Con l‘introduzione, nell‘ultimo decennio, di limiti normativi sempre più restrittivi per lo scarico dei reflui trattati (D. Lgs. 152/2006) o il loro riutilizzo per scopi irrigui e industriali (D. Lgs. 185/2003), si è reso necessario operare interventi di up-grade o di adeguamento degli impianti di depurazione esistenti e l‘utilizzo di tecnologie innovative in grado di assicurare maggiori efficienze depurative. Sono molti infatti, gli impianti di depurazione esistenti che necessitano di un potenziamento per rientrare nei nuovi limiti allo scarico o perché sovraccaricati o per entrambe le cause. Soprattutto dove lo spazio disponibile è limitato, la scelta va orientata verso tecnologie che permettano di ottenere elevate rese depurative con ingombri limitati, come nel caso delle tecnologie dei Bioreattori a membrana MBR (Membrane Biological Reactor): si tratta di sistemi costituiti in sintesi, dall’accoppiamento di un sistema biologico a fanghi attivi con un sistema di filtrazione su membrana, per la separazione della biomassa. L’alta efficacia filtrante delle membrane permette il mantenimento di concentrazioni di fanghi notevolmente superiori ai valori possibili nei sistemi tradizionali, accrescendo quindi la capacità depurativa del sistema con l’aumento dell’età del fango e conseguente riduzione della quantità di fango da smaltire. Altresì consente il rispetto dei limiti batteriologici senza dover ricorrere ai trattamenti di disinfezione.
In generale, l’impianto MBR è particolarmente indicato quando:
- è richiesta un’elevata qualità dell’effluente (es. scarico in aree sensibili),
- è necessario un basso contenuto di SST,
- s’intende riutilizzare l’acqua depurata (ad esempio per scopi irrigui),
- vi è la disponibilità di uno spazio ridotto.
Il sistema MBR può essere facilmente integrato in uno schema di impianto tradizionale in sostituzione della fase di sedimentazione e disinfezione. Il ciclo standard di trattamento si svolge attraverso vari comparti quali: sedimentazione primaria, aerazione, filtrazione liquami. Il funzionamento automatizzato delle varie apparecchiature elettromeccaniche è gestito da un pannello di controllo locale.
Gli MBR trovano oggi sempre maggior applicazione nel trattamento di reflui civili e industriali, grazie anche alla progressiva riduzione dei costi delle membrane, ma 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 inevitabilmente in maggiori costi d’investimento ed operativi rispetto agli impianti convenzionali a fanghi attivi, principalmente a causa della necessità di provvedere al contenimento del fouling delle membrane.
I vantaggi della tecnologia MBR rispetto ai tradizionali sistemi a fanghi attivi si possono così sintetizzare:
- migliore qualità dell’effluente finale, dato che la membrana agisce come una barriera per solidi sospesi e microrganismi, eliminando la necessità di ulteriore filtrazione e della disinfezione dell’effluente finale;
- poter raggiungere e mantenere nei reattori concentrazioni di biomassa molto più alte (fino a 20 g/L) rispetto a quelle normalmente possibili con i trattamenti convenzionali. Ciò riduce in maniera sostanziale il volume del reattore biologico e migliora l’efficienza del trattamento, dato che una maggiore concentrazione di biomassa e un SRT (Solids Retention Time) più alto determina una degradazione più rapida e completa dei nutrienti e dei substrati organici;
- gestire il processo biologico in maniera totalmente indipendente dalle fluttuazioni di carico idraulico entro il massimo flusso ammesso dalla membrana;
- età del fango più alta implica una minore produzione di biomassa, dato che la crescita dei microrganismi è inversamente proporzionale all’età del fango (produzione di fango nell’ordine di 0,04-0,1 kg per ogni kg COD rimosso) mentre lo stesso parametro per il processo dei fanghi attivi tradizionale varia nell’intervallo 0,6-1,0 kgSS/kgCOD;
- minori impegni di superficie per il trattamento dei reflui, data la possibilità di sviluppare in altezza l’unità biologica e l’eliminazione del sedimentatore secondario, normalmente di notevoli dimensioni;
- separazione dei solidi su membrana non influenza da eccesso di batteri filamentosi (bulking), fenomeni di risalita dei fanghi (bulking) e altri problemi di sedimentabilità.
Gli svantaggi della tecnologia MBR rispetto al trattamento biologico tradizionale sono costituiti da:
- maggiori costi di investimento e più elevati consumi energetici a causa soprattutto della necessità di aerazione delle membrane (per la configurazione submerged) e di riciclo del ritenuto (per la configurazione side-stream). La differenza risulta molto meno significativa a parità di qualità dell’effluente finale, cioè se si confronta il processo MBR con un trattamento tradizionale secondario e terziario (entrambi gli stadi vengono di fatto sostituiti dal sistema MBR);
- necessità di grigliare il refluo in ingresso con microstacci di dimensioni 1-2 mm per evitare intasamenti delle membrane da parte di materiale fibroso, capelli, ecc.;
- marcata diminuzione del fattore di scambio dell’ossigeno tra fase gassosa e fase liquida a causa della elevata concentrazione di solidi in vasca. Se si considera che il sistema di aerazione utilizzato per la pulizia delle membrane sommerse fornisce bolle d’aria grossolane, la cui efficienza di trasferimento è bassissima, risulta evidente che il consumo energetico viene ulteriormente incrementato;
- conoscenze relative ridotte sulla vita della membrana (7-10 anni), e quindi dei costi derivanti dalla sostituzione periodica della stessa;
- perdita di efficienza della membrana con il tempo di filtrazione con incremento della resistenza a causa dei fenomeni di fouling. Ciò rende necessaria una periodica pulizia delle membrane, anche mediante impiego di reattivi chimici, con conseguente aumento dei costi operativi e di gestione. Altri problemi possono derivare dal fouling biologico, ovvero crescita batterica incontrollata sulla superficie filtrante, che non solo riduce momentaneamente le prestazioni della membrana, ma contribuisce col tempo anche alla sua degradazione.
