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Secondo una nuova analisi condotta dalla Northwestern University, i sistemi di filtrazione dell'acqua ad alte prestazioni, necessari per ridurre la scarsità d'acqua, possono anche ridurre i costi e il consumo di energia.
Nel nuovo studio, i ricercatori hanno eseguito un'analisi di alto livello dei sistemi di filtrazione a membrana per valutare i costi, il consumo di energia e le emissioni di gas serra associati alla desalinizzazione e al trattamento delle acque reflue. I ricercatori hanno esaminato specificamente le membrane antivegetative, un sistema di filtrazione ad alte prestazioni che resiste all'accumulo di contaminanti.
Sebbene le membrane resistenti allo sporco possano costare di più al momento dell'acquisto, costano meno nel corso della loro vita rispetto alle membrane più economiche e non resistenti allo sporco, che richiedono una pulizia frequente e devono essere sostituite più spesso. In effetti, i ricercatori hanno scoperto che le strutture municipali per le acque reflue potrebbero spendere il 43% in più in membrane antivegetative per il trattamento delle acque reflue e fino a tre volte di più in membrane antivegetative per la desalinizzazione, mantenendo comunque i costi operativi di base.
Poiché l'invecchiamento delle infrastrutture e il cambiamento climatico mettono a dura prova l'approvvigionamento idrico, molti comuni e ricercatori stanno esplorando processi, tra cui la desalinizzazione e il trattamento delle acque reflue, che possono aumentare la disponibilità di acqua da risorse idriche meno convenzionali, come l'acqua salmastra. Investire in anticipo nelle membrane antivegetative potrebbe aiutare a ridurre i costi di questi sistemi di trattamento tipicamente costosi.
"Con la crescente scarsità d'acqua, tecnologie come la desalinizzazione stanno diventando più importanti che mai", ha affermato Jennifer Dunn di Northwestern, che ha guidato il lavoro. "Ma ci sono sempre compromessi tra prestazioni ingegneristiche e costi. Un sistema di filtraggio potrebbe avere prestazioni sorprendenti, ma se il costo è troppo alto, le persone non adotteranno la tecnologia. Speriamo che la nostra modellazione e analisi possano aiutare a guidare la ricerca e sviluppo."
Lo studio è stato pubblicato il 15 agosto sulla rivista ACS ES&T Engineering . Si tratta del primo studio pubblicato da co-autore a livello internazionale dal Centro di ricerca sull'acqua-energia collaborativa USA-Israele (CoWERC), un consorzio globale di istituti di ricerca, servizi idrici e società private che esplora nuove soluzioni alle sfide critiche al nesso energia-acqua .
Dunn è professore associato di ingegneria chimica e biologica presso la McCormick School of Engineering della Northwestern e direttore del Center for Engineering Sustainability and Resilience. Sabyasachi Das e Margaret O'Connell, entrambi membri del laboratorio di Dunn, sono i primi co-autori dell'articolo.
Nei sistemi di filtrazione a membrana, una membrana funge da barriera fisica tra l'acqua potabile e gli agenti contaminanti. Le pompe spingono l'acqua attraverso la membrana, che è riempita con pori micro, nano o anche di dimensioni più piccole. La membrana intrappola le particelle fini mentre consente all'acqua di fluire attraverso i pori.
L'incrostazione si verifica quando i contaminanti si accumulano sulla superficie della membrana, ostruendo i pori. Quando una membrana subisce incrostazioni, sono necessarie pressioni più elevate per pompare l'acqua. Alla fine, tuttavia, le incrostazioni diventano così estese che la membrana deve essere rimossa o addirittura sostituita completamente. L'energia ei costi associati all'aumento della pressione dell'acqua, alla pulizia e alla sostituzione possono aumentare i costi operativi di un impianto di trattamento.
Al contrario, le membrane antivegetative hanno una chimica superficiale specializzata che impedisce l'accumulo di contaminanti. Ciò porta a una minore frequenza di pulizia e a una durata complessiva prolungata della membrana. Nello studio, i ricercatori hanno scoperto che aumentare la durata della membrana era il fattore più influente nella riduzione delle spese operative.
"L'intero processo di desalinizzazione ruota attorno a questa membrana", ha detto Dunn. "Tutto ciò che possiamo fare per migliorare la durata della membrana o ridurre i costi di pulizia contribuirà a ridurre il costo dell'acqua pulita."
Dunn spera che questo studio aiuterà i responsabili politici, i decisori e gli operatori degli impianti di trattamento delle acque a rendersi conto che gli impianti di trattamento delle acque possono tollerare il costo dell'utilizzo di membrane più costose e con prestazioni più elevate. Ciò è particolarmente vero per gli impianti di dissalazione, il 65% dei quali utilizza già sistemi di filtrazione a membrana.
"C'è un ritorno in termini di consumo energetico ridotto e frequenza ridotta di acquisto di nuove membrane", ha affermato Dunn. "Se vogliamo costruire più impianti di desalinizzazione per ridurre la scarsità d'acqua, vogliamo farlo in un modo che non aumenti il consumo di energia. È tutto interconnesso". + Esplora ulteriormente
