5-5 kWh/m³ di energia elettrica.

Distillazione a Effetto Multiplo (MED): Più evaporatori operano in sequenza, ciascuno utilizzando il calore latente del vapore dello stadio precedente. I sistemi MED raggiungono una migliore efficienza energetica rispetto a MSF, richiedendo 6-12 kWh/m³ di energia termica.

• Produce acqua di purezza costantemente elevata indipendentemente dalla salinità di alimentazione
• Può utilizzare il calore di scarto da centrali elettriche o processi industriali
• Meno sensibile alle variazioni della qualità dell'acqua di alimentazione rispetto ai sistemi a membrana
• Lunga storia operativa con comprovata affidabilità

La scelta tra OI e desalinizzazione termica comporta molteplici considerazioni:

Requisiti Energetici: L'OI offre generalmente un consumo energetico inferiore, soprattutto quando si utilizzano moderni dispositivi di recupero dell'energia. Gli impianti termici diventano più competitivi quando è disponibile il calore di scarto.

Qualità dell'Acqua: I metodi termici producono acqua ultrapura, mentre l'OI può richiedere un post-trattamento aggiuntivo per determinate applicazioni.

Costi di Capitale: I grandi impianti termici richiedono un investimento iniziale maggiore, ma possono avere costi operativi inferiori in scenari specifici.

Flessibilità Operativa: I sistemi OI possono regolare la produzione più facilmente per soddisfare le fluttuazioni della domanda.

Impatto Ambientale: Entrambe le tecnologie generano salamoia concentrata, ma i sistemi OI producono tipicamente volumi inferiori. La fonte di energia influisce in modo significativo sull'impronta ambientale complessiva.

Il settore continua ad evolversi con diversi sviluppi importanti:

Sistemi Ibridi: La combinazione di OI con processi termici può ottimizzare l'uso dell'energia e i tassi di recupero dell'acqua.

Integrazione Rinnovabile: I sistemi OI ad energia solare e gli impianti MED che utilizzano energia solare termica stanno diventando più diffusi.

Materiali Avanzati: Nuove chimiche e configurazioni delle membrane promettono una maggiore reiezione del sale e resistenza all'incrostazione.

Valorizzazione della Salamoia: Le tecnologie per estrarre minerali preziosi dai flussi di concentrato stanno guadagnando attenzione.

Poiché la scarsità d'acqua si intensifica a livello globale, sia l'osmosi inversa che la desalinizzazione termica svolgeranno un ruolo cruciale nelle strategie di sicurezza idrica. La scelta tecnologica ottimale dipende dalle condizioni locali, dalle fonti di energia disponibili e dai requisiti specifici di qualità dell'acqua.