Degasaggio sotto vuoto nel trattamento delle acque

L’acqua che sembra pulita può comunque essere piena di problemi. I gas disciolti (ossigeno, anidride carbonica, azoto e tracce di altri) sono invisibili, ma provocano la corrosione, interferiscono con i processi di trattamento e creano problemi di conformità. Nell'acqua di alimentazione delle caldaie, l'ossigeno disciolto corrode i tubi di acciaio e gli scambiatori di calore. Nell’acqua potabile, l’eccesso di anidride carbonica altera il pH e rende imprevedibile la disinfezione. Nei circuiti di raffreddamento industriali, l'aria disciolta provoca la cavitazione della pompa e riduce il trasferimento di calore.

Il degasaggio sotto vuoto è uno dei modi più efficaci per eliminare questi gas. Non è un’idea nuova – centrali elettriche e caldaie lo utilizzano da decenni – ma normative più severe, costi energetici più elevati e specifiche più rigorose sulla qualità dell’acqua lo stanno spingendo verso nuove applicazioni nel trattamento delle acque municipali e industriali.

Questo articolo spiega a cosa serve il degasaggio sotto vuoto, perché è importante e come scegliere il sistema giusto per il processo di trattamento dell'acqua.

Perché i gas disciolti sono un problema

I gas disciolti nell'acqua non sono lì per caso. Entrano attraverso il contatto con l'atmosfera, attraverso processi di aerazione o come sottoprodotti di reazioni chimiche. Una volta disciolti, rimangono in soluzione finché qualcosa non cambia: temperatura, pressione o equilibrio chimico.

Ossigenoè il più noto. Anche poche parti per milione possono causare grave corrosione nelle tubazioni e nelle caldaie in acciaio al carbonio. All'inizio il danno non è sempre evidente; inizia come vaiolatura, poi accelera fino a provocare perdite e guasti. Nei sistemi di caldaie, la corrosione dell'ossigeno è una delle principali cause di fermi macchina non programmati.

Anidride carbonicasi dissolve per formare acido carbonico, abbassando il pH e rendendo l'acqua aggressiva verso metalli e cemento. Nell’acqua potabile complica la regolazione del pH e può aumentare la domanda di sostanze chimiche alcaline. Nell'acqua industriale ad elevata purezza, anche tracce di CO₂ interferiscono con le misurazioni di conducibilità e resistività.

Azotoè per lo più inerte, ma quando esce dalla soluzione forma bolle che causano la cavitazione della pompa, riducono l'efficienza del trasferimento di calore e creano un funzionamento rumoroso e inefficiente.

Altri gas—metano, idrogeno solforato, cloro e sostanze organiche volatili—appaiono in applicazioni specifiche. Ognuno porta con sé i propri problemi, dall'odore alla tossicità al rischio di esplosione.

Il filo conduttore è che sono tutti indesiderati. Il degasaggio sotto vuoto ti offre un modo per eliminarli.

Come funziona il degasaggio sotto vuoto

Il principio è semplice: i gas si dissolvono meglio a pressioni più elevate e escono dalla soluzione quando la pressione diminuisce. In un sistema di degasaggio sotto vuoto, l'acqua è esposta a un ambiente a bassa pressione, in genere da 0,02 a 0,2 bar assoluti, dove i gas disciolti non sono più solubili. Escono dalla fase liquida e vengono trasportati dal sistema del vuoto.

L’efficienza del processo dipende da tre cose:

• Superficie.Maggiore è la superficie che l'acqua presenta al vuoto, più velocemente i gas fuoriescono. Questo è il motivo per cui i degasatori utilizzano imballaggi, vassoi o ugelli spruzzatori per rompere l'acqua in pellicole sottili o goccioline.

• Tempo di residenza.L'acqua deve rimanere nel vuoto abbastanza a lungo da consentire ai gas di diffondersi fuori dal liquido sfuso.

• Livello di vuoto.Una pressione assoluta inferiore significa una minore solubilità del gas. Un vuoto più profondo rimuove più gas, ma la produzione costa anche di più.

