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WATER ENERGY NEXUS: NOVEL TECHNOLOGIES FOR ENERGY SAVING AND ENVIRONMENT PROTECTION IN WASTEWATER TREATMENT PLANTS

La depurazione rappresenta una delle fasi del ciclo integrato delle acque che consuma più risorse ed energia. Negli ultimi anni i trattamenti delle acque reflue per poter rispettare gli standard normativi sempre più restrittivi hanno adottato processi più avanzati come ad esempio i bireattori a membrane (MBR) hanno ulteriormente incrementato il fabbisogno di energetico. I principali vantaggi dei MBR, rispetto ai sistemi tradizionali, risiedono nell’elevata qualità dell’effluente sostanzialmente chiarificato e disinfettato, nei minori spazi di installazione richiesti, nella ridotta produzione di fanghi e nell’elevata flessibilità in relazione alla variazioni delle caratteristiche del refluo influente (Anderson et al., 1986). Nonostante tali vantaggi, i costi energetici legati al contenimento del fouling delle membrane rappresentano attualmente uno dei maggiori ostacoli per l’applicazione diffusa di tale tecnologia.Al fine di minimizzare la formazione del fouling, tra le molteplici alternative, alcuni ricercatori hanno proposto l’applicazione di processi elettrolitici, attraverso la creazione di una cella elettrolitica all’interno del reattore MBR. Risulta teoricamente possibile limitare il fouling delle membrane controllando il movimento delle particelle di fango attraverso l’applicazione di un campo elettrico intermittente tra due elettrodi immersi nel bireattore a membrane (Akamatsu et al., 2010). L’applicazione di un campo elettrico sviluppa un particolare fenomeno elettrocinetico, detto elettroforesi, che dà origine ad una forza repulsiva tra la superficie della membrana e le particelle di fango caricate negativamente, limitando l’adesione di quest’ultime sulla superficie della membrana stessa (Akamatsu et al., 2010). Recenti studi mostrano la possibilità di produrre idrogeno dal processo eMBR e di utilizzare la biomassa prodotta nel reattore eMBR in una cella a combustibile microbico (MFC) al fine di migliorare le performance di trattamento delle acque reflue e di valorizzazione energetica delle biomasse, con un produzione di energia ed idrogeno.Il progetto di ricerca ha come principali obiettivi: (i) lo studio delle tecnologie e metodologie più idonee per ridurre i consumi nel trattamento delle acque reflue (ii) lo studio di nuove tecnologie in grado di produrre energia o combustibili ad alto potere calorifico (iii) la valutazione dell’influenza dell’applicazione di un campo elettrico intermittente sulla riduzione del fouling e riduzione dei consumi energetici totali nei processi MBR; (iv) La verifica delle performance del processo in termini di qualità dell’effluente e, dunque, delle efficienze depurative dei parametri di inquinamento delle acque reflue, (v) la stima di produzione di idrogeno dal processo eMBR; (vi) la possibilità di alimentare i processi eletrochimici nei bioreattori a membrane (eMBR) mediante celle a combustibile microbico (MFC).