Foto diIvan BanduraSUUnsplash
Un team di ricercatori cinesi ha compiuto un passo avanti rivoluzionario nel trattamento delle acque reflue con l'applicazione efficace della tecnologia UV/E-Cl per mitigare l'incrostazione del gel sulla membrana. Lo studio, recentemente pubblicato suComunicazioni sulla natura, evidenzia un nuovo approccio per migliorare l'efficienza della disidratazione e le prestazioni della filtrazione a membrana nei processi di trattamento delle acque reflue.
Efficienza di disidratazione migliorata
Lo studio ha dimostrato che l'applicazione di UV/E-Cl ha migliorato significativamente il flusso d'acqua negli esperimenti di disidratazione, raggiungendo flussi fino al 138% rispetto al sistema E-Cl, al 239% rispetto al sistema UV e al 198% rispetto al controllo. Ciò suggerisce che UV/E-Cl disgrega efficacemente le strutture di fouling della membrana, migliorando le prestazioni di disidratazione. Utilizzando un sistema modello SA-BSA, i ricercatori sono stati in grado di simulare il complesso comportamento delle sostanze polimeriche extracellulari (EPS) e confermare la rilevanza di proteine e polisaccaridi nella disidratazione dei fanghi di acque reflue (WAS).
Approfondimenti molecolari sui meccanismi di sporcamento
Lo studio ha approfondito le interazioni intermolecolari di proteine e polisaccaridi, rivelando che i ponti elettrostatici tra gruppi amminici e carbossilici svolgono un ruolo cruciale nel fouling delle membrane. Attraverso l'analisi spettrale FTIR e simulazioni basate sulla teoria del funzionale della densità (DFT), i ricercatori hanno identificato tre modalità di legame molecolare, indicando una forte preferenza per le conformazioni lineari che promuovono la reticolazione dei polimeri. Questi risultati forniscono una comprensione a livello molecolare di come UV/E-Cl interferisca con queste interazioni, portando a una riduzione della viscosità, a maggiori dimensioni dei fiocchi e a un maggiore rilascio di acqua.
Ruolo sinergico dei radicali Cl nella mitigazione del fouling
Ulteriori analisi hanno dimostrato che i radicali del cloro (Cl•) svolgono un ruolo dominante nella degradazione di BSA e SA, contribuendo per oltre il 90% alla loro degradazione. Lo studio ha riportato costanti di velocità di reazione eccezionalmente elevate per le interazioni di Cl• con queste macromolecole, a supporto dell'efficacia di UV/E-Cl nella decomposizione dei fouling di membrana. Questo processo non solo ha frammentato le strutture SA-BSA in particelle più piccole, ma ha anche ridotto significativamente la loro viscosità e capacità di idratazione, indebolendo così lo strato di fouling gelatinoso.
Approfondimenti termodinamici: lo stato di presenza dell'acqua come fattore chiave
La ricerca ha ulteriormente esplorato la termodinamica del fouling delle membrane, confermando che le condizioni di presenza dell'acqua, piuttosto che i tradizionali fattori di porosità o permeabilità, dominano il comportamento del fouling del gel. L'analisi termogravimetrica ha rivelato che il contenuto di acqua legata negli strati di fouling di controllo era quasi dell'80%, mentre il trattamento con UV/E-Cl lo ha ridotto a meno del 10%. Questa variazione ha consentito un rilascio più facile dell'acqua, riducendo in definitiva la resistenza alla filtrazione e migliorandone l'efficienza.
Verso applicazioni pratiche
Grazie a questi risultati convincenti, i ricercatori suggeriscono di ottimizzare i parametri del reattore, tra cui il materiale degli elettrodi, l'intensità UV e la durata del trattamento, per migliorare la scalabilità del processo. Lo studio propone inoltre l'integrazione di UV/E-Cl con altri ossidanti, come il perossido di idrogeno, per aumentare ulteriormente la generazione di radicali e migliorare l'efficienza del trattamento. Infine, i ricercatori sottolineano il potenziale dell'utilizzo di soluzioni di NaCl a bassa concentrazione, come l'acqua di mare, per ottenere un trattamento delle acque reflue sostenibile ed economicamente vantaggioso.
Una svolta universale nella tecnologia delle membrane
Sebbene questo studio sia stato condotto utilizzando WAS, i suoi risultati hanno implicazioni di vasta portata che vanno oltre il trattamento delle acque reflue. Il riconoscimento delle condizioni di presenza dell'acqua come fattore dominante nella mitigazione del fouling delle membrane riveste un'importanza universale in diversi processi a membrana e scale di reattori. Questa svolta apre la strada a tecnologie di filtrazione più efficienti e sostenibili nei settori del trattamento delle acque in tutto il mondo.
Con la crescente domanda globale di una gestione efficiente delle acque reflue, la tecnologia UV/E-Cl rappresenta una soluzione promettente per migliorare la longevità delle membrane, ridurre i costi operativi e migliorare le prestazioni complessive del trattamento. Con il continuo perfezionamento e sviluppo di questo approccio innovativo da parte dei ricercatori, il futuro del trattamento delle acque reflue appare sempre più efficiente e sostenibile.
Per maggiori dettagli, fare riferimento allo studio completo pubblicato su Nature Communications: [https://www.nature.com/articles/s41467-025-57878-4]
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Data di pubblicazione: 03-04-2025