I sistemi di trattamento delle acque reflue che combinano configurazioni convenzionali con una tecnologia relativamente nuova potrebbero raccogliere una serie di vantaggi:dimensioni degli impianti più piccole, minori costi energetici e maggiore inquinamento da azoto rimosso.

I ricercatori dell'Università del Michigan hanno dimostrato come l'utilizzo di un "reattore a biofilm aerato a membrana" (MABR) in una configurazione ibrida con tecnologie tradizionali può potenziare il trattamento. I bioreattori sono i contenitori negli impianti di trattamento in cui i batteri scompongono il materiale organico nei flussi di rifiuti prodotti nelle case e nelle aziende.

Con un MABR come parte del sistema, può significare operare a un terzo del costo, un terzo delle dimensioni e con una capacità maggiore rispetto alla tecnologia tradizionale di rimuovere l'azoto dagli effluenti, l'acqua trattata che le piante rimandano a fiumi e torrenti. La riduzione dei livelli di azoto nell'effluente di un impianto può ridurre la contaminazione dei corsi d'acqua locali e dell'acqua potabile, e aiutano a fermare la crescita di alghe dannose.

"Stiamo sposando MABR con la tecnologia di trattamento convenzionale, sfruttando i punti forti di ciascuno, " ha detto Glen Daigger, un professore di ingegneria civile e ambientale. "Il nostro lavoro di modellazione dimostra la fattibilità di un approccio ibrido e quantifica i benefici. Contribuirà a gettare le basi per un'adozione molto più ampia della tecnologia MABR".

La ricerca di Daigger appare questa settimana in Scienza e tecnologia dell'acqua .

La tecnologia alla base dei MABR esiste da più di due decenni, ma la commercializzazione è iniziata solo negli ultimi cinque o sei anni.

Questo aumento delle prestazioni e dell'efficienza deriva principalmente dal fatto che i MABR non hanno bisogno della stessa quantità di spazio dei tradizionali bioreattori per acque reflue. La maggior parte dello spazio in quei reattori viene utilizzata per contenere i batteri che distruggono i rifiuti umani e gli avanzi di cibo.

Quei batteri hanno bisogno di ossigeno per sopravvivere, e la differenza fondamentale tra un MABR e un reattore convenzionale è il modo in cui l'ossigeno viene fornito nel serbatoio. Un bioreattore tradizionale utilizza diffusori di bolle sul fondo del serbatoio per rilasciare e spingere le bolle di ossigeno verso l'alto, ma è un mezzo di consegna inefficiente.

Un MABR si basa su "aerazione senza bolle". Magro, membrane a forma di tubo sono ricoperte da batteri sotto forma di biofilm. L'ossigeno viene inviato attraverso le membrane, e passa direttamente ai batteri nel biofilm. Questo trasferimento diretto riduce significativamente la quantità di energia richiesta dal processo e consente al bioreattore di essere molto più piccolo.

Con l'approccio ibrido MABR, è necessaria una quantità minore di materia organica per la rimozione dell'azoto, in modo che se ne possa disporre di più per la conversione in biogas che può essere utilizzato per la produzione di energia.

"Questo approccio ibrido dirigerà più materia organica che entra nella pianta verso il digestore, dove la sua decomposizione può creare più biogas, che può essere utilizzato come fonte di energia, " disse Daigger.

Il piano del reattore ibrido ideato all'UM avrà un test nel mondo reale nei prossimi mesi con una versione su scala dimostrativa situata a Nanchino, Cina con il partner Nanjing Zhidao Water Technology Co., Ltd. In caso di successo, i ricercatori porteranno il sistema all'impianto di trattamento delle acque reflue della città di Ann Arbor.

"Proprio adesso, MABR è a un importante punto di svolta nel processo di sviluppo tecnologico, " ha detto Avery Carlson, un assistente di ricerca studente laureato nel dipartimento di ingegneria civile e ambientale di UM. "Il nostro obiettivo è svelare alcune delle interazioni biologiche in una piccola unità di trattamento qui ad Ann Arbor per facilitare l'adozione della tecnologia su larga scala e in scenari ad alto impatto immediato altrove, come l'impianto pilota in Cina.

"In definitiva, crediamo che i progetti ibridi MABR faranno molto per ottimizzare il trattamento negli impianti esistenti, gettando le basi per una cattura di risorse, impianto di trattamento per la generazione di energia del futuro."