Particelle, sfaldatura e biofouling

Particelle

L'inquinamento della membrana da perte di particelle può essere individuato come materia sospesa e colloidale, che viene assorbita dalla membrana. I solidi intasano la membrana, facendo in modo che l'acqua che deve essere trattata non può più
attraversarla. Quando la membrana è tappata, maggiore pressione è necessaria per poter realizzare l'usuale trattamento delle acque. Ciò causa un aumento dei costi energetici.

Sfaldatura (scaling)

Sfaldatura (scaling) significa deposito delle particelle su una membrana, causandone l'intasamento. È un effetto indesiderabile che può accadere durante la nano filtrazione ed i processi di osmosi inversa. La sfaldatura causa un impiego di energia più alta e una durata inferiore delle membrane, perché esse dovranno essere pulite più spesso.

La nano filtrazione e l'osmosi inversa sono processi che spesso applicati nella preparazione dell'acqua potabile dall'acqua di superficie o dall'acqua freatica. Durante tali processi si desidera un'alta conversione, perché cio' limiterà la perdita di materie prime ed energia. A seconda della conversione, circa il 75 - 90 % dell'acqua di alimentazione viene convertito nel prodotto voluto.
Durante il processo, il concentrato della membrana assorbe i sali. Sali inorganici, quali il carbonato di calcio ed il solfato di bario, che sono insolubili in acqua, possono essere sovrasaturati. Ciò li induce a precipitare. E' piu' facile che avvenga precipitazione dei sali insolubili in acqua sulla membrana quando la conversione è alta.

Lo scaling induce una riduzione nel flusso nominale. Le conseguenze sono, come è stato notato prima, un uso di maggiore energia, un aumento della frequenza di pulizia e una durata minore delle membrane. Ciò induce il processo di trattamento delle acque con membrane a diventare molto più costoso.
Aggiungendo gli acidi o gli anti-scalanti al sistema si può impedire la precipitazione dei sali. Gli acidi fanno diminuire la sovra-saturazione del carbonato di calcio, mentre i anti-scalanti fanno diminuire i livelli di precipitazione.
Un'unità di filtrazione attraverso membrana effettua ottimamente una conversione massima con una minima dose di acidi e
anti-scalanti, senza la formazione di sfaldatura.

Biofouling

La contaminazione biologica, nota come biofouling, si presenta il più spesso durante la nano filtrazione ed i processi di osmosi inversa. Ciò avviene perché le membrane non possono essere disinfettare con cloro, per per uccidere i batteri. Il biofouling nella nano filtrazione o nelle membrane di osmosi inversa è probabilmente la contaminazione meno compresa che può formarsi nei sistemi di membrane. Ciò può essere attribuito allo sviluppo complesso di batteri microbiologici. Tali microrganismi hanno effetti dannosi, spesso irreversibili sulla nano filtrazione e sui sistemi ad osmosi inversa.
I tipi di microrganismi, i loro fattori di sviluppo e la loro concentrazione in un sistema a membrana dipendono notevolmente da fattori critici, quali la temperatura, la presenza di luce solare, il pH, i tenori in ossigeno dissolto e la presenza di sostanze nutrienti organiche ed inorganiche.
I microrganismi possono entrare nel sistema attraverso acqua o aria, o entrambi.
I batteri aerobici (dipendenti dall'ossigeno) vivono solitamente in un ambiente di caldo, acqua assolata e poco profonda, con un elevato tenore di ossigeno dissolto, un pH di 6.5 - 8.5 e di un'elevata quantita' di sostanze nutrienti organiche ed inorganiche.
I batteri anaerobici (indipendenti dall'ossigeno), d'altra parte, sono solitamente presenti nei sistemi chiusi con una quantita' di ossigeno disciolto ridotta o assente e diventano attivi quando e' presente una quantità sufficiente di sostanze nutrienti. Ciò può essere materia organica o il i resti di alghe morte.
Entrambi i tipi di batteri possono essere presenti all'interno dello stesso sistema. Ci sono batteri che possono adattarsi a circostanze aerobiche ed aerobiche e viceversa. La loro natura dipende dallo stato dell'acqua.

Uno dei tipi più abbondanti di biofouling inizia durante il pre-trattamento dei sistemi ad osmosi inversa e in parti dei sistemi a membrana che possono favorire lo sviluppo delle alghe. Le parti del sistema a membrana che sono esposte a luce solare o contengono acqua stagante possono indurre lo sviluppo e l'espansione delle alghe.

La luce solare svolge un ruolo importante nel processo di fotosintesi per lo sviluppo delle alghe. La quantità di luce solare determina la quantità di ossigeno prodotta. I batteri aerobici, che sono dipendenti dall'ossigeno, hanno bisogno dell'ossigeno prodotto dalle alghe quando il tenore di ossigeno dissolto nell'acqua di alimentazione non soddisfa gli apporti di cui necessitano per le prestazioni metaboliche. Quando le alghe muoiono si transformano in una fonte alimentare per i batteri, perché liberano le sostanze nutrienti organiche di cui i batteri hanno bisogno per crescere in un sistema a membrana.

Un altro tipo di biofouling in un sistema a membrana è l'attaccamento dei batteri alle pareti interne delle condutture. Gli angoli e le estremita' cieche sono parti in una conduttura a ciu i batteri possono attaccarsi.
Dopo che i batteri si attaccano ad una parete, si forma la prima parte del biofilm. Il biofilm aumenterà di dimensioni mentre i batteri continueranno a moltiplicarsi e mentre la materia organica morta assorbira' le bio-strutture della pellicola. Nonostante il fatto che i biofilm influenzino il flusso dell'acqua, esso attrae ancora piccoli solidi sospesi e microrganismi. I depositi di biofilm diventano un insieme forte, intero e copatto che è molto difficile da rimuovere. Infine, le parti di biofilm saranno liberate e diffuse attraverso le componenti del sistema, comprese le membrane. Quando sono fissate alle membrane, i microorganismi iniziano a moltiplicarsi, usando le sostanze nutrienti che sono presenti nell'acqua di alimentazione. Di conseguenza un biofilm si svilupperà sulle membrane, che ostacola in passaggio acqua alimentata attraverso la membrana. Ciò provoca un'innalzamento della pressione, che provoca più alti costi di sistema ed danneggia irreparabilmente le
membrane.
Accade persino che alcuni materiali della membrana sono ambienti adatti per lo sviluppo di microrganismi, e cio' provoca la completa distruzione della membrana in un breve periodo di tempo.

Tecnologia di membrana