In pratica, la maggior parte dei degasatori per il trattamento dell’acqua raggiungono una rimozione del 90–99% dell’ossigeno disciolto e della CO₂. Le prestazioni esatte dipendono dalla progettazione del sistema e dalla concentrazione del gas in entrata.

Dove viene utilizzato il degasaggio sotto vuoto

Trattamento dell'acqua di alimentazione delle caldaieè l'applicazione classica. La rimozione dell'ossigeno disciolto e della CO₂ previene la corrosione nelle caldaie, nei riscaldatori dell'acqua di alimentazione e nelle linee di ritorno della condensa. I moderni sistemi di caldaie spesso combinano il degasaggio sotto vuoto con gli assorbitori chimici di ossigeno per una difesa a due strati.

Trattamento dell'acqua potabileutilizza il degasaggio sotto vuoto per rimuovere la CO₂ in eccesso, regolare il pH e migliorare l'efficienza della disinfezione. Viene utilizzato anche per eliminare i composti organici volatili (COV) e il radon dalle acque sotterranee.

Acqua di raffreddamento industrialetrae vantaggio dal degasaggio perché l'aria disciolta provoca la cavitazione della pompa e riduce le prestazioni dello scambiatore di calore. La rimozione dell'aria stabilizza il flusso e migliora l'efficienza energetica.

Trattamento delle acque reflueutilizza il degasaggio sotto vuoto per rimuovere gas odorigeni come l'idrogeno solforato e per preparare l'acqua per la filtrazione o lo scarico su membrana.

Sistemi idrici ad alta purezzaI settori farmaceutico, dei semiconduttori e delle centrali elettriche si affidano al degasaggio sotto vuoto per ottenere livelli di gas disciolti estremamente bassi.

Scegliere il giusto sistema di aspirazione

La pompa per vuoto è il cuore di qualsiasi sistema di degasaggio. Sono disponibili diverse tecnologie, ciascuna con dei compromessi.

Pompe ad anello liquidosono una scelta comune per il degasaggio dell'acqua perché tollerano l'umidità e il trascinamento di liquidi. Sono robusti, semplici e affidabili. Tuttavia, consumano acqua di foca e hanno un’efficienza energetica moderata.

Pompe a vite a seccooffrono funzionamento senza olio e alta efficienza. Sono sempre più specifici per le nuove installazioni dove la purezza del prodotto e i costi energetici sono importanti. Richiedono una buona separazione a monte per evitare l'ingresso di liquidi, ma i design moderni gestiscono bene il vapore acqueo.

Soffiatori per radicivengono spesso utilizzati come booster in combinazione con altre pompe per ottenere un vuoto più profondo o una capacità maggiore. Non vengono utilizzati da soli per applicazioni umide.

Eiettori di vaporesono un’opzione dove il vapore è disponibile e l’elettricità è costosa. Non hanno parti in movimento, ma consumano vapore e generano acque reflue.

La scelta giusta dipende dal livello di vuoto richiesto, dal carico di gas, dalla temperatura dell'acqua e dalle priorità dei costi operativi dell'impianto.

Considerazioni sulla progettazione del sistema

Un degasatore sottovuoto è molto più di una semplice pompa. Il sistema comprende un recipiente di degasaggio, un imballaggio o vassoi, una distribuzione dell'acqua, tubazioni per il vuoto e controlli. Ogni componente influisce sulle prestazioni.

Progettazione della navedetermina quanto bene l'acqua entra in contatto con il vuoto. Le colonne impaccate offrono un'elevata superficie ma possono sporcarsi di solidi sospesi. I sistemi a spruzzo sono più semplici ma meno efficienti. I design dei vassoi si trovano nel mezzo.

Temperatura dell'acquaè importante perché la solubilità del gas diminuisce all'aumentare della temperatura. L'acqua calda si degasa più facilmente, ma aumenta anche il carico di vapore sulla pompa del vuoto.

Controllo del vuotoè essenziale per un funzionamento stabile. Se il vuoto è troppo profondo, l'acqua potrebbe trasformarsi in vapore. Se è troppo superficiale, il degasaggio è incompleto. Le valvole di controllo automatico e i trasmettitori di pressione mantengono il setpoint.

