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Processi a membrana: tecnologie innovative nel trattamento e riciclo delle acque reflue Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale Universit degli Studi di CAPANNELLIU niversit di acqua , pur essendo una risorsa rinnovabile, oggi una risorsa limitata. Il bilancio idrico negativo:- il consumo pi veloce della fase di recupero - la quantit di acqua inquinata tende a prevalere su quella primaria NON basta la semplice riduzione dei consumi Universit di irriguiAmbienteDepurazione o Potabilizzazione Usi civiliUsi industrialiUsi industrialiDepurazioneDepurazioneUsi irriguiAmbienteDepurazione o Potabilizzazione Usi civiliUsi industrialiUsi industrialiDepurazioneDepurazioneCiclo attuale di utilizzo dell acquaUtilizzo di acque prelevate direttamente dall ambienteUniversit di Il riciclo delle acque l unica soluzione percorribile per soddisfare le esigenze.

L’acqua, pur essendo una risorsa rinnovabile, oggi è una risorsa limitata. • Il bilancio idrico è negativo: - il consumo è più veloce della fase di recupero

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1 Processi a membrana: tecnologie innovative nel trattamento e riciclo delle acque reflue Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale Universit degli Studi di CAPANNELLIU niversit di acqua , pur essendo una risorsa rinnovabile, oggi una risorsa limitata. Il bilancio idrico negativo:- il consumo pi veloce della fase di recupero - la quantit di acqua inquinata tende a prevalere su quella primaria NON basta la semplice riduzione dei consumi Universit di irriguiAmbienteDepurazione o Potabilizzazione Usi civiliUsi industrialiUsi industrialiDepurazioneDepurazioneUsi irriguiAmbienteDepurazione o Potabilizzazione Usi civiliUsi industrialiUsi industrialiDepurazioneDepurazioneCiclo attuale di utilizzo dell acquaUtilizzo di acque prelevate direttamente dall ambienteUniversit di Il riciclo delle acque l unica soluzione percorribile per soddisfare le esigenze.

2 Le attuali tecnologie permettono un recupero pressoch totale. Il riutilizzo pu essere completo, la legislazione italiana prevede il riuso solo per scopi agricoli ed civiliAmbienteUsi irrigui & IndustrialiUsi industrialiDepurazione o Potabilizzazione DepurazioneNecessit di tecnologie di tecnologie di depurazione depurazione innovative innovative per riciclare ed aumentare il tempo di permanenza dell acqua nell ambienteProspettive: utilizzo programmato delle acqueprimarie e riutilizzo delle acque reflueUniversit di MEMBRANE Sono una barrieraassoluta verso sostanze indesiderate Attuano separazioni a livello molecolare Consentono di depurare e riciclare acque inquinate Permettono di ottenere acqua con la qualit desiderata da destinare al consumo umano partendo da qualsiasi acqua grezzaI processi a membrana: 1) sono divenuti una chiave di volta nello sviluppo ) permettono di ottenere acque con le specifiche desiderate indipendentemente dalla qualit dell acqua di a membrana.

3 tecnologie innovative checonsentono il rcupero delle acque inquinate. Membrana Una membrana pu essere definita come una barrierafisica che consente il passaggio di una o pi specie e impedisce o rallenta quello di di processi a membranaUniversit di Microfiltrazione (MF)Separazione di colloidi, microorganismi, solidi sospesiRichiede pressioni molto basse (<2 bar) Ultrafiltrazione (UF)Separazione di macromolecole con diversa massa molecolareRichiede basse pressioni (<10 bar) Nanofiltrazione (NF)Separazione di zuccheri, sali e purificazione di soluzioniRichiede pressioni inferiori alla OI (<20 bar) Osmosi Inversa (RO)

4 Concentrazione di sali Richiede elevate pressioni (fino a 100 bar)soluzioniMacromolecoleGlobuli lipidiciIoni, zuccheriProteineSospensioni10-21102nm104 UFMFNFROP rocessi a membrana dove la forza motrice data dalla differenza di pressioneMeccanismo di separazione Membrana poroseagiscono come un setaccio consentendo solo il passaggio delle particelle con dimensione inferiore a quella dei pori Sono applicate ad esempio nella MF, UF, dense(non porose) separano le specie in base alla loro differente solubilit e diffusione attraverso lo strato denso della membrana. Sono applicate ad esempio nella OI e di del materiale e delle configurazioni Tubolare Spirale AvvoltaArea filtrante/Volume 101-102 (m2/m3)Area filtrante/Volume 102-103 (m2/m3) Fibra cavaArea filtrante/Volume 103-105(m2/m3)Area filtrante/Volume 102-103 (m2/m3)Universit di m30 m PianaRapporto area superficiale/volume moduli Osmosi inversa - Nanofiltrazione Demineralizzazione Trattamenti di effluenti industriali (tessile, fermentazioni, farmaceutica, etc.)

5 Industria farmaceutica Settore enologico Sieri industria casearia Altri settori dell industria agro-alimentare Trattamento di soluzioni zuccherine Concentrazione di soluzioni organiche Addolcimento di acqua da pozzo, di superficie e di mare Rimozione selettiva di metalli da acqua da pozzo e di superficie Rimozione sostanze organiche solubili Rimozione di specie radioattive da acqua di pozzo e di superficie Percolati di discaricheApplicazioni principaliTrattamento delle acqueProcessibiochimiciIndustria alimentareIndustria chimica, farmaceuticaUniversit di Microfiltrazione/Ultrafiltrazione Brodi di fermentazione Chiarificazione dei liquidi alimentari Industria elettronica Settore enologico Industria farmaceutica Industria agroalimentare Industria meccanica Industria chimica Trattamenti di chiarificazione Bioreattori a membranaUso attuale dell acqua nel mondoAd oggi circa 1.

