Particelle, incrostazioni e biofouling
Tecnologia a membrana
Particelle
L'inquinamento particellare della membrana può essere definito come materia sospesa e colloidale, che assorbe alla membrana. I solidi ostruiranno la membrana, facendo sì che l'acqua che necessita di trattamento non sia più in grado di passare attraverso. Quando la membrana è ostruita, è necessaria una pressione maggiore per poter eseguire il normale trattamento dell'acqua. Ciò fa aumentare i costi energetici.
Scaling
Il scaling significa la deposizione di particelle su una membrana, provocandone l'otturazione. È un effetto indesiderato che può verificarsi durante i processi di nano filtrazione e osmosi inversa. Il ridimensionamento causa un maggiore consumo di energia e una durata più breve delle membrane, perché queste avranno bisogno di essere pulite più spesso.
La nanofiltrazione e l'osmosi inversa sono processi che vengono spesso applicati per la preparazione di acqua potabile da acque sotterranee o superficiali. Durante questi processi si desidera un'elevata conversione, perché ciò limiterà la perdita di materie prime ed energia. A seconda della conversione, circa il 75-90 percento dell'acqua di alimentazione verrà convertito nel prodotto desiderato.
Durante il processo, il concentrato di membrana assorbe i sali. I sali inorganici, come il carbonato di calcio e il solfato di bario, che sono insolubili in acqua, possono diventare troppo saturi. Questo li fa precipitare. La precipitazione di sali insolubili in acqua sulla membrana è più probabile che si verifichi quando la conversione è elevata.
Il scaling fa diminuire il flusso nominale. Le conseguenze sono, come è stato notato prima, un maggiore utilizzo di energia, un aumento della frequenza di pulizia e una minore durata delle membrane. Ciò renderà il processo di trattamento dell'acqua a membrana molto più costoso.
L'aggiunta di acidi o anticalcare al sistema può impedire la precipitazione dei sali. Gli acidi riducono la saturazione eccessiva del carbonato di calcio, mentre gli antiscalenti riducono i livelli di precipitazione.
Un'unità di filtrazione a membrana funziona in modo ottimale alla massima conversione e una dose minima di acidi e anticalcare, senza il verificarsi di incrostazioni.
Biofouling
La contaminazione biologica, nota come biofouling, si verifica più spesso durante i processi di nano filtrazione e osmosi inversa. Questo perché le membrane non possono essere disinfettate con il cloro, al fine di uccidere i batteri. Il biofouling nelle membrane di nanofiltrazione o osmosi inversa è probabilmente la contaminazione meno compresa che può verificarsi nei sistemi a membrana. Ciò può essere attribuito alla complessa crescita dei batteri microbiologici. Questi microrganismi hanno effetti dannosi, spesso irreversibili sulla nanofiltrazione e sui sistemi di osmosi inversa.
I tipi di microrganismi, i loro fattori di crescita e la concentrazione in un sistema a membrana dipendono fortemente da fattori critici, come la temperatura, la presenza di luce solare, il pH, le concentrazioni di ossigeno disciolto e la presenza di nutrienti organici e inorganici.
I microrganismi possono entrare nel sistema attraverso l'acqua o l'aria, o entrambi.
I batteri aerobici (dipendenti dall'ossigeno) di solito vivono in un ambiente di acqua calda, poco profonda e illuminata dal sole, con un alto contenuto di ossigeno disciolto, un pH compreso tra 6,5 e 8,5 e un'abbondanza di nutrienti organici e inorganici.
I batteri anaerobici (indipendenti dall'ossigeno), d'altra parte, sono solitamente presenti in sistemi chiusi con ossigeno disciolto minimo o nullo e si attivano quando è presente una quantità sufficiente di nutrienti. Può essere materia organica o resti di alghe morte.
Entrambi i tipi di batteri possono essere presenti nello stesso sistema. Ci sono batteri che possono passare da condizioni aerobiche a condizioni aerobiche e viceversa. La loro natura dipende dallo stato dell'acqua.
Uno dei tipi più abbondanti di biofouling ha origine durante il pretrattamento dei sistemi di osmosi inversa e in parti di sistemi a membrana che possono favorire la crescita delle alghe. Le parti del sistema a membrana che sono esposte alla luce solare o contengono acqua naturale possono causare l'espansione della crescita delle alghe.
La luce solare gioca un ruolo importante nel processo di fotosintesi per la crescita delle alghe. La quantità di luce solare determina la quantità di ossigeno prodotta. I batteri aerobici, che dipendono dall'ossigeno, necessitano dell'ossigeno prodotto dalle alghe quando il contenuto di ossigeno disciolto nell'acqua di alimentazione non è sufficiente alle quantità necessarie per svolgere il metabolismo.
Mentre le alghe muoiono diventano una fonte di cibo per i batteri, perché rilasciano i nutrienti organici di cui i batteri hanno bisogno per la crescita in un sistema a membrana.
Un altro tipo di biofouling in un sistema a membrana è l'attaccamento di batteri alle pareti interne delle condutture. Gli angoli e i vicoli ciechi sono posizioni in una tubazione in cui i batteri possono assorbire.
Dopo che i batteri si sono assorbiti su una parete, si formano le prime parti di un biofilm. Il biofilm aumenterà di dimensioni mentre i batteri continuano a moltiplicarsi e mentre la materia organica morta viene assorbita dalle strutture del biofilm. Nonostante il fatto che i biofilm influenzino il flusso dell'acqua, attira comunque piccoli solidi sospesi e microrganismi. I depositi di biofilm diventano un insieme forte e coerente che è molto difficile da rimuovere. Alla fine, parti del biofilm verranno rilasciate e diffuse attraverso i componenti del sistema, comprese le membrane. Quando sono attaccati alle membrane, i microrganismi iniziano a moltiplicarsi, utilizzando i nutrienti presenti nell'acqua di alimentazione. Di conseguenza si svilupperà un bio film sulle membrane, che ingombrerà il flusso dell'acqua di alimentazione attraverso la membrana. Ciò si traduce in una pressione più elevata, che causa maggiori costi di sistema e danni irreparabili alle membrane.
Accade anche che alcuni materiali della membrana siano ambienti adatti alla crescita di microrganismi, il che causerà la completa distruzione della membrana in un breve periodo di tempo.
