Analisi di un impianto MBR a cicli alternati anossico/aerobico

I Bioreattori a membrana (MBR), costituiti dall’accoppiamento di un sistema biologico a fanghi attivi con un sistema di filtrazione su membrana, per la separazione della biomassa, sono tra i sistemi di depurazione, per via biologica, che hanno riscosso maggior interesse. Gli MBR presentano indubbi vantaggi, in termini sia di elevata qualità dell’effluente depurato che di ridotti ingombri planimetrici e volumetrici, che li rendono adatti in molte situazioni, quali quelle ove si rende necessaria l’attuazione di interventi di adeguamento e/o potenziamento ai sensi del Decreto Legislativo 152/06, ovvero ove è richiesto il rispetto di standard di qualità idonei a consentire il riutilizzo dell’effluente depurato in ambito agricolo o all’interno del ciclo produttivo di processi industriali. Benché siano sempre più numerosi gli studi riguardanti la caratterizzazione del sistema MBR, la progettazione di impianti a scala reale resta piuttosto empirica a causa della complessità nell’interpretazione delle interazioni tra la biomassa e le membrane filtranti: ciò si traduce in maggiori costi d’investimento ed operativi rispetto agli impianti convenzionali a fanghi attivi, principalmente correlati al contenimento del fouling delle membrane. L‘attenzione del mondo scientifico è oggi pertanto volta prevalentemente alla caratterizzazione del fouling e alla definizione di strategie operative che siano in grado di minimizzarne la formazione nel tempo.
Il fouling è sensibilmente influenzato dalla tipologia di materiali e dalla configurazione delle membrane filtranti, oltre che dalla miscela liquida, di natura complessa perché ricca di colloidi, fango biologico e macromolecole disciolte. Le componenti macromolecolari, denominate generalmente "Sostanze Polimeriche Extracellulari" (EPS), sono il prodotto della secrezione attiva delle mucose delle cellule microbiche; possono inoltre derivare dal rilascio di materiale dalla superficie cellulare o dalla lisi cellulare. Le EPS includono polisaccaridi, proteine, acidi nucleici, lipidi e altri polimeri che si rinvengono sulla superficie cellulare dei singoli microrganismi e nello spazio intercellulare degli aggregati microbici. Nel mondo scientifico è oggi consolidata l‘opinione secondo cui le EPS siano tra le maggiori responsabili del fouling delle membrane. Nel tentativo di approfondire le conoscenze concernenti i meccanismi di evoluzione del fouling, la dipendenza dalle caratteristiche chimico-fisiche dei reflui trattati e dalle condizioni idrodinamiche instauratesi nel sistema, gli studi scientifici descritti in letteratura vedono spesso l‘impiego di moduli di filtrazione a membrana di dimensioni ridotte e di composti indicatori (model foulants), che consentono, in maniera semplificata, la riproduzione in laboratorio delle condizioni reali, l‘analisi dei fondamentali meccanismi di fouling e l‘applicazione delle più avanzate tecniche analitiche e di caratterizzazione.
Da un paio di decenni a questa parte, è stato dimostrato un particolare interesse scientifico verso le tecniche a cicli alternati; infatti, realizzando un’aerazione intermittente in un processo MBR convenzionale, alle già elevate prestazioni offerte dal sistema a membrane, si aggiungono elevate rese di rimozione dei nutrienti, con il grande vantaggio di avere un unico bacino piuttosto che comparti separati come per i convenzionali processi di rimozione dei nutrienti (BNR).
In riferimento a quanto esposto, l’attività è stata suddivisa in due campagne sperimentali ed ha avuto quali principali obiettivi, nella prima campagna sperimentale, lo studio dell’influenza dell’aerazione intermittente nel comparto biologico di un sistema MBR in configuarazione di tipo misto, le correlazioni tra l’alternanza di cicli aerobici e anossici nel bioreattore e le prestazioni depurative.
La seconda campagna sperimentale è stata suddivisa in due periodi si studio in cui l’impianto ha assunto due differenti configurazione. In merito agli obiettivi preposti è stato condotto un confronto, in termini di prestazioni, con un bioreattore denitro-nitro e uno a a cicli alternati. E’ stata posta particolare attenzione sulla produzione delle EPS, ritenute tra le cause primarie del fouling della membrana, ed è stato effettuato un confronto delle due configurazioni studiate.