Membrane MBR: tipologie, materiali, applicazioni e vantaggi

I bioreattori a membrana (MBR) sono un tipo di sistema di trattamento delle acque reflue che combina il trattamento biologico con la filtrazione su membrana. Gli MBR vengono sempre più utilizzati per una varietà di applicazioni, tra cui il trattamento delle acque reflue municipali, il trattamento delle acque reflue industriali e il riutilizzo dell'acqua.

Tipi e materiali di membrana MBR

Le membrane MBR sono il componente chiave dei sistemi MBR. Sono responsabili della separazione dell'acqua trattata dal liquore misto nel processo MBR. Esistono due tipi principali di membrane MBR:

Membrane organiche: questi sono il tipo più comune di membrana MBR. Sono realizzati con polimeri come polivinilidene fluoruro (PVDF), polipropilene (PP) e polisulfone (PSf). Le membrane organiche sono relativamente economiche e hanno buone prestazioni.

Membrane inorganiche: queste membrane sono realizzate con materiali come ceramica e metallo. Le membrane inorganiche sono più costose delle membrane organiche, ma sono più resistenti e hanno una durata di vita più lunga.

Tipi di membrane MBR organiche

Fluoruro di polivinilidene (PVDF): Il PVDF è una scelta popolare per le membrane MBR grazie alla sua eccellente resistenza chimica, elevata purezza, resistenza termica e meccanica e buone proprietà di isolamento elettrico. È un fluoropolimero termoplastico ad alte prestazioni, il che significa che è una plastica formata da monomeri di fluoro.

Polipropilene (PP): il PP è un'altra opzione economica con una buona resistenza chimica. È un polimero termoplastico utilizzato in una varietà di applicazioni, tra cui imballaggi, tessuti e parti automobilistiche.

Polisulfone (PSf): il PSf offre buone prestazioni e durata, ma può essere più costoso del PVDF. È un polimero termoplastico utilizzato in una varietà di applicazioni, tra cui dispositivi medici, imballaggi per alimenti e bevande e membrane per la filtrazione dell'acqua.

Tipi di membrane MBR inorganiche

Membrane ceramiche: le membrane ceramiche sono realizzate con materiali come allumina, zirconia e titanio. Sono altamente durevoli e resistenti agli agenti chimici, ma sono anche il tipo più costoso di membrana MBR.

Membrane metalliche: le membrane metalliche sono realizzate con materiali come acciaio inossidabile e titanio. Sono anche altamente durevoli e resistenti agli agenti chimici, ma sono più costose delle membrane ceramiche.

Composizione del processo MBR

I sistemi MBR sono generalmente costituiti dai seguenti componenti:

Serbatoio a membrana: il serbatoio a membrana è il luogo in cui sono alloggiate le membrane MBR.

Serbatoio del liquore misto: Il serbatoio del liquore misto è il luogo in cui avviene il processo di trattamento biologico.

Pompa di ritorno dei fanghi: La pompa di ritorno dei fanghi viene utilizzata per riportare i fanghi dal serbatoio a membrana al serbatoio del liquore misto.

Pompa del permeato: La pompa del permeato viene utilizzata per pompare l'acqua trattata dal serbatoio a membrana.

Applicazioni MBR

Gli MBR vengono utilizzati per una varietà di applicazioni, tra cui:

Trattamento delle acque reflue municipali: gli MBR possono essere utilizzati per trattare le acque reflue municipali per produrre effluenti di alta qualità che possono essere scaricati nell'ambiente o riutilizzati.

Trattamento delle acque reflue industriali: gli MBR possono essere utilizzati per trattare le acque reflue industriali provenienti da una varietà di settori, tra cui quello alimentare e delle bevande, tessile e chimico.

Riutilizzo dell'acqua: gli MBR possono essere utilizzati per produrre acqua di alta qualità che può essere riutilizzata per una varietà di scopi, come l'irrigazione, lo scarico dei WC e il raffreddamento industriale.

