Ultrafiltrazione

L'ultrafiltrazione (UF) è un processo di filtrazione operato su membrana semipermeabile caratterizzata da pori aventi un diametro intorno a 1-100 nm.^[1] Nel trattamento delle acque reflue, la stessa tecnica consente di separare materiali di piccola granulometria tramite l'applicazione di una pressione che forza l'influente attraverso una membrana con pori di circa 0,002-0,1 µm di diametro.

Funzionamento

La forza spingente del processo è rappresentata della differenza di pressione (detta pressione transmembrana, in inglese TMP, Trans-Membrane Pressure), applicata a monte e a valle del mezzo filtrante per ottenere il passaggio del fluido.
La pressione transmembrana è associata alla perdita di carico che subisce il fluido attraversante la membrana: tanto più le dimensioni dei fori della membrana sono ridotte, tanto più sarà elevata la perdita di carico da superare. Nell'operazione di ultrafiltrazione si raggiunge in genere una pressione transmembrana di circa 0,15-15 ata (pari a 1÷100 psig). Come qualunque filtrazione, la procedura ha lo scopo di separare una fase dispersa, costituita da particelle solide, ed un fluido, liquido o gas, che forma una fase continua.

La sospensione viene inviata contro un mezzo filtrante (la membrana); il fluido passa attraverso essa e viene raccolto a valle con il nome di filtrato o permeato. I solidi sospesi vengono trattenuti, tutti o in parte, sulla superficie della membrana. Essi costituiscono il retentato.

I materiali più impiegati nella costruzione delle membrane UF sono CA (acetato di cellulosa, ormai obsoleto), PVDF (polivinildenfluoruro), PAN (poliacrilonitrile), PES (polieteresulfone) e ceramica. Dopo il 2005 sono state sviluppate membrane in PES e PVDF modificati allo scopo di aumentare l'idrofilicità del materiale destinato al contatto con l'acqua da filtrare.

Applicazioni

Mediante l'ultrafiltrazione si possono separare batteri, virus e proteine. Nel trattamento delle acque, la tecnica rimuove tutte le specie microbiologiche, compresi alcuni virus, nonché materiali umici, pur non costituendo una barriera assoluta.

Un esempio di utilizzo dell'ultrafiltrazione è il recupero delle proteine dal siero di latte^[2]. Notevoli sono le applicazioni in campo industriale, dal settore alimentare all'industria tessile, dalla verniciatura elettroforetica a processi di produzione di carta. A partire dalla fine del XX secolo la tecnologia di ultrafiltrazione è divenuta il sistema di pretrattamento più utilizzato al mondo nei nuovi impianti di dissalazione ad osmosi inversa.

Nel campo del trattamento delle acque reflue, la tecnica trova impiego nel trattamento e nel pre-trattamento delle acque di superficie e nella sterilizzazione delle acque di mare, nonché nella depurazione di acque reflue sia civili sia industriali. Un'ulteriore applicazione riguarda l'affinamento dell'effluente ai fini del suo riutilizzo in irrigazione.

Impianti per il trattamento delle acque reflue

Un impianto di ultrafiltrazione a membrana è composto da diverse sotto-unità. A monte si trovano il sistema di aspirazione dell'acqua reflua con le relative pompe di pressione e la sezione di pretrattamento, che comprende pre-vagliatura, prefiltrazione e correzione del pH. Il cuore dell'impianto è l'unità di ultrafiltrazione vera e propria, affiancata da una stazione dedicata alla pulizia chimica, al lavaggio in controcorrente, alla clorazione e al condizionamento delle membrane. Completano l'impianto le linee di scarico o di trattamento dell'acqua di controlavaggio. Il funzionamento e le prestazioni del sistema sono notevolmente influenzati dalle variazioni di qualità dell'acqua influente.

Vantaggi

L'ultrafiltrazione presenta vari vantaggi rispetto ai metodi tradizionali di chiarificazione e disinfezione come la clorazione. Non richiede l'aggiunta di additivi chimici e garantisce una buona qualità costante dell'acqua trattata, sia in termini di rimozione di particelle solide sia di eliminazione di microbi. Sul piano impiantistico, il processo si distingue per la compattezza e per la semplicità di automatizzazione.

Svantaggi

La presenza di sospensioni nell'acqua influente rappresenta il principale problema degli impianti di ultrafiltrazione, in quanto può compromettere l'efficienza delle membrane e richiedere interventi frequenti di pulizia.

Note

↑ (EN) IUPAC Gold Book, "ultrafiltration", su goldbook.iupac.org.
↑ (EN) Arabelle Muller, Bernard Chaufer, Uzi Merin, Georges Daufin. Purification of α-lactalbumin from a prepurified acid whey: Ultrafiltration or precipitation. Le Lait, INRA Editions, 2003, 83 (6), pp.439-451. �10.1051/lait:2003028�. �hal-00895513