Materialideve resistere alla corrosione dei gas rimossi. L'anidride carbonica e l'idrogeno solforato sono particolarmente aggressivi. Spesso vengono specificati componenti in acciaio inossidabile o rivestiti.

Manutenzione e risoluzione dei problemi

I sistemi di degasaggio sotto vuoto richiedono una manutenzione relativamente ridotta, ma non sono esenti da manutenzione.

Prestazioni della pompadegrada nel tempo. L'usura delle guarnizioni, la corrosione interna e le incrostazioni riducono l'efficienza. Il monitoraggio regolare del livello di vuoto e della corrente della pompa rileva tempestivamente i problemi.

Imballaggio e vassoipuò contaminare con incrostazioni, crescita biologica o solidi sospesi. La pulizia o la sostituzione è periodica.

Perdite di vuotosono una causa comune di scarse prestazioni. Le perdite d'aria nel sistema aumentano la pressione assoluta e riducono l'efficienza di degasaggio. Il test delle perdite dovrebbe far parte della manutenzione ordinaria.

Qualità dell'acquainfluisce sulla vita del sistema. L'acqua dura provoca incrostazioni; l'acqua corrosiva attacca i materiali. Potrebbe essere necessario un pretrattamento.

Riepilogo

Il degasaggio sotto vuoto è un metodo collaudato ed efficace per rimuovere i gas disciolti dall'acqua. Previene la corrosione, migliora le prestazioni del trattamento e aiuta a soddisfare gli standard di qualità dell'acqua. La tecnologia è ben consolidata nel trattamento dell’acqua di alimentazione delle caldaie e sta trovando nuove applicazioni nell’acqua potabile, nel raffreddamento industriale e nelle acque reflue.

La scelta della giusta pompa per vuoto (ad anello liquido, a vite a secco o un sistema ibrido) dipende dall'applicazione specifica, dal livello di vuoto richiesto e dalle priorità operative della struttura. Un sistema ben progettato garantirà anni di servizio affidabile, proteggendo le apparecchiature e garantendo la qualità dell’acqua.

Domande frequenti tecniche

D: Qual è il livello di vuoto tipico per il degasaggio dell'acqua?
R: La maggior parte dei degasatori d'acqua funziona tra 0,02 e 0,2 bar assoluti. Il livello esatto dipende dai gas da rimuovere e dall'efficienza di rimozione desiderata.

D: Il degasaggio sotto vuoto può rimuovere tutto l'ossigeno disciolto?
R: Può rimuovere il 90–99% dell'ossigeno disciolto. Per l'acqua di alimentazione delle caldaie, l'ossigeno residuo viene solitamente gestito da depuratori chimici per raggiungere i bassi livelli di ppb richiesti.

D: Qual è la differenza tra il degasaggio sotto vuoto e il degasaggio a membrana?
R: Il degasaggio sotto vuoto utilizza un recipiente a bassa pressione per eliminare i gas. Il degasaggio a membrana utilizza una membrana idrofobica per separare i gas dall'acqua. I sistemi a membrana sono compatti ma più adatti a portate basse e applicazioni ad elevata purezza.

D: Come scelgo tra una pompa ad anello liquido e una pompa a vite a secco per il degasaggio?
R: Le pompe ad anello liquido gestiscono bene l'umidità e sono robuste, ma consumano acqua di tenuta. Le pompe a vite a secco sono più efficienti dal punto di vista energetico e non contengono olio, ma richiedono una buona separazione dei liquidi. La scelta dipende dalla qualità dell’acqua, dai costi energetici e dalle risorse per la manutenzione.

D: Di quale manutenzione ha bisogno un sistema di degasaggio sotto vuoto?
R: Controlli regolari del livello di vuoto, della corrente della pompa e delle condizioni delle guarnizioni. L'imballaggio o i vassoi devono essere ispezionati per individuare eventuali incrostazioni. Il test delle perdite dovrebbe essere eseguito periodicamente. Potrebbe essere necessario un pretrattamento della qualità dell'acqua per prevenire la formazione di incrostazioni.