I sistemi MBR abbinano a un processo biologico a fanghi attivi, un processo fisico di separazione su membrane, in sostituzione della tradizionale fase di separazione a gravità. La membrana può essere immersa nel reattore biologico o disposta esternamente ad esso (Figure 1 e 2). L’utilizzo dell’una o dell’altra configurazione dipende da quale aspetto si intende privilegiare, rispettivamente, tra la riduzione dei costi energetici e quelli necessari per la sostituzione delle membrane. Entrambi gli schemi, comunque, mostrano, rispetto a un tradizionale impianto a fanghi attivi, una serie di vantaggi che si traducono, da un punto di vista strutturale, in un netto risparmio sulle cubature complessive dall’impianto, in conseguenza sia dell’assenza, nel ciclo di trattamento, di una fase di sedimentazione che della possibilità di ridurre i volumi delle unità biologiche in misura proporzionale almeno all’aumento della concentrazione dei SST, che, per la mancanza di un vincolo susseguente all’esigenza di far sedimentare il fango, viene mantenuta su valori non inferiori a 10.000 mg/l, e comunque ben più elevati dei 3.000÷5.000 mg/l adottati per gli impianti a fanghi attivi tradizionali.

Figura 1. Schema di un sistema MBR con membrana sommersa

Figura 2. Schema di un sistema MBR con membrana esterna

 

Dal punto di vista gestionale, un sistema MBR annulla i costi necessari, negli impianti a fanghi attivi convenzionali, al ricircolo del fango, introducendone, però, altri, di gran lunga maggiori, legati sia alla gestione e/o sostituzione delle membrane che all’energia richiesta per il loro funzionamento, necessaria per l’applicazione di cospicui gradienti di pressione, tanto maggiori quanto superiore è l’efficienza depurativa che si desidera ottenere. A quest’ultimo aspetto è legata la classica distinzione dei sistemi a membrana nelle quattro seguenti categorie (in ordine crescente di efficienza depurativa, ma anche di oneri gestionali): microfiltrazione, ultrafilrazione, nanofiltrazione e osmosi inversa. Nel caso degli MBR si ricorre quasi sempre alla microfiltrazione e solo raramente alla ultrafiltrazione, comunque idonee a rimuovere da una corrente idrica particelle con dimensioni dell’ordine dei 100 nm e dei 10 nm sotto differenze di pressione rispettivamente pari a 1 atm e 5 atm. In tali ambiti ricadono non solo i fiocchi di fango attivo, ma anche i microrganismi isolati che comunque si ritrovano nella miscela aerata e che, come detto, rappresentano la principale pregiudiziale al riutilizzo delle acque reflue depurate.
Ulteriore caratteristica degli MBR è connessa allo sviluppo, nelle unità di processo, di specie microbiche selezionate in funzione dei tassi di crescita, e, quindi, della loro affinità con il substrato, piuttosto che in base alle loro caratteristiche di sedimentabilità. Ne conseguono tassi di consumo del substrato mediamente più elevati e, quindi, tempi per l’espletamento delle reazioni più contenuti. La soppressione della fase di sedimentazione consente, altresì, di svincolare l’età del fango dal tempo di detenzione idraulico, permettendo di prolungare la permanenza in vasca dei microrganismi fino a 50÷60 giorni, e, quindi, di rimuovere dal refluo anche sostanze molto lentamente biodegradabile e di avere una ridotta produzione di fango, per altro dotato di elevata stabilità.
Nonostante i numerosi vantaggi, l’impiego di sistemi MBR è stato, in passato, certamente condizionato dai notevoli costi delle membrane e dell’energia necessaria al loro funzionamento, nonché dalla durata, relativamente breve, della vita delle membrane stesse. Il miglioramento delle caratteristiche sia meccaniche che funzionali dei materiali che le costituiscono, ha consentito, negli ultimi tempi, di ridurre gli effetti dei suddetti svantaggi, ampliando notevolmente il campo di applicazione degli MBR. Ovviamente, le ridottissime dimensioni dei pori e l’allocazione delle membrane in un ambiente particolarmente aggressivo e, comunque, ricco di solidi, non consente di evitare il loro sporcamente (fouling), pur se la messa a punto di sistemi in modalità di filtrazione tipo Cross Flow (vale a dire, con il refluo che viene a contatto con la membrana in direzione tangenziale), hanno drasticamente ridotto la frequenza con cui è necessario provvedere a periodici controlavaggi.
I reflui effluenti da sistemi MBR hanno requisiti di qualità di norma in linea con gli standard previsti dal DM 185/2003, per cui si rende necessaria solo una successiva fase di disinfezione, che, in considerazione del basso tenore di SST, può essere efficientemente condotta a mezzo di raggi UV, che, come detto, limita la formazione di sottoprodotti e non induce l’incremento dei livelli preesistenti di Na+ e Cl-.