I sistemi di acquacoltura a ricircolo (RAS) sono diventati un’importante direzione di sviluppo nell’acquacoltura moderna, offrendo vantaggi nella conservazione dell’acqua, nella produzione stabile e nella riduzione degli scarichi ambientali. Tuttavia, questi sistemi producono acque reflue contenenti elevate concentrazioni di solidi sospesi, inquinanti a base di azoto- e fosforo-e grandi quantità di materia organica disciolta. Se tali acque reflue entrano in un sistema di nanofiltrazione (NF) senza un adeguato pretrattamento, si verificheranno gravi incrostazioni della membrana, con una rapida riduzione del flusso e un aumento dei costi operativi. Per questo motivo, la scelta di una tecnologia di pretrattamento efficace è fondamentale per mantenere la stabilità del funzionamento della NF.
Una ricerca recente ha confrontato due importanti tecnologie di pretrattamento, -flocculazione e ultrafiltrazione-, per analizzarne le prestazioni di rimozione degli inquinanti, l'influenza sul declino del flusso NF e le caratteristiche di incrostazione della membrana. I risultati forniscono una preziosa guida tecnica per la selezione dei processi di pretrattamento adeguati nel trattamento delle acque reflue RAS.
Nel pretrattamento della flocculazione, l'alginato di sodio ha mostrato le migliori prestazioni tra i tre flocculanti testati. Con un dosaggio ottimale di 45 mg/l e una velocità di agitazione di 1.200 giri/min, ha raggiunto un tasso massimo di rimozione dei solidi sospesi del 79,70%. Tuttavia, l’efficienza di rimozione di azoto ammoniacale, nitrati, nitriti e solfuri era generalmente inferiore al 40%, indicando che la flocculazione è insufficiente per gli inquinanti disciolti comunemente presenti nelle acque di coda dell’acquacoltura. Lo studio ha inoltre scoperto che l'alginato di sodio forma fiocchi piccoli e compatti che tendono a depositarsi sulla superficie della membrana NF, creando uno strato denso di torta. Grazie alla sua struttura polisaccaridica naturale, l'alginato di sodio fornisce anche un substrato per la crescita microbica durante il periodo di sedimentazione prolungato, che aumenta significativamente il fouling biologico sulla membrana NF. Di conseguenza, il recupero del flusso dopo la pulizia è relativamente scarso, suggerendo che le incrostazioni causate dalla flocculazione sono più adesive e difficili da rimuovere.
Al contrario, le membrane di ultrafiltrazione (UF), con dimensioni dei pori di 0,01–0,1 μm, dimostrano prestazioni eccellenti nella rimozione dei solidi sospesi, raggiungendo un tasso di rimozione fino al 98,54%. Sebbene l’UF abbia una capacità limitata di rimuovere gli inquinanti di azoto e fosforo, riduce efficacemente il carico di particolato che entra nel sistema NF. Di conseguenza, la membrana NF forma uno strato più allentato durante il funzionamento, riducendo l’ostruzione dei pori e rallentando l’aumento della pressione transmembrana. Secondo i test prestazionali NF, le acque reflue pretrattate con UF hanno mostrato un flusso iniziale più elevato, un declino del flusso più lento e un recupero del flusso significativamente migliore dopo ripetute pulizie rispetto all'acqua pretrattata con flocculazione-. Ciò indica che l'UF può ritardare significativamente la formazione di incrostazioni irreversibili sulla membrana NF.
Ulteriori analisi utilizzando la fluorescenza della matrice di eccitazione-emissione (EEM) hanno mostrato che la soluzione detergente del sistema di flocculazione-NF conteneva forti picchi che rappresentavano sottoprodotti microbici solubili, mentre questi picchi erano quasi assenti nel sistema UF-NF. Ciò conferma che la sedimentazione prolungata e la natura polisaccaridica dell’alginato di sodio promuovono la crescita microbica, aumentando così l’incrostazione della membrana nella fase NF.
Nel complesso, il confronto mostra chiaramente che l’ultrafiltrazione è più efficace della flocculazione come metodo di pretrattamento per la nanofiltrazione delle acque reflue di acquacoltura in ricircolo. Sebbene la flocculazione offra un'opzione a basso-costo per la rimozione iniziale delle particelle, le sue caratteristiche di flocculazione e i rischi microbici portano a incrostazioni irreversibili della membrana più gravi. Pertanto, si prevede che un processo a membrana integrato UF + NF diventerà una tecnologia chiave per il trattamento avanzato e il riutilizzo delle acque reflue RAS.
Guardando al futuro, con l'aumento della produzione dell'acquacoltura e l'inasprimento delle normative ambientali, argomenti come il controllo delle incrostazioni tramite nanofiltrazione, l'ottimizzazione del pretrattamento dell'ultrafiltrazione e lo sviluppo di membrane NF a bassa-pressione e alta-efficienza continueranno a guadagnare attenzione. L'integrazione di UF e NF in sistemi a membrana più compatti ed efficienti dal punto di vista energetico- promuoverà la trasformazione del trattamento delle acque reflue dell'acquacoltura verso il recupero delle risorse, la riduzione degli scarichi e una gestione idrica più sostenibile.
