Ente per le Nuove Tecnologie l’Energia e l’Ambiente
Produzione di acqua potabile e di acqua per uso agricolo con
tecnologie di membrana:
Lotta alla desertificazione nel comune di Licata ( AG) .
M assimo Pizzichini, Unità BI O TEC, Casaccia
PROGETTO AFRICA
PROGETTO PER LO SVILUPPO DI UN’AREA TERRITORIALE DA
IDENTIFICARE.
OBIETTIVO:
ripristinare condizioni ambientali e idrogeologiche favorevoli allo sviluppo
socio economico nel rispetto dell’ambiente.
Problema Acqua:
1. produzione = dissalazione, depurazione
2. management = riutilizzo, impiego ottimale
Soluzioni tecnologiche proposte:
le tecnologie di membrana
: microfiltrazione,ultra, nano, osmosi inversa
reperimento e ottimizzazione delle risorse energetiche
con particolare attenzione per le energie rinnovabili : eolico, pv, biomasse
L’acqua nel mondo
Acqua dolce disponibile nel mondo (Km3) in ghiacciai, falde acquifere, laghi, fiumi
7.891.606
4.417.003
1.620.745
5.531.776,2
3.003.431
1.200.385
Technologies for water depuration and desalination
Membrane technologies as microfiltration (MF), ultrafiltration (UF), nanofiltration (NF) and
reverse osmosis (RO) are largely applied all over the world for wastewaters purification and
for seawater potabilization.
RO seems to be economically competitive, with seawater at medium salts content, in
comparison with traditional thermal processes based on evaporation and condensation (MSF,
VC, ME).
Table 2 shows the world’s water production by thermal processes and RO.
Table 2. Seawater desalination technologies
Country
Saudi Arabia
USA
Emirates
Kuwait
Spain
Japan
Libya
Italy
Qatar
Bahrain
Oman
Installed
potentiality
(10³ m³/day)
5,253
4,328
2,891
1,615
1,234
945
701
581
573
473
378
World
Thermal
percentage process
(%)
(%)
20.3
66
16.7
11
11.2
94
6.2
96.5
4.8
8.5
3.6
6.2
2.7
75.7
2.2
63.8
2.2
98.3
1.8
71
1.5
92.3
RO
(%)
32.3
74.5
5.5
3.3
84.3
85.9
15.9
21.7
1.8
26.9
7.6
A comparison of installed desalination plants in the Mediterranean Basin is reported
Production capacities (x 103/day)
Figure.2. Production capacities (103 m3/day) of different plants in operation since 1970
900
42%
MSF
800
700
41%
600
500
400
RO
300
13%
200
VC
100
0
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2005
Years
RO plants show an higher rate of installation, starting since 1983, in comparison with thermal
tecnologies (MSF and VC).
Layout of a RO+UF desalination process
Feed
adjustment
Prefilter
Sandy filters
UF
Reverse Osmosis
Off-gas
Potable
water
Seawater
UV
Antiscalant Pressure pump
Ozone
Water storage
well
Sea
Discharge
Brine
Turbine for
energy recovery
Seawater chemical pretreatment influence
energy consuption and process cost
From Uri Lachish
Arabia Saudita
Impianto acqua-mare di OI
da 900.000 m3/giorno
Depurazione-Riutilizzo
RIUTILIZZO DELL’ACQUA DA REFLUI INDUSTRIALI
PROCESSI A MEMBRANE
L’ENEA è competente in queste applicazioni
SETTORE CONCIARIO-BREVETTO UNIC
TESSILE-SETA-LANA
CARTIERE-BREVETTO ENEA-LUCART
LATTIERO-CASEARIA BREVETTO
OLEARIO-ACQUE VEGETAZIONE BREVETTO ENEA-VERDIANA
AGROINDUSTRIA-POMODORO (BACINO DEL SARNO)
Investment and operational costs of W.T and PV systems
RES
WT
PV
Equipment
(€/kW)
750
4,500
Installation
(€/kW)
500
350
Maintenance
(€/kW)
32
10
