Riuso delle acque industriali: valutare se l’acqua trattata è adatta al processo

05 Agosto 26

Un campione prelevato all’uscita del depuratore può rispettare i valori attesi e creare comunque problemi quando torna in produzione. Il punto critico è spesso ciò che avviene dopo il trattamento: l’acqua viene riscaldata, concentrata per evaporazione, lasciata in un serbatoio oppure rimessa in circolo a contatto con superfici e sostanze sensibili.

Nel riuso delle acque industriali, la conformità dell’effluente non basta a stabilire se l’acqua sia adatta al processo. Occorre prevedere come si comporterà nella fase produttiva alla quale è destinata.

Per questo, nella progettazione di un sistema di riuso dell’acqua industriale, serve una specifica riferita al punto di utilizzo. Indicazioni generiche come “acqua per i lavaggi” o “acqua per il raffreddamento” lasciano ancora troppe variabili aperte. Un primo lavaggio tollera condizioni che nell’ultimo risciacquo lascerebbero residui; una torre evaporativa concentra i sali, mentre un circuito aperto li allontana con l’acqua; la pulizia di un pavimento non richiede la stessa qualità necessaria su un componente destinato alla verniciatura.

Come valutare l’acqua trattata a partire dal processo

Il percorso dell’acqua va ricostruito prima di scegliere i parametri da controllare. Tra il serbatoio e l’utenza contano il tempo di permanenza, la temperatura e i materiali con cui l’acqua entra in contatto. Anche un tratto poco utilizzato della rete cambia le condizioni, perché introduce ristagni difficili da leggere nel campione raccolto all’uscita del trattamento.

Nel punto di impiego entrano in gioco altre variabili. L’evaporazione concentra i sali; la nebulizzazione modifica le modalità di esposizione; il ricircolo prolunga il contatto con tubazioni e apparecchiature. Se nel reparto vengono aggiunti detergenti, biocidi, coloranti o inibitori di corrosione, la loro efficacia va verificata sulla composizione reale dell’acqua recuperata.

Sono queste condizioni reali di esercizio a dare significato ai dati di laboratorio. Un valore di cloruri accettabile in un serbatoio a temperatura ambiente potrebbe diventare critico in uno scambiatore caldo. Una carica microbica contenuta subito dopo la disinfezione può aumentare durante una sosta prolungata. La durezza iniziale può sembrare gestibile e superare la soglia di precipitazione dopo diversi cicli di concentrazione.

Conviene chiarire in anticipo anche quale danno produrrebbe una eventuale anomalia. Un deposito rimovibile durante la manutenzione programmata non ha lo stesso peso di una traccia che altera la superficie del prodotto o compromette una lavorazione successiva.

Incrostazioni: prevedere la composizione raggiunta dall’acqua

Durezza, alcalinità, silice e pH vengono spesso letti come valori separati. La formazione di depositi dipende invece dal loro equilibrio, dalla temperatura e dalla concentrazione raggiunta nel circuito.

Le torri di raffreddamento rendono evidente questo tipo di problema. Durante il funzionamento una parte dell’acqua evapora, mentre calcio, magnesio, silice, cloruri e altri solidi disciolti rimangono nel sistema. L’acqua che circola dopo alcune ore ovviamente non ha più la stessa composizione di quella immessa all’inizio.

Il Department of Energy statunitense indica che molti impianti funzionano tra due e quattro cicli di concentrazione, mentre sei o più possono essere raggiunti quando la qualità dell’acqua e il trattamento del circuito lo consentono. Passare da tre a sei cicli può ridurre del 20% l’acqua di reintegro e del 50% gli spurghi. Il risparmio idrico cresce, ma insieme aumenta la concentrazione dei sali e quindi il rischio di incrostazione, corrosione e fouling biologico.

La valutazione deve quindi stimare che cosa accadrà nelle condizioni previste di ricircolo. Durezza totale, alcalinità, silice, pH, conducibilità e temperatura vanno interpretati insieme, tenendo conto dei prodotti chimici utilizzati nel circuito e della frequenza degli spurghi.

