Introduzione
Con il passare degli anni c’è stato un continuo sviluppo nell’ambito del trattamento di depurazione delle acque reflue, il trattamento convenzionale è rappresentato dal processo a fanghi attivi, ma con i vari aggiornamenti e modifiche normative si sono fatte largo nuove tecnologie.
I bioreattori a membrane (MBR) rappresentano un’alternativa all’impianto a fanghi attivi. Questa si basa sull’utilizzo contemporaneo di processo biologico e processo fisico di filtrazione attraverso membrane, con la conseguente scomparsa del sedimentatore all’interno dell’impianto (\citealp*{pirozzi2012}). Il sistema MBR comporta dei vantaggi rispetto ai processi a fanghi attivi, tra questi si riportano \cite{pirozzi2012}:
- Migliore qualità dell’effluente;
- Minori volumi;
- Minor produzione di fanghi;
- Può essere introdotto per adeguare un impianto già esistente.
Oltre, i vantaggi, il processo MBR presenta degli svantaggi, tra cui \cite{pirozzi2012}:
- Necessità di un pre-trattamento;
- Costi energetici elevati;
- Costi delle membrane;
L’impianto MBR necessita di un pre-trattamento, per eliminare i solidi di maggiore dimensione per evitare che questi vadano subito ad intasare la superficie della membrana \cite{belgiorno2012}. I costi energetici elevati sono legati al controllo del fouling. Il fouling (incrostazione) della membrana è dovuto alla deposizione delle particelle di fango sulla superficie e all’intasamento dei pori (\citealp*{metcalf2003};\cite{Borea_2018}). Il costo delle membrane, nonostante si sia ridotto negli anni grazie alla loro diffusione, rappresenta un’importante aliquota dei costi di impianto \cite{Krzeminski_2017}. L’utilizzo di membrane dinamiche auto-formanti rappresenta una tecnologia alternativa al sistema MBR convenzionale in quanto in grado di eliminare i principali svantaggi che tale tecnologia presenta \cite{Millanar_Marfa_2021}. La tecnologia delle membrane dinamiche auto-formanti (SFDM) è basata sull’utilizzo di materiale di supporto a basso costo con porosità elevata che va dai 20 ai 100 μm \cite{Mahat_2018}. I materiali utilizzati in letteratura sono tessuto non tessuto, tessuto, rete in acciaio inossidabile, rete di nylon, rete di dacron, tessuto filtrante e tubo di ceramica \cite{Zhang_2013}. La membrana che si va a formare al di sopra del materiale di supporto si può suddividere in due strati: uno strato superiore di torta e uno inferiore di gel.
La qualità dell’effluente varia al variare delle fasi di formazione, nella fase iniziale essa risulta scarsa, il filtrato si mostra molto denso tale che dovrebbe essere ricircolato nel reattore per essere scaricato \cite{Fan_2002}. Una volta che la membrana si è formata viene raggiunta un’ottima qualità con concentrazione di SS vicino allo zero, successivamente a causa dell’intasamento del modulo SFDM, lo spessore aumenta e il flusso tende a ridursi, perciò bisogna interrompere il funzionamento e procedere alla pulizia \cite{Fan_2002}.
Di recente l’applicazione dei processi elettrochimici negli MBR ha rappresentato un’ottima tecnica per il controllo del fouling, essi vengono attuati grazie all’introduzione di due elettrodi perforati immersi nel refluo \cite{Mutamim_2012}.
L’applicazione di una corrente provoca dei cambiamenti fisico-chimici nel refluo, con il trasporto di particelle mediante elettrolisi, elettro-migrazione, elettro-osmosi ed elettro-foresi \cite{Acar_1993}; \cite{Acar_1995}; \citealp*{1994}). L’elettrolisi dell’acqua produce ioni idrogeno nella parte dell’anodo e ha inizio il meccanismo di elettro-migrazione, ovvero il trasporto di ioni dovuto alla presenza del campo elettrico \cite{Kim_2002}. Il movimento delle particelle cariche verso l’elettrodo con carica opposta è detto elettro-foresi \cite{Kim_2002}. L’elettro-foresi e l’elettro-osmosi sono i fenomeni fondamentali nell’elettrocinetica \cite{Kim_2002}. L’elettro-osmosi consiste nel flusso di un liquido ionico per effetto del campo elettrico \cite{Kim_2002}, questo meccanismo provoca la rimozione dell’acqua legata all’interno dei fiocchi\cite{Kim_2002}, la quale riduce la resistenza alla filtrazione \cite{Ibeid_2013}. Un altro dei processi principali è l'elettrocoagulazione che provoca la formazione di fiocchi più grandi ottenuti dall'assorbimento degli inquinanti i quali riescono ad essere trattenuti dalla membrana \cite{Ibeid_2013}, esso è stato utilizzato anche per il trattamento dei contaminanti emergenti (EC) \cite{Ensano_2017}\cite{Ensano_2019}\cite{Naddeo_2013}.