Wind turbine
Electricity production cost as function of wind speed
Wind
speed
(m/s)
6.0
7.0
8.0
8.5
Electricity
production cost
(€/kWh)
0.057
0.046
0.044
0.040
RO production
costs
(€/m3)
0.39
0.33
0.31
0.28
Total
(€/kW)
1,282
4,680
Seawater production costs
2
Water cost (€/m3)
1,75
1,5
1,25
1
0,75
0,5
0,25
0
0
50
100
150
200
250
300
Productivity (m3/day)
Wind turbine electricity power
350
400
450
500
Rischio di desertificazione nella Sicilia meridionale
Carenza idrica per l’agricoltura
Salinità delle acque fluviali
Accumulo di salinità nei suoli
Comune di Licata,40-60 mila anime - Agrigento
Economia prevalentemente agricola
Crisi economica (porto abbandonato)
Turismo limitato, solo emigrati
Città di Licata
Acqua salmastra 3-5 g/L
Portata variabile durante l’anno
Andamento stagionale della salinità del fiume Salso
4,5
cloruri totali (g/L)
4
3,5
anno 2000
3
2,5
2
1,5
anno 2001
1
0,5
0
1
2
3
4
5
6
7
mesi dell'anno
8
9
10
11
12
I pozzi scavati nella piana di Licata hanno un’acqua salata e ricca di ferro
Necessità idriche Per uso agricolo
Il fabbisogno irriguo è stimato in base ai dati forniti dal locale
ufficio dell’Assessorato Regionale Agricoltura e Foreste
Produzioni agricole tipiche di Licata:
Serre a tunnel (es. Meloni) 1200 ha x 5.000 m3/ha anno = 6.000.000
m3/anno
Carciofi: 800 ha x 1.500 m3/ha anno
= 1.200.000 m3/anno
Orticole: 700 ha x 1.500 m3/ha anno
= 1.050.000 m3/anno
Vigneto: 1.000 ha x 1.500 m3/ha anno
= 1.500.000 m3/anno
Uliveto: 1.000 ha x 1.000 m3/ha anno
= 1.000.000 m3/anno
Totale fabbisogno idrico
= 10.750.000 m3/anno
=.29.500 m3/giorno
La disponibilità idrica consentirebbe di trasformare
un prossimo-deserto
in una fiorente agro-industria,
motore socio-economico di Licata
Necessità idriche per lo sviluppo socio economico
di Licata
Per uso potabile
Gli abitanti di Licata sono circa 40.000-60.000 nel periodo estivo.
Per assicurare a 50.000 abitanti (media) una quota pro capite di circa 200 litri/giorno
(media del consumo in Italia), è necessario disporre di almeno 10.000 m3/giorno.
Questo fabbisogno può essere ottenuto dalla dissalazione dell’acqua di mare,
risorsa illimitata e sempre disponibile.
La tecnologia più promettente per la dissalazione è quella dell’osmosi inversa
L’impatto ambientale è compatibile
I costi energetici di produzione sono dell’ordine di 2,5-6 kWh/m3
dipende dalle dimensioni dell’impianto
L’impianto di dissalazione dell’acqua di mare, con una capacità produttiva di
10.500 m3/giorno ha un costo indicativo di circa
5,6 milioni di €,
Dimensioni
Lunghezza:
Larghezza:
Altezza:
Il costo complessivo di produzione dell’acqua potabile è
di circa 1,3 €/m3 .
la struttura del costo di produzione dell’acqua potabile è di questo tipo:









Ammortamento (20 anni)
Interessi
Consumi energetici
Sostituzione membrane (4 anni)
Manodopera ordinaria
Manutenzione straordinaria
Pretrattamento acqua
Manodopera
Prodotti chimici
0,20 €/m3 = 15,4%
0,04 €/m3 = 3,0 %
0,32 €/m3 = 24,6%
0,053 €/m3 = 4,0%
0,05 €/m3 = 4,0%
0,044 €/m3 = 3,3%
0,20 €/m3 = 15,4%
0,10 €/m3 = 8,0%
0,29 €/m3 = 22,3 %
17 m
24 m
5m
Il depuratore civile di Licata
Attualmente tratta circa 1.000 m3/giorno
Futuro 2.000 m3/giorno
Perché sprecare questa risorsa ?