Gli indici di saturazione offrono una prima indicazione, ma non riproducono ogni situazione industriale. Se l’acqua contiene una miscela complessa di sali e residui organici, oppure cambia sensibilmente durante la produzione, una prova dinamica mostra fenomeni che il singolo campione non anticipa: deposito sugli scambiatori, riduzione della portata negli ugelli, aumento della pressione attraverso una membrana o lavaggi più frequenti.

Anche un deposito sottile può avere conseguenze operative. Su uno scambiatore riduce il trasferimento di calore; negli ugelli altera la distribuzione dell’acqua; su membrane e filtri può diminuire la portata e aumentare il consumo energetico.

Salinità e cloruri: la conducibilità non racconta tutto

La conducibilità è utile per seguire rapidamente una variazione della salinità e può diventare un efficace parametro di controllo in linea. Non permette però di sapere quali ioni siano presenti.

Due campioni con la stessa conducibilità possono avere composizioni differenti. In uno possono prevalere cloruri e sodio, nell’altro calcio, magnesio o solfati. Il dato complessivo è simile, mentre il comportamento nei confronti di materiali, membrane e formulazioni può cambiare molto.

I cloruri meritano un’attenzione particolare nei circuiti metallici perché, in determinate condizioni, possono favorire forme di corrosione localizzata. Il rischio non dipende da una soglia universale: entrano in gioco il tipo di lega, la temperatura, il pH, la presenza di ossigeno e il tempo di contatto.

Anche nei processi nei quali non si teme la corrosione, i sali possono diventare incompatibili con l’impiego. Nei trattamenti superficiali rischiano di lasciare aloni o interferire con l’adesione di un rivestimento. Nel tessile possono modificare il comportamento di coloranti e ausiliari. Nei risciacqui finali possono rimanere sul manufatto dopo l’evaporazione dell’acqua.

Il limite da adottare deve quindi essere definito insieme a chi conosce il processo, le apparecchiature e i requisiti del prodotto. Copiare la specifica utilizzata da un altro stabilimento offre poche garanzie, anche quando le produzioni sembrano simili.

Quando serve ridurre la salinità, l’affinamento può richiedere osmosi inversa, scambio ionico o altre tecnologie a membrana. L’approfondimento di Iride Acque su nanofiltrazione e ultrafiltrazione aiuta a distinguere il campo di applicazione delle diverse soluzioni. La scelta, però, dovrebbe partire dal livello richiesto dall’utenza e dalla gestione della corrente concentrata generata dal trattamento. Produrre acqua molto più pura del necessario aumenta energia, manutenzione e volumi da gestire senza offrire automaticamente un vantaggio al processo.

Il COD non identifica ciò che resta nell’acqua

COD e TOC sono indispensabili per seguire il carico organico e la prestazione del trattamento, ma descrivono una quantità complessiva. Lo stesso valore di COD può corrispondere a miscele molto diverse.

Tensioattivi, tracce oleose, solventi e coloranti lasciano effetti differenti anche quando il dato aggregato rimane simile. La schiuma può alterare un circuito, un residuo oleoso depositarsi sulle superfici, una molecola interferire con adesivi, vernici o formulazioni. Alcuni composti favoriscono inoltre la ricrescita microbica durante l’accumulo.

Per scegliere gli approfondimenti analitici occorre risalire alle lavorazioni che generano il refluo. Schede di sicurezza, ricette produttive, detergenti e sequenza dei lavaggi aiutano a individuare le sostanze realmente significative. In molti casi, cercare uno specifico tensioattivo o solvente offre indicazioni più utili di una lunga batteria di parametri standard.

Anche osservazioni semplici possono avere un valore operativo. Schiuma persistente, odori che emergono durante il riscaldamento, una colorazione residua o un velo dopo l’asciugatura possono escludere l’acqua da una determinata fase pur in assenza di una non conformità allo scarico.

Conta inoltre il modo in cui è stato costruito il campione. Un composito giornaliero restituisce la media, ma può diluire il picco prodotto dallo svuotamento di una vasca o da un lavaggio concentrato. Se proprio quel picco raggiunge il sistema di recupero, il dato medio racconta poco dell’episodio che interessa davvero il processo.

Prima di aggiungere un nuovo stadio di trattamento conviene verificare se la corrente più problematica possa essere intercettata all’origine. Separare un volume ridotto ma molto contaminato può risultare più efficace che trattare con maggiore intensità tutta l’acqua destinata al riuso.

