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Tecnologie innovative per la depurazione e il riutilizzo delle acque: progettazione di un impianto MBR con membrane ceramiche

Informazioni tesi

  Autore: Pietro Difonzo
  Tipo: Tesi di Laurea Magistrale
  Anno: 2010-11
  Università: Università degli Studi di Bologna
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Chimica
  Relatore: Carlo Gostoli
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 136

La difficoltà di soddisfare le crescenti domande d’acqua con le risorse idriche tradizionali (acque superficiali e acque sotterranee) induce a fare ricorso a risorse idriche “non convenzionali”, e tra queste in particolare alle acque reflue urbane trattate: provenienti dagli usi domestici, dai servizi cittadini e da attività artigianali raccolte dai sistemi fognari e trattate per il successivo scarico in corpo idrico ricettore.

Le acque reflue urbane appaiono dunque come risorsa idrica di grande interesse, in particolare per l’irrigazione, a patto che sia verificato di volta in volta se esse possiedano caratteristiche idonee per tale uso: prima dello scarico le acque reflue devono essere raccolte e trattate per essere riportare ai requisiti di qualità minimi previsti dalle normative vigenti.

Nel presente elaborato sarà trattata la tecnologia MBR (dall’inglese, Membrane BioReactors): una delle tecnologie che negli ultimi anni ha dato risultati confortanti nel trattamento dei reflui, con l’obiettivo di riutilizzare i reflui trattati per scopi duali.

Nata negli anni ’90, dall’abbinamento di un sistema biologico a biomassa sospesa tradizionale di rimozione biologica degli inquinanti con un processo di filtrazione a membrana permette di ottenere reflui con un elevato standard di qualità.
Gli studi di ricerca si sono sempre orientati negli ultimi anni verso un maggiore approfondimento degli aspetti tecnici legati al perfezionamento delle caratteristiche dell’elemento filtrante (geometria, configurazione, orientamento e tipologia di materiale), tali da ottimizzare in maniera sinergica il decorso del processo di rimozione microbiologica degli inquinanti.

In questo elaborato sarà descritta dapprima la separazione a membrana, facendone una breve panoramica sulle tipologie dei processi sviluppatisi in ambito industriale, sino a inquadrare l’applicazione al settore della microfiltrazione per l’affinamento delle acque reflue. Con riferimento alla microfiltrazione saranno presentati i parametri di processo utili per definire le performance del sistema, e necessari in fase di dimensionamento dello stesso.

Seguirà la tematica del trattamento dei reflui, descrivendo la successione dei trattamenti spesso impiegati affinché un refluo possieda le caratteristiche richieste per lo scarico in corpi idrici superficiali o sul suolo con riferimento alla legislazione europea in materia di riutilizzo acque reflue.
Sarà illustrato il quadro completo dei provvedimenti legislativi avviati con l’emanazione della Direttiva Comunitaria dei primi anni ‘90 e recepite dallo Stato italiano negli anni successivi sino all’introduzione del D.M. n. 185/2003.

In seconda analisi si descriverà il sistema MBR, riportando gli aspetti teorici di base del processo, ivi incluse le classificazioni tipiche dei moduli a membrana e i principali schemi di processo utilizzati; approfondendo le caratteristiche di un nuovo modello di modulo a membrana (CFM Systems®), a geometria piana in materiale ceramico (sviluppato dalla ItN Nanovation AG).

Infine si presenterà il primo impianto privato, di trattamento dei reflui a servizio di un complesso residenziale costituito da quaranta appartamenti dalla potenzialità complessiva di 200 A.E. in località Sant’Enea (PG) con tecnologia MBR a membrane ceramiche.

La presentazione dell’impianto in questione avverrà mediante la progettazione, realizzata in collaborazione con Ecologia Soluzione Ambiente S.p.A., della linea completa di trattamento, nel quale una frazione dell’acqua di scarico depurata sarà utilizzata per irrigazione.
L’impianto pilota ha come obiettivo secondario, quello di verificare le assunzioni di progetto e ottimizzare le procedure operative ai fini di realizzare una progettazione ad hoc in merito alla nuova tecnologia; in quanto ad oggi non si dispongono esperienze su impianti MBR con membrane ceramiche.

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8 CAPITOLO 1 LE TECNOLOGIE A MEMBRANA Considerazioni generali I processi a membrana hanno trovato largo impiego in una serie di applicazioni a partire dagli anni ‘70, quando si è affermata la dissalazione delle acque marine e salmastre mediante osmosi inversa, a seguito dell’invenzione delle membrane asimmetriche per merito di Löeb e Sourirajan (Coulson J.M., Richardson J.F, 2002). In molti settori produttivi le tecnologie a membrana possono validamente sostituire le tecniche di separazione tradizionali o integrarsi con esse in processi ibridi. I vantaggi sono legati a minori consumi energetici, minore uso di sostanze chimiche, minore produzione di reflui, maggiore compattezza degli impianti. Membrane possono essere combinate a reattori o bioreattori aumentandone la resa. È ampiamente riconosciuto che le membrane possono contribuire significativamente all’intensificazione della miniaturizzazione dei processi, per uno sviluppo sostenibile, meno energivoro e più rispettoso dell’ambiente. Fra le applicazioni consolidate, oltre alla già citata osmosi inversa, si richiama la nanofiltrazione, l’ultrafiltrazione, la microfiltrazione, la separazione di miscele gassose, mentre sono in rapido sviluppo i contattori a membrana. (Reed B.W., 1985) Rientrano fra i processi a membrana la dialisi, che ha applicazione essenzialmente in ambito medico, e l’elettrodialisi per la demineralizzazione di miscele liquide. Recentemente le membrane hanno trovato applicazione anche nel settore della depurazione acque di scarico di processi industriali, nonché per la depurazione degli

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