6 5 miliardi di persone non hanno accesso all acqua potabileUniversit di civileUso agricoloUso industriale30%59%11% NEL MONDO PAESI INDUSTRIALIZZATI PAESI IN VIA DI SVILUPPOIl riutilizzo delle acque attraverso tecnologie innovative a bassi costi una esigenza mondiale per la gestione e salvaguardia della qualit della vitaUniversit di tecnologie a membrana sono divenute fondamentali nel trattamento e riciclo delle acqueSalvaguardare l acqua dall ambiente, depurarla e recuperarlada fonti non convenzionali (falde salmastre, acque inquinate, acqua di mare, reflue, ecc.) un obiettivo fondamentale per la consevazione e valorizzazione degli equilibri ambientaliOsservazioni generaliProcessi a membrana in alternativa ai processi tradizionali di potabilizzazione e trattamento delle acque di scarico Universit di terziariAcque reflueGrigliaturaSedimentazione primariaTrattamento biologicoSedimentazione secondariaBioreattore a membranaScarico o riutilizzoTrattamento acque potabiliTrattamento acque reflueAcqua GrezzaCoagulazionee FlottazioneChiarificazioneFiltrazioneClo razioneMicrofiltrazioneAcqua potabileAcqua GrezzaCoagulazionee

7 FlottazioneChiarificazioneFiltrazioneClo razioneMicrofiltrazioneAcqua potabileMinor consumo di cloroScaricoAcqua grezzaProcesso a membrana MF, UF, NF, OI MF/UF + NF/OI NF +OIAcquaall utenzaTrattamento riciclo, evaporazione chimico-fisico Finiturastabilizzazione igienica lungo la lineaPretrattamento filtrazione controllo temperatura controllo pH aggiunta di additivi MF/UFUso dei processi integrati a membrana nel trattamento delle acqueSchema generale: pretrattamento (filtrazione con filtri o con membrana, controllo pH, ecc.) processo a membrana per le separazioni desiderate stabilizzazione dell acqua sino alla fase di utilizzo finale trattamento del concentratoUniversit di particolari in zone con scarsit d acqua Recupero di acqua da scarichi civili: Per uso civile (acque di servizio, irrigazione, ecc.)

8 Per il consumo umano (dopo diluizione o direttamente)Scarico acqua refluaAcqua all utenza o alla miscelazioneTrattamento(Chimico fisico)Stabilizzazione igienicaTrattamento a fanghi attiviChiarificazione o MF/UFN F / O IUniversit di di impianto di UF per il riciclo di acqua da unimpianto a fanghi attivi tradizionaleUniversit di da riciclare**SF: Filtro sabbia; CF: Filtro a cartuccia 70 m m m /gUniversit di delle acque reflue di una lavanderiaindustriale: ESEMPIO 1 Processo studiato e sviluppato presso il Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale dell Universit di GenovaProcesso tradizionaleProcesso InnovativoUniversit di in fase di applicazione per conto del Consorzio Ligure dei Prodotti Tipici Fiori e Frutta di Imperia attivit di ricerca svolta dal Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale nell ambito del contratto di programma Fiorifrutti.

9 Acque di vegetazioneMicrofiltrazioneOsmosi inversa Acque per l irrigazione Riuso nel lavaggio delle oliveRecupero concentrato da valorizzareTrattamento e riciclo delle acque di vegetazione: ESEMPIO 2 Processi innovativi nel trattamento delle acque reflueMBR = Membrane Biological ReactorUn MBR combina un processo di tipo biologico con un processo di separazione a membrana (generalmente di MF o UF)In pratica la membrana sostituisce la sedimentazione secondaria ed ottimizza il processo di depurazione fanghiPermeatoAcqua refluaAriaScarico fanghiPermeatoAcqua refluaAriaScarico fanghiPermeatoAcqua refluaRiciclo ritentatoBioreattore a membrane immerseBioreattore a membrana a circolazione esternaUniversit di di moduli ad alto rapporto Sup/Volume e a costi sempre decrescenti Universit di dei costi in funzione del cumulativa delle membrane in m2costo - $/kL/giorno installati 198919961992199519901998 ZenonMemcor-SimensKMSU niversit di trattare1000 m3/giornoPermeatoAriaScaricoControlavagg io con

10 Ilpermeatoa < 2 barAlimentiConcentratoFormazione depositoRimozionedello stratodepositatoFiltrazionecon TMP ~ e ..ControlavaggioPermeabilt [l/(m2 h bar)]TEMPOL imite TMPflusso minimobackwashingIntervallodi filtrazioneRecupero flussoCon backwashingLavaggio chimico con frequenze da 3 a 6 mesidipende caratteristiche acqua iniziale TMP procedure di backwashingaDiminuzione del flussosenza backwashinglavaggio chimicocon backflushingfouling reversibileLinea del flusso accettabileModalit di lavoro per controllare la stabilit del flusso nel tempo (Fouling)Depurazionedi reflui domestici mediante MBRA cque refluePretrattamentoSedimentatore primarioFanghi attiviDigestore fanghiEssiccamento fanghi / smaltimentoSedimentatore secondarioFiltro a sabbiaDisinfezioneEffluente finaleScaricoAcqua refluaPretrattamentoSedimentatoreprimari oFanghi attiviFiltrazione a membranaEffluente finaleEssiccamento fanghi / smaltimentoFanghi attiviUso AgricoloNanofiltrazioneOsmosi inversaUso industrialeScarico (aree sensibili)TRADIZIONALEMBRU niversit di di MBR Universit di succes


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