Le acque reflue del Depuratore
Richiedono la rimozione di cariche batteriche
La chimica è OK per l’agricoltura
La normativa è OK
Schema a blocchi del processo di depurazione MF+OI
Acque reflue
6%
19%
Salso
Scarico a Mare
OI
MF
66%
100%
Depuratore
28%
47%
Fanghi
Acque depurate
Utilizzo agricolo
Flow sheet di trattamento delle acque reflue
Composizione prevista dell’acqua depurata
dopo trattamento di MF e di OI:









Solidi sospesi
COD
Nitrati
Nitriti
Ammoniaca
Cloruri
Fosfati (P)
Batteri
Virus
zero
50 mg/L
2,2 mg/L
0,1 mg/L
0,9 mg/L
0,5 g/L
2,2 mg/L
assenti
tracce possibili (MF)
Specifiche tecniche dell’impianto di microfiltrazione
Le membrane da MF ceramiche permettono una facile sterilizzazione delle acque,
totalmente da batteri e parzialmente da virus.
Alcune specifiche tecniche dell’unità di MF
Potenzialità produttiva del depuratore = 3.800 m3/giorno
Dimensionamento impianto di MF 180 m3/ora di acque reflue
Produzione dell’acqua depurata = 3.550 m3/giorno
Tecnica di post trattamento (terziario): microfiltrazione tangenziale ceramica
Geometria di membrana: tubolare ceramica cut-off 0,2 m
Diametro dei canali 2,8 mm
Produttività è impostata sui 350 l/m2ora di membrana
Recupero acqua depurata: 100%
Superficie di membrana circa 520 m2
Costo delle membrane 550.000 €
Durata delle membrane ceramiche = 10 anni
Costo energetico = 0,07 €/ m-3 (135 lire)
Costo energetico = 284 €/giorno
Potenza elettrica installata 200 kW
Costo dell’impianto di MF =1.000.000 €
Costo dell’impianto con membrane polimeriche=600.000 €
L’impianto ha bisogno del sistema completo di lavaggio delle membrane
Specifiche tecniche dell’impianto di O.I. a bassa pressione dopo MF
L’impianto non ha bisogno di pretrattamento chimico fisici dell’acqua di alimento
funzione svolta dalla precedente sezione di microfiltrazione.
Tecnologia impiegata: osmosi inversa a bassa pressione
Potenzialità giornaliera 1.740 m3/giorno (permeato)
Dimensionamento impianto 80 m3/ora
Permeabilità unitaria 17 l/m2ora
Recupero acqua osmotizzata 71%
Membrane a spirale avvolta da 8” x 40”
Vessel da 6 metri, con 6 moduli a membrana
Pressione di esercizio 15-20 bar
Superficie di membrana 4.700 m2
Consumo energetico 2-3 kWh/m3
Costo indicativo del solo impianto OI circa 500.000 €
Potenza installata 200 Kw
L’impianto ha bisogno del sistema completo di lavaggio delle membrane
(serbatoi, pompe dedicate e dosaggio dei chemicals)
Microfiltrazione ed Osmosi Inversa
Produttività dei due sistemi vs anni
Produzione (litri/giorno)
14000
12000
MF+OI
10000
OI
8000
6000
4000
2000
0
0
1
2
3
4
Tempo (anni)
5
6
7
Ciclo integrato dell’acqua
serre
Scarichi industriali
civili
Acqua per l’agricoltura
OI
Acqua primaria
Mare
MF
Depurazione
FAGNHI
FERTILIZZANTE