Capitolo 2: Il servizio acqua negli impianti industriali

Capitolo 2: Servizio Acqua

L'acqua è un elemento indispensabile a qualsiasi impianto industriale; tuttavia, il suo fabbisogno dipende dal ciclo tecnologico seguito ed è pertanto molto variabile. Si passa dal caso limite ove è sufficiente la sola fornitura per i servizi igienico-sanitari a quello per cui, per gli ingenti quantitativi necessari, l'acqua costituisce una materia prima, e la sua possibilità di approvvigionamento diviene uno dei fattori chiave per la scelta dell'ubicazione di impianto. Oggigiorno, il problema dell'acqua viene affrontato avendo riguardo sia della sua razionale ed economica utilizzazione, sia dei riflessi che possono manifestarsi nell'ambiente circostante l'impianto, quali inaridimento ed inquinamento delle fonti. L'acqua destinata ai processi degli impianti industriali è generalmente indicata come acqua industriale, distinguendola da quella destinata agli utilizzi igienico-sanitari la quale deve essere necessariamente potabile. In alcune lavorazioni industriali, l'acqua potabile non può essere impiegata in quanto particolarmente «dura» (ricca di sali minerali); al contrario, vi sono lavorazioni in cui acqua batteriologicamente inquinata, può essere comunque impiegata. Si definisce «acqua potabile» l'acqua che presenta tutti i requisiti per l'alimentazione umana: deve pertanto essere esente da sostanze velenose ed agenti patogeni, essere limpida, incolore, inodore e di sapore gradevole.

Utilizzo dell'Acqua nelle Industrie

Nelle industrie, l'acqua può essere utilizzata:

• come materia prima, anche detta «acqua di processo» (ad esempio nelle industrie di produzione di bevande);
• come agente meccanico (ad esempio per azionare turbine o motrici idrauliche);
• come vettore termico (refrigerazione o riscaldamento);
• per usi igienico-sanitari;
• come fluido antincendio (impianti antincendio ad acqua).

Consumo di Acqua in Alcune Industrie

Tipo di industria o impianto Consumi Unità di rif. Acqua potabile Servizi igienico-sanitari (per ogni residente nello stabilimento) 150 - 200 1 / day Servizi igienico-sanitari (per ogni dipendente - turni di 8h) 10 -50 1 / day Servizi mensa (per pasto e per persona) 40 - 50 1 / day Acqua industriale Servizio antincendio (per ogni idrante) 5 - 10 I/ s Centrali termoelettriche a vapore (condensatore a miscela) 50 - 70 1 / kWh Centrali termoelettriche a vapore (condensatore a superficie) 180 - 350 1 / kWh Motori a combustione interna (Diesel) 30 - 40 1 / kWh Motori a combustione interna (Otto) 50 - 80 1 / kWh Industria automobilistica (per unità) 45 - 60 mª Industria siderurgica (per 103 kg di acciaio) 130 - 260 m3 Zuccherificio (per 103 kg di prodotto raffinato) 100 - 150 m3 Cartiera (per 103 kg di cellulosa) 200 - 400 m3 Cartiera (per 103 kg di carta comune) 400 - 600 m3 Cartiera (per 103 kg di carta fine) 1500 - 3000 m3 Lanificio (per 103 kg di tessuto di lana) 600 - 1000 m3 Raffineria (per 103 kg di benzina) 60 - 90 m3 Fabbrica di birra (per 103 litri) 17 - 22 m3 Lavorazione delle pelli (per 103 kg) 80 m3 Lavorazione del latte - Sterilizzazione (per 103 litri) 6-8 m3 Lavorazione del latte - Caseificio (per 103 litri) 4- 6 m3