Microbiologia: controllare l’acqua dove verrà utilizzata

Il campione raccolto subito dopo la disinfezione descrive la qualità raggiunta in quel punto. Più avanti, serbatoi e tratti poco percorsi della rete introducono tempi di permanenza che favoriscono la ricrescita, soprattutto durante le fermate.

Il punto di prelievo non coincide necessariamente con il punto di utilizzo. Per capire quale acqua arrivi davvero alla linea, servono controlli nei punti più lontani e dopo i periodi di inattività, non soltanto all’uscita del trattamento.

La conta dei microrganismi presenti nell’acqua libera offre un dato importante, ma non descrive ciò che si deposita sulle superfici. Nutrienti residui e ristagni alimentano la formazione di biofilm, che aderisce a tubazioni e apparecchiature, riduce l’efficienza degli scambiatori e rende meno efficace la disinfezione.

Il progetto europeo AQUAFIT4USE, dedicato all’uso di acqua adeguata ai processi nei settori chimico, cartario, tessile e alimentare, ha lavorato proprio sul potenziale di biofouling. In una prova condotta sull’effluente di un impianto chimico svedese, un sistema di biofiltrazione ha ottenuto una riduzione di circa otto volte di questo potenziale, aumentando le possibilità di impiego dell’acqua nel raffreddamento e in altri usi industriali.

Il risultato mostra la differenza tra abbattere la carica presente e limitare le condizioni che favoriscono una nuova crescita biologica. Nei circuiti sensibili, osservare la formazione del biofilm nel tempo può essere più indicativo di una singola conta effettuata subito dopo il trattamento.

Anche la modalità d’uso cambia le verifiche necessarie. La nebulizzazione espone l’acqua in modo diverso rispetto a una tubazione chiusa. Nei processi alimentari, cosmetici o farmaceutici, il contatto con il prodotto o con le superfici di lavorazione richiede criteri costruiti sulla singola applicazione.

La qualità deve reggere la variabilità della produzione

La giornata più regolare dello stabilimento raramente è quella che mette alla prova un sistema di riuso. Le variazioni emergono durante un cambio di produzione, un lavaggio concentrato, lo svuotamento di una vasca o la ripartenza dopo una fermata. La caratterizzazione dovrebbe seguire questi passaggi e collegare i risultati alle lavorazioni che li hanno prodotti. L’obiettivo non è moltiplicare i campioni, ma riconoscere quali fasi modificano davvero salinità, carico organico, pH o qualità microbiologica.

Anche il metodo di misura cambia in base alla velocità del fenomeno. Un parametro stabile può essere controllato con analisi periodiche; una corrente salina che attraversa l’impianto in pochi minuti richiede invece un segnale in linea. Conducibilità, pH, torbidità, temperatura e, in alcuni casi, TOC permettono di intercettare una deviazione prima che l’acqua raggiunga il processo. Il sensore, però, diventa utile soltanto quando il dato è stato messo in relazione con ciò che accade a monte.

Una crescita della conducibilità, per esempio, acquista significato se coincide con un determinato lavaggio o con lo scarico di una corrente salina. Lo stesso vale per la torbidità dopo un problema di filtrazione o per il carbonio organico durante un cambio di produzione. Senza questa correlazione, l’allarme segnala uno scostamento ma non aiuta a gestirne la causa.

Che cosa accade quando un parametro esce dalla specifica

Fissare gli intervalli accettabili non basta. L’acqua fuori specifica deve avere una destinazione già prevista, altrimenti una deviazione temporanea rischia di raggiungere la produzione o di fermarla.

A seconda dell’impianto, la corrente può tornare in testa al trattamento, essere accumulata, sottoposta a un affinamento aggiuntivo oppure avviata allo scarico autorizzato. La scelta va definita prima dell’anomalia, insieme alle logiche che comandano valvole e serbatoi. È utile distinguere tra valori di attenzione e valori di esclusione. Un progressivo aumento della conducibilità può richiedere una verifica senza interrompere subito il riuso. Il superamento di una soglia incompatibile con il processo, invece, attiva la deviazione.

Il ritorno alla normalità non coincide sempre con la prima misura rientrata nel limite. Se l’anomalia ha coinvolto il serbatoio o la rete, sarà necessario verificare la stabilità dell’acqua e, in alcuni casi, lavare una parte del circuito prima di riattivare l’alimentazione.

