BRM (Reattore biologico a membrana) per depurazione biologica acque reflue


L'entrata in vigore del Decreto Legislativo 258/00 in recepimento delle Direttive Comunitarie 271/91 e 676/91 e del recente Decreto del Ministero dell'Ambiente e della Salute del Territorio n. 185 del 12 giugno 2003 recante le norme tecniche per il riutilizzo delle acque reflue, ha comportato l'introduzione di limiti normativi più restrittivi per quanto riguarda la rimozione dei nutrienti dalle acque reflue.


In particolare, il concetto di 'area sensibile' inteso come corpo idrico ricettore esposto al rischio di eutrofizzazione ha posto l'esigenza di interventi di adeguamento degli impianti di depurazione esistenti, spesso caratterizzati unicamente da comparti di ossidazione biologica dei composti organici.


Tuttavia, questa necessità di potenziamento tende a scontrarsi con la sempre minore disponibilità di superficie per la realizzazione di processi di depurazione a fanghi attivi convenzionali, favorendo il crescente interesse degli operatori per alcune tipologie di trattamento in grado di compattare le volumetrie di processo e di ottimizzare la qualità dell'acqua depurata, al tempo stesso rendendo semplice la gestione degli impianti.


I reattori biologici a membrana (MBR, dall'inglese Membrane Biological Reactor o BRM, bioreattore a membrana) derivano dall'accoppiamento dei tradizionali processi a biomassa sospesa con i processi di filtrazione su membrane microporose o ultraporose, a seconda delle dimensioni nominali dei pori. I maggiori vantaggi legati a questa tecnologia vanno ricercati nella possibilità di eliminare l'unità di sedimentazione a valle del comparto biologico e tutti i vincoli gestionali ed operativi ad essa connessa.


La sostituzione del comparto di sedimentazione con un comparto di filtrazione su membrane comporta:


  • Una notevole riduzione dell'ingombro planimetrico dell'impianto di depurazione, dovuta sia alla scomparsa del sedimentatore che all'incremento della concentrazione di solidi sospesi nel reattore biologico;
  • La possibilità di gestire il processo biologico in maniera totalmente indipendente dalle fluttuazioni di carico idraulico (il tempo di residenza cellulare ed il tempo di ritenzione idraulica sono completamente svincolati tra loro);
  • La diminuzione dei fanghi di supero associata ai più alti valori di età del fango;
  • L'eliminazione dei problemi di sedimentabilità del fango soliti degli impianti a fanghi attivi tradizionali;
  • Il sensibile miglioramento delle caratteristiche qualitative dell'effluente, compatibili con il potenziale riuso dell'acqua depurata.



Membrane per installazione immersa nella vasca di ossidazione

Membrana polimerica a fibra cava: porosità 0.1 micron e diametro interno delle fibre 0.3 mm.


Membrane per installazione esterna alla vasca di ossidazione

Membrana polimerica tubolare: porosità 0.03 micron, diametro canali 8 mm.

Membrana ceramica: porosità 0.05 micron, diametro equivalente canali 3.5-6 mm.


Membrana polimerica a fibra cava sommersa

I moduli di filtrazione sono costituiti da fibre cave supportate su di un robusto telaio in acciaio inossidabile e collegate per mezzo di collettori in PVC.


La struttura di sostegno dei moduli serve per dare rigidezza al sistema. L’altezza di tale struttura è tale da garantire comunque che le fibre rimangano piuttosto “morbide”, cioè in grado di muoversi sotto l’azione dell’aria che viene insufflata da sotto il modulo; i moduli integrano infatti un secondo collettore per la distribuzione dell’aria sotto le fibre per mezzo di soffiante.


L’aria, scorrendo sotto forma di bolle lungo le fibre, genera attorno ad esse un regime turbolento che aiuta a mantenere pulite le fibre stesse.


I moduli vengono completamente immersi nelle vasche di ossidazione (o meglio in appositi comparti in esse ricavati e mantenuti in comunicazione per mezzo di valvole, in modo da poter essere separati per operazioni di manutenzione).

Tipicamente ogni sistema oltre al modulo di membrane prevede:


  • Una pompa di estrazione permeato (ed eventuale aria intrappolata all'interno delle fibre), reversibile ed in grado di creare 0.4 - 0.5 bar in aspirazione. Tale pompa creerà una depressione nei connettori di testa dove le fibre sono sigillate con resina epossidica.
  • Un sistema di aerazione per fornire l'aria alle membrane. L'aria è fornita sottoforma di bolle grosse tramite appositi diffusori sistemati sotto i moduli a membrana.
  • Un circuito "clean in place", con serbatoio per i prodotti di lavaggio ed eventuale pompa dedicata.
  • Eventuale sistema di controlavaggio.


Nel caso dei bioreattori a membrane sommerse vengono rimpiazzati gli stadi di sedimentazione finale e di filtrazione su sabbia, risolvendo tutti i problemi di scarsa sedimentabilità dei fanghi attivi. Ciò permette pure di lavorare con concentrazione del fango nelle vasche di ossidazione molto maggiori rispetto ai sistemi tradizionali (fino a 8-10 gMLSS/l contro i tradizionali 4 gMLSS/l), con tutti i vantaggi correlati.


Membrana polimerica tubolare esterna

Principali caratteristiche membrane tubolari:


MATERIALE MEMBRANE:
PVDF
POROSITÀ: 
0.03 micron
DIAMETRO TUBI:
5-8-10 mm
PRESSIONE MAX :
8 bar
CONDIZIONI LAVAGGIO (pH):
2
CONDIZIONI LAVAGGIO (TEMPERATURA):
Tmax=60°C
CONTROLAVAGGIO: 
SI


Le membrane tubolari sono caratterizzate da bassa resistenza idraulica e di conseguenza un'alta permeabilità, anche a basse pressioni di esercizio. La filtrazione avviene dall'interno delle fibre verso l'esterno e, viste le dimensioni dei canali, tale processo è sostenibile anche per alte concentrazioni di solidi sospesi (20 gr/l di fango biologico), senza pericolo di ostruzioni ed intasamenti. Sono disponibili costruzioni diverse dallo standard. I diametri interni delle fibre disponibili vanno dai 5 mm ai 12 mm.

Le membrane tubolari sono incapsulate in moduli cilindrici in fibra di vetro con sigillatura in resina epossidica.

La configurazione impiantistica è quella a flusso tangenziale, cioè con il fluido pompato nel modulo. Gli sforzi di taglio sulle pareti interne delle fibre dovuti al passaggio del fluido controllano la formazione di quel deposito che andrebbe a limitare la permeabilità. E' inoltre possibile, utilizzando tecniche diverse, l'introduzione di bolle d'aria all'interno delle fibre, aumentando ulteriormente i flussi di permeato ottenibili.

I flussi di permeato specifici ottenibili variano da 30 ad 80 l/(m2 x h) con una pressione transmembrana media di esercizio di circa 0.5 bar, velocità tangenziali pari a 1-4 m/s e immissione di una portata di aria variabile, fino a raggiungere il valore della portata liquida.