Approvvigionamento Idrico

Per avere dei valori di riferimento, si può prendere in considerazione un impianto siderurgico a ciclo integrale che produce 2 · 106 t/anno di acciaio. Poiché occorrono circa 130 m3 di acqua per ogni tonnellata di acciaio, circolano nell'impianto 260 · 106 m3/anno di acqua. Assumendo pari a 6000 le ore annue lavorative, il fabbisogno globale orario è 45 000 m3 / h. In tale processo, circa l'80% dell'acqua è utilizzata per il raffreddamento, e non risulta quindi perduta, ma solo inquinata da impurità e riscaldata. Si deduce pertanto come sia possibile e conveniente riutilizzarla, implementando un ciclo chiuso, previo trattamento di depurazione e raffreddamento. In tal caso, l'apporto esterno si riduce al reintegro delle perdite di evaporazione e scarico, che possono essere del 4 - 5% della portata globale inizialmente indicata.L'approvvigionamento può essere effettuato da:

• Derivazione da acquedotto: è il caso più semplice, ma non può soddisfare fabbisogni elevati. È necessario un allacciamento alla rete idrica.
• Acque meteoriche: è possibile per un impianto approvvigionarsi tramite la raccolta di acque provenienti dalle precipitazioni, mediante apposite canalizzazioni e serbatoi all'interno dello stabilimento.
• Acque superficiali: rappresentano quelle acque che provengono da laghi, bacini di raccolta, corsi d'acqua o lo stesso mare. L'acqua di quest'ultimo richiede particolari trattamenti depurativi a causa dell'elevato contenuto salino; inoltre, non è possibile scaricare in mare acqua a temperature eccedenti valori di legge. (per acqua marina serve effettuare la desalinizzazione; se prelevo l'acqua dal mare a temperatura x, non posso ributtarla in mare a una temperatura più alta).

• Acque sotterranee: queste debbono essere estratte dal sottosuolo con l'utilizzo di pozzi.

Derivazione da Acquedotto

STABILIMENTO RETE INTERNA AI SERVIZI IGIENICO-SANITARI RECINZIONE SCARICHI RETE CONDOTTA DELL'ACQUEDOTTO PUBBLICO RETE ACQUA POTABILE EVENTUALE ALLACCIAMENTO ALLA RETE ANTINCENDIO POZZETTO PER CONTATORE E DERIVAZIONE [VD. PARTICOLARE) In caso di manutenzione vengono chiuse le due valvole ed è possibile smontare il contatore (che serve per contabilizzare quanta acqua sta utilizzando l'impianto industriale e quindi pagarla all'acquedotto). È acqua potabile e viene distribuita all'azienda tramite tubazioni.

Derivazione da Acquedotto: Particolare del Pozzetto

Dall'acquedotto si diparte una derivazione. Portata e pressione sono regolate dalla saracinesca installata fuori della recinzione dello stabilimento. In un pozzetto interno alla recinzione, è presente un contatore dell'acqua (alcuni tipi sono sotto rappresentati), per consentire al gestore della rete di emettere le fatture all'utente. Il ramo in parallelo al contatore (detto «bypass») è utilizzato quando il contatore è sotto manutenzione. SARACINESCA IN POZZETTO INSTALLATA A CURA DELLA SOCIETÀ PROPRIETARIA DELL'ACQUEDOTTO, REGOLATA (E PIOMBATA) IN RELAZIONE ALLA PRESSIONE RICHIESTA E ALLA DISPONIBILITÀ DELL'ACQUEDOTTO ACQUEDOTTO PUBBLICO POZZETTO CONTATORE A MULINELLO (FLANGIATO) ALLA RETE INTERNA DELLO STABILIMENTO DERIVAZIONE VALVOLA DI RITEGNO EVENTUALE ALLACCIA- MENTO ALLA RETE ANTINCENDIO SARACINESCHE NORMALMENTE CHIUSE E PIOMBATE RECINZIONE STABILIMENTO Fig. 34.2 - Contatori per acqua fredda: al a mulinello, per diametri di 50e500 mm; b) a turbina, per diametri «50 mm; c) a tur- bina, per diametri di 80+150 mm.