La prova deve misurare gli effetti sul processo

Le analisi di laboratorio permettono di costruire una prima specifica, ma non sempre prevedono l’interazione tra acqua, apparecchiature e prodotti chimici. Prima dell’impiego continuativo può quindi essere utile una prova pilota o una sperimentazione limitata a una parte della linea.

La valutazione non dovrebbe fermarsi ai parametri dell’acqua. Occorre osservare ciò che interessa alla produzione: rendimento degli scambiatori, frequenza dei lavaggi, pressione attraverso filtri e membrane, consumo di reagenti, comparsa di schiuma, corrosione, qualità delle superfici ed eventuali difetti sul prodotto.

La durata del test dipende dal fenomeno da studiare. Un’interferenza con un detergente può emergere subito. Depositi progressivi, corrosione e biofilm richiedono tempi più lunghi. Coupon metallici, superfici campione o piccoli circuiti paralleli permettono di raccogliere dati senza esporre direttamente l’intera linea.

L’esito non conduce sempre a un semplice sì o no. La stessa acqua può risultare adatta al prelavaggio e non al risciacquo finale, essere utilizzabile dopo miscelazione con acqua primaria oppure richiedere un affinamento soltanto per le utenze più sensibili.

Come definire una specifica per il riuso industriale

Al termine delle prove, la specifica deve indicare almeno i parametri critici, il punto e la frequenza di misura, gli intervalli accettabili, le soglie di deviazione e le azioni previste in caso di anomalia.

Deve inoltre riportare le condizioni nelle quali è stata validata. Un cambio di materia prima, detergente, membrana, materiale costruttivo o temperatura può richiedere una nuova verifica, anche quando l’impianto di trattamento non è stato modificato.

L’acqua recuperata entra così nella gestione ordinaria dello stabilimento come un fluido di processo di cui sono note prestazioni e limiti. Non serve inseguire in ogni caso il massimo recupero tecnicamente ottenibile. Serve una qualità che rimanga compatibile nel tempo, senza trasferire a macchinari e prodotti i problemi che il trattamento non era stato progettato per risolvere.

FAQ sul riuso delle acque industriali

Un’acqua conforme allo scarico può essere riutilizzata nel processo?

Non automaticamente. I limiti di scarico indicano se l’effluente può essere restituito all’ambiente o alla rete secondo le condizioni autorizzate. Il riuso richiede invece di verificare la compatibilità con macchinari, materiali, prodotti e condizioni operative. Un’acqua conforme può ancora contenere sali, residui organici o microrganismi problematici per una specifica utenza.

Quali parametri vanno controllati prima di riutilizzare un’acqua industriale?

Dipende dalla destinazione. Nei circuiti termici assumono rilievo durezza, alcalinità, silice, cloruri e conducibilità; nei lavaggi finali contano anche residui organici, colore e tendenza a lasciare depositi; nei sistemi con accumulo o ricircolo va valutata la stabilità microbiologica. La selezione dei parametri deve partire dal processo, non da un pacchetto analitico standard.

È sempre necessario installare un trattamento aggiuntivo per il riuso?

No. In alcuni casi l’acqua trattata è già compatibile con un impiego meno sensibile oppure può essere utilizzata dopo miscelazione con acqua primaria. In altri conviene separare a monte una corrente problematica anziché affinare l’intera portata. Un trattamento aggiuntivo ha senso quando risponde a un requisito preciso del processo e quando la gestione dei residui o dei concentrati rimane sostenibile.

Fonti e approfondimenti

U.S. Department of Energy, Best Management Practice #10: Cooling Tower Management; 

European Commission – CORDIS, AQUAFIT4USE: Water in Industry, Fit-for-Use 

Sustainable Water Use in Chemical, Paper, Textile and Food Industry;

U.S. Environmental Protection Agency, 2012 Guidelines for Water Reuse;

FAO–WHO, Safety and Quality of Water Used in Food Production and Processing, 2019; FAO–WHO, Guidelines for the Safe Use and Reuse of Water in Food Production and Processing, 2023;

Cherchi C. et al., “Municipal reclaimed water for multi-purpose applications in the power sector: a review”, Journal of Environmental Management, 2019.