I bioreattori a membrana (MBR)
L’emanazione di normative sempre più restrittive a tutela delle acque spinge verso il continuo miglioramento degli impianti di depurazione con tecnologie avanzate a basso ingombro. La tecnologia MBR (Membrane Bio-Reactor) permette di ottenere effluenti di elevata qualità con notevole risparmio di spazio rispetto ai sistemi tradizionali in quanto la biomassa attiva viene separata dall’effluente depurato per mezzo di membrane anziché con la sedimentazione, che spesso è il punto debole di un impianto di depurazione a fanghi attivi. \cite{aops}\cite{ElNaker_2018}
I sistemi MBR sono ottenuti dall'abbinamento di un sistema di trattamento biologico a fanghi attivi con un processo di filtrazione a membrana. Questi impianti di nuova concezione, oltre ad essere più efficienti rispetto ai fanghi attivi classici, offrono la possibilità di riutilizzare l’acqua depurata che presenta un elevato grado di purezza chimica, fisica e batteriologica \cite{v2012} \cite{Naddeo_2013} . A differenza dei sistemi convenzionali, in cui i solidi e microrganismi sono rimossi per gravità nei sedimentatori e in parte ricircolati nei bioreattori, i sistemi MBR utilizzano unità di filtrazione a membrana per separare i solidi. E’ possibile quindi fare a meno di sedimentatori secondari, in genere molto ingombranti, di unità di filtrazione e di disinfezione terziaria. E’ inoltre possibile lavorare con concentrazioni di SST molto elevate (fino a 15-20 kgSST/m3) di quelle consentite con i sedimentatori (5-6 kgSST/m3), con conseguente riduzione degli ingombri. Il sedimentatore secondario quindi viene sostituito con uno stadio di micro o ultrafiltrazione su membrane \cite{v2012}. L’attraversamento della membrana comporta un meccanismo di filtrazione attraverso cui viene prodotto un permeato o filtrato ossia l’effluente dall’unità di microfiltrazione che riesce a filtrare attraverso i pori della membrana e un concentrato o retentato ossia quella parte di alimentazione che non passa attraverso le membrane e che si deposita nel reattore, venendone periodicamente estratta come fango di supero \cite{v2012}.
Gli impianti MBR presentano quindi vantaggi rilevanti in termini sia di elevata qualità dell’effluente depurato, che di ridotti ingombri planimetrici e volumetrici. Tuttavia però, la realizzazione di tali impianti a scala reale è ostacolata da diversi problemi tra cui quello principale riguardante la formazione del fouling ossia lo sporcamento della membrana, principale responsabile degli elevati costi causati dalla necessità di pulire e/o sostituire le membrane. \cite{Corpuz_2021}
Il fouling di membrana e i suoi precursori :EPS, SMP e TEP
Con il termine fouling viene definito lo sporcamento della superficie esterna o interna della membrana a causa di depositi che sono adsorbiti o che semplicemente si accumulano su di essa durante la fase di filtrazione \cite{Naddeo_2021} \cite{v2012}. Tale termine viene quindi utilizzato per indicare tutti i fenomeni che provocano una riduzione della permeabilità delle membrane e che comporta la necessità di maggiori superfici filtranti, pressioni applicate più elevate, alte velocità di crossflow e frequenti lavaggi (Fig 1.).