Trattamento avanzato delle acque reflue per il riutilizzo

I cambiamenti climatici e il costante aumento della popolazione globale stanno esercitando una pressione crescente sulle riserve di acqua dolce, intensificando la necessità di gestire questa risorsa vitale. Accanto alle misure di conservazione, i processi di riutilizzo dell'acqua - in cui le acque reflue vengono trattate per soddisfare i necessari standard di qualità - stanno emergendo come una strategia critica per incrementare le riserve di acqua dolce.

Nell'ultima decina d'anni, tra le applicazioni più comuni di riutilizzo dell'acqua ci sono stati i processi di raffreddamento industriale, gli scarichi dei water e l'irrigazione degli spazi verdi. Più recentemente, tuttavia, metodologie di trattamento avanzate hanno reso possibile la fattibilità e la sicurezza del riutilizzo potabile - sia diretto che indiretto - e questa tendenza sta rapidamente prendendo piede nell'ambito delle amministrazioni comunali.

Dopo aver rimosso i solidi e i microrganismi più grandi dal flusso d'acqua in entrata tramite i metodi di trattamento convenzionali, le metodologie avanzate si occupano delle particelle più piccole e dei contaminanti virali che rimangono. Ciò richiede procedure quali la filtrazione, l'osmosi inversa e la disinfezione che consentono di raggiungere rigorosi standard di qualità dell'acqua per il riutilizzo potabile.

La filtrazione viene comunemente impiegata per rimuovere solidi sospesi, batteri e alcune molecole organiche più grandi. I materiali di filtrazione possono includere sabbia, supporti granulari e membrane fini.

La filtrazione a membrana è da tempo un elemento fondamentale del trattamento dell'acqua potabile, utilizzata per rimuovere i contaminanti pressurizzando e spingendo l'acqua attraverso membrane fini. La dimensione dei pori delle membrane varia in base ai requisiti e spesso vengono utilizzate diverse membrane, con pori la cui dimensione diminuisce man mano che il processo procede a valle.

La microfiltrazione viene regolarmente implementata all'inizio del trattamento terziario, con pori di dimensioni che vanno da 0,1 a 10 micron. L'ultrafiltrazione (UF), con pori di diametro compreso tra 0,01 e 0,1 micron, è utile per la rimozione di solidi sospesi, batteri e molti virus. Entrambi questi tipi di membrana agiscono come barriere fisiche, intrappolando i contaminanti sulla superficie e consentendo il passaggio dell'acqua pulita. Nel tempo, i contaminanti si accumulano sulla superficie della membrana e, di conseguenza, per mantenere l'efficienza ed evitare che i pori si ostruiscano tanto da non far più passare l'acqua, è necessario un controlavaggio periodico.

Il livello di filtrazione può essere ancora superiore e, in questo caso, si parla di nanofiltrazione che impiega membrane con pori da 0,001 micron circa di diametro. Attraverso questi piccoli pori, la nanofiltrazione è in grado di rimuovere uno spettro più ampio di contaminanti, tra cui materia organica disciolta, ioni di durezza - come calcio e magnesio - pesticidi e alcuni metalli pesanti. Viene regolarmente utilizzata come trattamento intermedio tra l'ultrafiltrazione e l'osmosi inversa (RO) perché assicura un elevato livello di purificazione senza le elevate richieste energetiche dell'osmosi inversa per rimuovere i sali disciolti.

Quando la purezza dell'acqua è critica, come nel caso del riutilizzo potabile diretto e di molte applicazioni industriali, le membrane a osmosi inversa (RO) possono essere utilizzate per rimuovere i contaminanti più sottili. Queste membrane possiedono pori da 0,0001 micron circa di diametro che catturano sali, minerali, tracce di inquinanti, batteri e virus. Con pori così piccoli e la necessità di superare la pressione osmotica, l'osmosi inversa richiede molta energia per pressurizzare e pompare l'acqua attraverso le membrane.

Dato che i pori sono così piccoli, i sistemi di osmosi inversa sfruttano in genere la filtrazione a flusso incrociato, in cui l'acqua permeata filtrata viene convogliata in una direzione, mentre l'acqua concentrata contaminata segue un percorso diverso attraverso il serbatoio. La filtrazione a flusso incrociato consente al flusso concentrato di eliminare l'accumulo di contaminanti sulla membrana e di mantenere una turbolenza sufficiente a impedire l'intasamento della superficie.

Il flusso concentrato è costituito da sali e altri composti che non riescono a passare attraverso la membrana. Per aumentare il recupero dell'acqua, i sistemi RO sono spesso costituiti da più stadi, in cui il concentrato di uno stadio viene spinto attraverso una membrana di secondo stadio o riciclato attraverso la membrana iniziale.

Dopo la filtrazione, la fase finale del trattamento terziario è generalmente la disinfezione. I metodi di disinfezione più comuni includono la clorazione e metodi di ossidazione avanzati come l'ultravioletto e l'ozonizzazione. Questi processi inattivano i patogeni rimanenti - tra cui batteri, virus e protozoi - per garantire che vengano soddisfatti i rigorosi requisiti di qualità dell'acqua.

Il successo di qualsiasi programma di riutilizzo dell'acqua va oltre il grado di sofisticatezza tecnologica e richiede un meticoloso controllo del processo, un rigoroso monitoraggio della qualità dell'acqua di alimentazione e un preciso programma di manutenzione. I sistemi di controllo del processo devono monitorare e regolare costantemente i parametri di trattamento, in modo da garantire sempre la stessa qualità dell'acqua prodotta e, per prevenire l'introduzione di contaminanti che possono compromettere il trattamento, è necessario implementare adeguate misure di gestione ambientale.

Considerato che le istituzioni riconoscono il ruolo sempre più importante del riutilizzo dell’acqua per garantire le forniture idriche, il panorama giuridico sta evolvendo rapidamente. In molte zone, le procedure di autorizzazione al riutilizzo potabile indiretto e diretto stanno diventando sempre più comuni e definiscono i requisiti dei progetti di riutilizzo affrontando, nel contempo, le preoccupazioni delle comunità sulla sicurezza del sistema. Considerati i progressi delle tecnologie di trattamento, i quadri normativi dovrebbero continuare ad adattarsi per promuovere l’innovazione e salvaguardare la salute pubblica e l’integrità ambientale.

Il futuro della sicurezza idrica dipende dalla capacità di adottare pratiche sostenibili e gli investimenti continui nella ricerca, nelle infrastrutture e nell'eduzione delle comunità contribuiranno a garantire forniture idriche sostenibili per le generazioni future.