Vantaggi degli MBR

Gli MBR offrono una serie di vantaggi rispetto ai tradizionali sistemi di trattamento delle acque reflue, tra cui:

Effluenti di alta qualità: gli MBR producono effluenti di alta qualità che possono essere scaricati nell'ambiente o riutilizzati.

Ingombro ridotto: gli MBR hanno un ingombro ridotto, il che li rende ideali per l'uso in aree con vincoli di spazio.

Basso consumo energetico: gli MBR hanno un basso consumo energetico, il che li rende un’opzione ad alta efficienza energetica per il trattamento delle acque reflue.

Funzionamento semplice: gli MBR sono facili da utilizzare e mantenere.

Configurazioni della membrana MBR

Le membrane MBR sono disponibili in una varietà di configurazioni, tra cui:

Membrane a fibra cava: sono il tipo più comune di configurazione della membrana MBR. Sono costituiti da un fascio di fibre cave sigillate ad un'estremità. Le acque reflue fluiscono attraverso l'interno delle fibre e l'acqua trattata viene raccolta dall'esterno delle fibre.

Membrane piane: queste membrane sono costituite da fogli piani di materiale. Le acque reflue scorrono attraverso la superficie delle membrane e l'acqua trattata viene raccolta dall'altro lato delle membrane.

Membrane avvolte a spirale: queste membrane sono costituite da una configurazione avvolta a spirale. Le acque reflue scorrono tra due fogli di materiale a membrana e l'acqua trattata viene raccolta dal canale del permeato.

Dimensioni dei pori della membrana MBR

Le membrane MBR sono disponibili con una varietà di dimensioni dei pori, tra cui:

Microfiltrazione (MF): le membrane MF hanno una dimensione dei pori tipicamente compresa tra 0,1 e 10 micrometri. Sono efficaci nella rimozione dei solidi sospesi e di alcuni batteri, ma potrebbero non essere adatti a tutte le applicazioni che richiedono un'elevata qualità dell'effluente.

Ultrafiltrazione (UF): le membrane UF, comunemente utilizzate nelle applicazioni MBR, hanno una dimensione dei pori più stretta compresa tra 0,01 e 0,1 micrometri. Possono rimuovere non solo solidi sospesi e batteri ma anche macromolecole, virus e colloidi, ottenendo un effluente di qualità superiore adatto al riutilizzo o allo scarico con normative più rigorose.

Vantaggi delle membrane ceramiche MBR

Come accennato in precedenza, le membrane ceramiche sono un tipo di membrana MBR inorganica nota per:

Elevata durabilità e resistenza chimica: possono resistere ad ambienti difficili con un ampio intervallo di pH (pH 0-14), alta pressione (fino a 10 MPa) e temperature elevate (fino a 350°C). Ciò li rende adatti al trattamento di acque reflue industriali ad alta concentrazione contenenti sostanze chimiche forti.

Flusso elevato e consumo energetico ridotto: le membrane ceramiche spesso presentano portate di permeato (flusso) più elevate rispetto ad alcune membrane organiche. Ciò si traduce in un consumo energetico potenzialmente inferiore per raggiungere la capacità di trattamento desiderata.

Scegliere la membrana MBR giusta

La scelta della membrana MBR più adatta dipende da diversi fattori, tra cui:

Tipo di acque reflue: le caratteristiche specifiche delle acque reflue da trattare, come la sua composizione, il contenuto di solidi sospesi e la presenza di contaminanti, influenzeranno la dimensione dei pori e i requisiti del materiale.

Qualità dell'effluente desiderata: il livello richiesto di qualità dell'effluente per il riutilizzo o lo scarico determinerà la dimensione appropriata dei pori e potenzialmente il materiale della membrana.

Costo operativo del sistema: le membrane organiche come PVDF e PP offrono un equilibrio tra costi e prestazioni, mentre le membrane ceramiche offrono una durata superiore per applicazioni impegnative ma comportano un investimento iniziale più elevato.

Durata del progetto: è necessario considerare la durata prevista del sistema MBR, poiché le membrane ceramiche spesso durano più a lungo delle membrane organiche.