Combinazione di ultrafiltrazione a membrane, sonicazione ed adsorbimento: un processo innovativo per il trattamento delle acque

Abstract

Nell’ultimo decennio, l’introduzione di limiti normativi più restrittivi per lo scarico di acque reflue (D. Lgs 152/06) e l’emanazione di norme mirate al riutilizzo dei reflui depurati (D. Lgs 185/03) hanno posto l’esigenza di realizzare interventi di up-grade degli impianti di depurazione esistenti, questi ultimi spesso caratterizzati dall’assenza di trattamenti terziari. Tra i vari trattamenti avanzati delle acque reflue, la filtrazione a membrana sta riscontrando sempre più largo impiego poiché garantisce elevati rendimenti di depurazione a fronte di piccole superfici d’ingombro. Il principale svantaggio di questo processo è la formazione del fouling (o “sporcamento” della membrana). Questo fenomeno, generato dall’accumulo di particelle e di microrganismi all’interfaccia solido-liquido, provoca una perdita di funzionalità del sistema. Numerosi studi sperimentali mirano alla ricerca di un metodo che possa garantire una riduzione sostanziale della formazione del fouling sia agendo sulla rimozione della principale causa, ovvero la sostanza organica (NOM), sia impiegando processi di pulizia in grado di disgregare il cake layer che si forma sulla superficie della membrana. Lo studio sperimentale di seguito descritto ha come obiettivo principale l’implementazione di un processo innovativo combinato che consenta di contrastare e ridurre il problema del fouling sulle membrane e di migliorare i rendimenti di depurazione consentendo un possibile riutilizzo del refluo depurato, per scopi irrigui o industriali. Il trattamento utilizzato combina il processo fisico, qual è quello di filtrazione a membrane, con trattamenti di natura chimico-fisica quali la sonicazione e l'adsorbimento. Il processo combinato (US-A-ME®) con l'impiego di ultrasuoni (US), adsorbimento (A) e filtrazione su membrane (ME) è stato ideato per garantire un’efficace pulizia delle membrane, una significativa rimozione della NOM ed una più lenta saturazione del materiale adsorbente. Questo lavoro, che ha portato al deposito di un brevetto industriale italiano, è ad oggi il primo studio sperimentale che mostra gli effetti sinergici dei tre processi. Sulla base di uno studio approfondito dei dati di letteratura delle principali ricerche ed applicazioni relative ai singoli processi ed all’accoppiamento combinato degli stessi sono stati scelti i parametri operativi del processo. L’attività sperimentale è stata suddivisa in tre parti: lo studio del processo ad ultrasuoni isolato ed in combinazione con l’adsorbimento su carboni attivi, per la rimozione della sostanza organica; l’implementazione del processo US-A-ME® sul trattamento di acque superficiali; l’analisi del medesimo processo sul trattamento delle acque reflue. La prima e l’ultima parte della sperimentazione sono state realizzate presso il Laboratorio di Ingegneria Sanitaria (SEED - Sanitary Environmental Engineering Division) dell’Università degli Studi di Salerno. La seconda, invece, presso i Laboratori del Dipartimento di Ingegneria Civile ed Ambientale dell’Università di Washington a Seattle (WA, USA). La stretta collaborazione con l’Università di Washington ha permesso l’acquisizione dell’esperienza decennale del gruppo di lavoro guidato dal prof. Mark M. Benjamin, sia sui sistemi di filtrazione a membrane che sui processi di adsorbimento, realizzati in particolare con l’impiego di un innovativo materiale adsorbente a base di alluminio (HAOPs). Nelle prove sperimentali di filtrazione, eseguite sia in configurazione dead-end che cross-flow, sono state utilizzate membrane di ultrafiltrazione. Gli ultrasuoni sono stati generati con un bagno ultrasonico con frequenza variabile (35-45-130 kHz) ed una potenza nominale massima di 800W. Come materiale adsorbente è stata utilizzato l’HAOPs. In tutte le prove sono state misurate la pressione di transmembrana (TMP), come parametro indicatore della formazione di fouling e la NOM, in modo da poterne stabilire i rendimenti di rimozione. I risultati hanno evidenziato che, per entrambe le tipologie di acque trattate, il processo combinato US-A-ME risulta molto più efficace rispetto ai singoli processi, sviluppando effetti sinergici sia in termini di incremento più lento delle TMP che di riduzione della NOM. In conclusione, il trattamento combinato US-A-ME si presenta come una valida alternativa ai convenzionali processi di affinamento delle acque reflue. [a cura dell'Autore]