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I processi biologici definiti come bioreattori a membrana, MBR, sono ottenuti dalla combinazione di un sistema di trattamento biologico a fanghi attivi con un processo di filtrazione a membrana, in sostituzione della classica decantazione per gravità. Questo tipo di trattamento, oltre ad essere più efficiente rispetto ai fanghi attivi classici, offre la possibilità di riutilizzare parte dell’acqua depurata, grazie al suo elevato grado di purezza chimica, fisica e batteriologica.
A differenza dei sistemi convenzionali, in cui i solidi e microrganismi sono rimossi per gravità nei sedimentatori, i sistemi MBR utilizzano un’unità di filtrazione a membrana con “cut off” molto ridotti, tali per cui l’acqua in uscita dopo l’MBR è molto simile a quella prodotta con sistemi di ultrafiltrazione, aventi valori di SDI < 3 e dimensione molecolare di circa 0,03 micron.
Questi valori permettono di alimentare direttamente, senza ulteriori trattamenti di filtrazione, i sistemi RO; per cui con un’unica tecnologia è possibile sostituire le unità di sedimentazione, filtro a quarzo e ultrafiltrazione o di disinfezione terziaria, ottenendo un impianto nettamente più compatto e semplificato rispetto ad un impianto classico.
Pertanto gli obiettivi che si possono conseguire con un sistema MBR sono:

  • La completa rimozione dei solidi sospesi e un aumento della concentrazione dei fanghi attivi: in questo modo si ottiene una maggiore degradazione di BOD5 in ingresso, un’età dei fanghi maggiori e quindi una notevole riduzione dei fanghi di supero;
  • Una migliore e costante qualità delle acque trattate: è possibile evitare problemi dovuti a fenomeni di bulking, producendo acqua con caratteristiche tali da poter essere parzialmente riutilizzata nei servizi di fabbrica o per usi interni, con un'ulteriore riduzione dei costi di processo.
  • Unità di trattamento veramente compatta: consentendo così futuri ampliamenti dell’impianto, un minore impatto ambientale, costi di manutenzione più bassi, più spazio a disposizione per altri usi.


MBR1Per ottenere un funzionamento ottimale dell’MBR, è molto importante prestare attenzione ai parametri di funzionamento dell'impianto biologico. Infatti, con un rapporto F/M troppo elevato, possono variare le caratteristiche di biomassa e, quindi, ridurre il flusso specifico delle membrane, riducendo così la loro efficienza e capacità. Il ricircolo del fango separato nel serbatoio MBR segue le stesse regole di quello classico.

Vi sono tre principali schemi di impianto con MBR:

  • MBR-side: è il più utilizzato e prevede il sistema MBR posizionato al di fuori del serbatoio biologico ma sommerse nel refluo da separare;
  • MBR-sommersa: l’MBR viene immerso direttamente in vasca di ossidazione;
  • MBR-a secco: le membrane sono installate in un’area separata all’interno di appositi vessel, dove avviene la separazione liquido-batteri.

MBR2I principali tipi di membrane invece sono:MBR3

La filtrazione avviene in modo tangenziale, con insufflazione d´aria tramite diffusori posti nella parte inferiore del modulo.

I cicli di pulizia sono costituiti da fasi di controlavaggio e cicli di lavaggi chimici.

  • Membrane a moduli piani: Ciascuna membrana è appoggiata su un supporto piano con una griglia di drenaggio per evitare lo schiacciamento del compartimento del permeato.

I moduli comprendono nella parte inferiore, un sistema di insufflazione d´aria tramite appositi diffusori, in modo da attuare la così detta filtrazione tangenziale "cross-flow", necessaria per prevenire il deposito di fango e l´intasamento delle superfici filtranti. Anche in questo caso sono necessari dei cicli di pulizia per preservare il corretto funzionamento delle membrane.

Quindi, riassumendo, i possibili vantaggi che si ottengono utilizzando un sistema MBR sono:

  • Ridotta sensibilità alle variazioni di carico, infatti grazie alla maggior quantità di biomassa il sistema MBR è meno sensibile ai sovraccarichi;
  • Elevata qualità dell’effluente, pressoché privo di solidi sospesi;
  • Ridotto volume dell’impianto e gestione più semplice del processo;
  • Età del fango elevata e indipendente dal tempo di ritenzione idraulico;
  • Riduzione dell’impatto ambientale: il rispetto dei limiti batteriologici dell’effluente può essere ottenuto senza utilizzo di disinfettanti chimici;
  • Possibilità di riutilizzo dell’acqua depurata a scopo irriguo o come acque di servizio in fabbrica o per l’alimentazione di sistemi RO.

Gli svantaggi invece sono:

  • Sporcamento e intasamento (fouling) delle membrane, che necessitano di pulizia periodica e di accorgimenti che prolunghino la durata degli intervalli operativi;
  • Il costo delle membrane è elevato e incide sui costi d’investimento;
  • Il costo energetico di un impianto MBR rimane ancora più elevato rispetto ad un processo a fanghi attivi convenzionale.

In ogni caso, le economie di scala che si riescono ad ottenere, i limiti allo scarico più severi che rendono di fatto obsoleti i processi tradizionali a sé stanti, la necessità di ampliamento di impianti esistenti con limitati spazi a disposizione, le problematiche legate allo smaltimento dei fanghi, la tendenza al riutilizzo dell’effluente, sono tutti fattori che giocano a favore dell’affermazione dei sistemi MBR.

Questa tecnologia viene utilizzata come parte integrante del processo di trattamento in un Impianto a Recupero Parziale, Impianto a Scarico Zero, Impianto per Acque Primarie o Impianti di Potabilizzazione.

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