Derivazione da Fiume

L'acqua è prelevata dal corso principale tramite una derivazione, che si dirige verso l'impianto. Per assicurare una portata costante anche nei periodi di magra ed evitare l'ingresso nella derivazione di materiale solido di fondo, si eleva il livello dell'acqua tramite una diga. All'imbocco del canale di derivazione, una paratoia regola (o interrompe) il flusso dell'acqua. PARATOIA CANALE DI DERIVAZIONE SFIORATORE E SCARICO DI FONDO DIGA FIUME Opere di presa da un corso d'acqua. Alcuni tipi di contatori: a) b)Il canale di derivazione è generalmente costruito in cemento armato. Esso ha larghezza maggiore all'ingresso per consentire, grazie alle basse velocità, il deposito sul fondo dei materiali solidi trascinati dall'acqua piuttosto che essere trascinati a valle verso l'impianto. Un altro condotto, indicato come «sfioratore e scarico di fondo», connette la derivazione col tratto di fiume a valle della diga, in cui il livello dell'acqua è inferiore. Lo sfioratore funge da «troppo pieno», scaricando l'acqua a valle quando il livello della derivazione è eccessivo. Lo scarico di fondo è costituito da una paratoia con aperture sul fondo, dalle quali vengono espulsi i materiali solidi trasportati dall'acqua sul fondo del canale.

Opera di Presa Acqua Mare

Lo schema in vista a sx rappresenta le sezioni trasversali e longitudinali dell'impianto, A-A, B-B. La presa è installata lontano dalla riva. L'acqua raggiunge la stazione di pompaggio attraverso le tubazioni di adduzione (1), in questo caso tre, spesso in cemento. È poi raccolta nella vasca (10), in cui la velocità è molto bassa. Qui, si effettua un primo filtraggio in filtri a griglia fissa (2) e rotante (3). Gli elementi (6) sono paratoie che, alzandosi, consentono all'acqua di giungere sino alla pompa. La pompa sommersa (5) è mossa dal motore elettrico (4) e il suo punto di funzionamento (pertanto la portata in mandata) è regolato dalla valvola a farfalla (7). La tubazione di mandata (9) è in acciaio, e l'elemento (8) è un giunto di espansione atto a compensare le variazioni di lunghezza della tubazione con la temperatura. L'elemento (11) è un carroponte, utilizzato per i sollevamenti durante le manutenzioni.

Approvvigionamento da Acque Sotterranee

Riguardo le acque sotterranee, si possono distinguere:

• falde freatiche: costituite da acqua presente in un terreno permeabile al di sotto del quale si trova uno strato impermeabile.
• falde artesiane: costituite da acqua presente in un terreno permeabile contenuto entro due strati impermeabili.

L'acqua viene prelevata tramite l'installazione di pozzi. Nella maggior parte dei casi, sono costituiti da un tubo in acciaio o in cemento del diametro di 0.3 - 0.8 m che viene introdotto nel terreno verticalmente. Il tubo è munito di finestrature in corrispondenza della profondità a cui si trova la falda. L'acqua è prelevata tramite pompe sommerse o pompe installate in superficie. La profondità può raggiungere un centinaio di metri. LIVELLO DEL MARE SABBIA Sezione A-A Sezione B-B 8 A A 10 6 2 6 10 VALVOLA DI RITEGNO BOTOLA CON SCALETTA PIANO CAMPAGNA TERRENO VEGETALE STAFFA SOSTEGNO COLONNA MONTANTE ED ELETTROPOMPA TUBO DI PERFORAZIONE IVIENE ASPORTATO A TU- BAGGIO ULTIMATO) ARGILLA LIVELLO STATICO ARGILLA CON SABBIA COLONNA CIECA COLONNA FINESTRATA GHIAIA CON SABBIA GIUNZIONE FLANGIATA COLONNA MONTANTE ELETTROPOMPA MARNE COMPATTE L DIAMETRO DEL POZZO Il livello dell'acqua entro la struttura del pozzo dipende dalla profondità della falda rispetto al piano di campagna. In condizioni di portata di prelievo nulla, si parla di livello statico. Quando la pompa di prelievo è in funzione, tale livello si abbassa per via delle perdite di carico e si parla dunque di livello dinamico. Risulta importante determinare la «caratteristica del pozzo», ossia l'andamento del livello dinamico in funzione della portata d'acqua prelevata dal pozzo. La portata può variare a seconda del fabbisogno, agendo su una valvola di regolazione («strozzamento») installata a valle della pompa. VALVOLA SFIATO ARIA, SARACINESCA