Applicazioni avanzate di osmosi ed ultrafiltrazione per il trattamento di matrici complesse

The research topic concern to the complex matrix treatment supporting the reuse, the water quality and the energy recovery, within the advanced applications in membrane processes. Strategies to achieve the aims involve the adoption of integrated water system faced with the liquid waste minimization, according to the zero liquid discharge (ZLD) approach. Applied research is focused to the treatment of landfill leachate, industrial wastewater, anaerobic supernatant and municipal wastewater using the technologies of reverse osmosis (RO), forward osmosis (FO) and ultrafiltration (UF). Differently to the conventional processes, pressure-driven applications permit to produce high-quality water. In spite of, the fouling and the operational costs are the major issues of the filtration. Fouling mitigation strategies engage the definition of the optimal operative parameters and the implementation of more filtration process unit. In engineering, the applicability of the treatment is supported by the technical and economic feasibility analysis using the Net Present Value (NPV) that allowed to evaluate the cost of the leachate treatment equal to € 3.27/m3. In this context, the RO is convenient in case of water recovery higher than 90%. This result has been confirmed by experimental tests and the permeate showed the compatibility with the discharge limits for water surface. The application of FO has been studied for the same matrix, the less energy-consuming process allowed to obtain the recovery of 70% in FO-RO configuration, with an NaCl draw solution. The forward flux of macro-pollutants and the reverse salt flux through the FO membrane have been determined. Finally, the sustainable hydrodynamic conditions (SGDm) were investigated for the UF process in AnMBR configuration in order to achieve the energy balance neutral, comparing energy demand and consumption.

La ricerca è rivolta al trattamento di matrici liquide complesse a sostegno del riutilizzo, della qualità idrica e del recupero energetico, attraverso applicazioni avanzate di trattamento a membrana. Le strategie per raggiungere tali obiettivi coincidono con l’adozione di sistemi di trattamento integrati e rivolti alla minimizzazione del rifiuto liquido in accordo con il concetto dello scarico liquido zero. Il processo applicativo è dedicato al trattamento del percolato di discarica, dei reflui industriali, dei surnatanti anaerobici e al trattamento acque reflue urbane. Le tecnologie utilizzate sono state l’osmosi inversa (RO), l’osmosi diretta (FO) e l’ultrafiltrazione (UF). Rispetto ai trattamenti convenzionali la filtrazione a membrana consente di ottenere un’ottima qualità dell’effluente ma è caratterizzata da aspetti limitanti quali lo sporcamento e i costi operativi. La mitigazione del fouling viene affrontata definendo i parametri operativi ottimali di processo e con l’adozione di sistemi di filtrazione multistadio. In ambito ingegneristico, l’applicabilità del trattamento è affiancata dall’analisi di fattibilità tecnico-economica mediante il Valore Attuale Netto (VAN) che ha permesso di valutare il costo di trattamento per i percolati di 3.27 €/m3. In tale ambito la filtrazione RO risulta conveniente per recuperi di acqua superiori al 90%. Questo risultato è stato confermato dalle prove sperimentali ed il permeato è risultato conforme ai limiti allo scarico per corpi idrici superficiali. Per la stessa matrice è stata studiata l’applicazione dell’FO, processo meno energivoro che ha permesso di ottenere un recupero del 70% in configurazione FO-RO, con una draw solution NaCl. Sono stati definiti i flussi diretti di macroinquinanti e il flusso inverso di sale attraverso la membrana FO. Lo studio del processo UF in configurazione AnMBR ha permesso di identificare le condizioni idrodinamiche sostenibili (SGDm) per il raggiungimento del bilancio energetico neutrale.