Analisi sperimentali su impianti MBR ai fini dello studio e della modellizzazione del fouling e delle influenze che le caratteristiche fisiche e microbiologiche del fango e le condizioni operative determinano su tale fenomeno.

Progetto: Research project

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L'applicazione dei sistemi MBR è ancora oggi limitata, a causa di alcuni fattori limitanti che ne condizionano il funzionamento. Tra questi quello che incide maggiormente sul processo è il fenomeno detto fouling della membrana, causato principalmente dai fenomeni di sporcamento provocati prevalentemente dalla caratteristica composizione della sospensione biologica da filtrare. Nel suo complesso, si può affermare che lo sporcamento della membrana è dovuto a due fenomeni fondamentali che possono avere caratteristiche diverse nelle varie fasi di funzionamento dell'impianto e nelle diverse condizioni operative: il deposito di colloidi, soluti, batteri, protozoi e virus all'interno dei pori (secondo un meccanismo di sporcamento interno che viene definito pore blocking) e il deposito superficiale dei fiocchi biologici (definito dal cake deposition che caratterizza lo sporcamento esterno o superficiale sulla membrana). Sebbene i meccanismi di sporcamento siano stati studiati a lungo, in letteratura ci sono numerose e spesso contraddittorie opinioni sull'effettivo ruolo di molti foulants nei sistemi MBR; molti autori infatti assegnano un peso totalmente opposto al ruolo esercitato dai singoli agenti responsabili dello sporcamento. Queste contraddizioni evidenziano la complessità del fenomeno e la difficoltà della sua determinazione. Tuttavia la causa principale, che sembra accomunare i diversi meccanismi di sporcamento, è rappresentata dalle dimensioni medie dei foulants nonché dalle caratteristiche fisiche e dimensionali del fango biologico che, fra l'altro, sono anche variabili nel corso del processo di trattamento. La ricerca proposta ha per obiettivo lo studio dell'evoluzione e dell'influenza del fouling sul processo di filtrazione in funzione delle variazione di alcuni parametri caratteristici che descrivono la qualità del fango attivo dei sistemi MBR. A tale fine verrà analizzato il funzionamento degli impianti in condizioni varie operative così da diversificare la composizione della miscela aerata e l'evoluzione biologica dei sistemi. La caratterizzazione del fouling verrà condotta mediante l'osservazione della variazione nel tempo del valore della resistenza totale alla filtrazione durante l'intero periodo di funzionamento. L'interpretazione dei fenomeni di progressiva occlusione della membrana farà riferimento al cosiddetto modello di “resistenza in serie”, secondo cui la diminuzione del flusso è dovuta a una serie di resistenze idrauliche che si sviluppano durante il processo e che si aggiungono alla resistenza strutturale della membrana stessa. Tale modello è generalmente usato per individuare lo stato del fouling e le cause principale del suo sviluppo I risultati ottenuti saranno correlati con alcuni parametri di particolare interesse teorico-gestionale, quali: la concentrazione di EPS, l'evoluzione e la quantificazione degli agenti schiumogeni, la dimensione dei fiocchi biologici e la viscosità del fango attivo presente nel bioreattore. In particolare, l'aspetto fondamentale che sarà messo in evidenza dalla ricerca riguarderà la correlazione tra fenomeni di sporcamento e la formazione di schiuma nei sistemi MBR che risulta essere favorita, in tal caso, dall'elevata concentrazione di prodotti extracellulari. Si investigherà sulla relazione tra gli andamenti del foaming e del fouling sulla base delle misure degli EPS estratti dal fango biologico; inoltre,saranno definite le possibili misure di intervento mirate alla riduzione degli EPS stessi e quindi dei fenomeni potenzialmente sviluppabili. Contestualmente si verificherà se, in p

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Obiettivi della ricerca:L'analisi della letteratura scientifica ha evidenziato che la gestione di un impianto MBR è enormemente condizionata dal fenomeno di sporcamento della membrana la cui evoluzione è strettamente collegata all'interazione tra la miscela areata e la stessa barriera filtrante. Il fouling, tuttavia, non è influenzato solamente dalla mera fenomenologia fisica; al contrario il fenomeno risulta essere strettamente collegato all'evoluzione del sistema biologico e alla formazione di prodotti o secrezioni cellulari che caratterizzano la complessità e la diversità del deposito sulla membrana. Inoltre, la variabilità delle condizioni operative, accidentali o imposte al processo, rende ancora più difficile lo studio e la previsione del fouling complicando ulteriormente le scelte e la gestione del sistema. In questo contesto si inserisce l'obiettivo della ricerca che prevede l'analisi e la quantificazione delle correlazioni intercorrenti tra le caratteristiche fisiche e microbiologiche del fango e il fouling della membrana, valutando contemporaneamente quali siano le condizioni operative e gli interventi gestionali più idonei mirati alla protezione della funzionalità della membrana e della sua vita utile. Per raggiungere l'obiettivo descritto verranno analizzati differenti aspetti del sistema che risultano strettamente correlati tra di loro. In particolare, sarà specificatamente approfondita l'analisi rivolta all'analisi del foaming e all'individuazione di un metodo di misura della qualità della schiuma nella miscela aerata di impiant pilota MBR attraverso la quantificazione delle proprietà caratteristiche della stessa e della concentrazione di EPS nei bioreattori: lo studio analitico proposto permetterà di valutare la reale influenza che le proteine e i carboidrati hanno sul fenomeno, quantificandone, contemporaneamente la relazione tra concentrazione e indici di schiumeggiamento L'analisi verrà completata con un approfondimento sperimentale legato ad altri aspetti del funzionamento e, quindi, alle prestazioni depurative ed idrauliche del sistema che permetteranno di ottenere utili informazioni per l'ottimizzazione della gestione degli impianti MBR.Tali studi riguarderanno prevalentemente:- la valutazione del fenomeno di deflocculazione che, secondo molti autori, condiziona la morfologia dei fiocchi biologici in un sistema MBR e, di conseguenza, la struttura dello strato di cake depositatosi sulla membrana;- l'analisi del ruolo del cake layer che, in determinate condizioni, può fungere da pre-filtro biologico proteggendo la membrana da un rapido e nocivo sporcamento;- l'effetto della durata del ciclo di suzione e dei controlavaggi ordinari (se previsti) che regolano il distacco e l'adesione delle particelle sospese e solubili sulla membrana e sui suoi pori;- il confronto tra uno start-up senza inoculo e uno con inoculo, al fine di valutarne le conseguenze sullo sporcamento e sulla durabilità delle caratteristiche di permeabilità della membrana;- la modellazione dei processi biologici e fisici coinvolti nel sistema;- relazione tra foaming e fouling.Materiali e Metodi:L'attività sperimentale, che avrà una durata di circa 2 anni, sarà finalizzata allo studio dei parametri di controllo ai fini della riduzione del fouling di impianti pilota MBR che verranno configurati secondo differenti soluzioni impiantistiche ed equipaggiati con differenti moduli di membrane (moduli di membrane piane e a fibre cave). Tali impianti MBR verranno alimentati con reflui urbani grezzi non chiarificati prelevati da un impianto di depurazione delle ac
StatoAttivo
Data di inizio/fine effettiva1/1/09 → …