I processi di filtrazione a membrana si differenziano dai processi a filtrazione meccanica dal momento che sono in grado di realizzare una separazione tra due fluidi. La filtrazione avviene attraverso una barriera semipermeabile di dimensioni sub-micrometriche, che viene attraversata solamente da alcune delle sostanze presenti nei fluidi mentre è poco (o per nulla) permeabile alle altre (molecole organiche, ioni e microrganismi).

Le possibilità di impiego dei filtri a membrana sono molto ampie, ma tutt’ora sono frenate, oltre che dai costi di installazione e manutenzione, da alcuni problemi gestionali intrinseci dei sistemi a membrana, in particolare quando si vogliono trattare grossi volumi d’acqua (come per esempio per la filtrazione di acque da pozzo o reflue).

Uno dei problemi principali di questi sistemi è il fenomeno del “fouling” (incrostazione), che si manifesta con una diminuzione irreversibile del flusso causata dall’accumulo di particelle micrometriche sulla superficie della membrana e dalla precipitazione di soluto sulla superficie e tra i pori della membrana stessa. In linea generale la formazione di fouling in un impianto a membrana dipende da diversi parametri, tra cui la presenza di proteine e macromolecole organiche (effetto gel), microrganismi, sali disciolti, pH, ma anche velocità di flusso e turbolenza (se elevate aiutano a ridurne l’entità).

La durata di una membrana filtrante si può valutare mediante un test di sporcamento detto “Silt Density Index” (SDI), una misura del potenziale di incrostazione dei solidi sospesi e in particolare della frazione siltosa (limo). Il limo è composto da particelle di vario genere (colloidi organici, prodotti di corrosione del ferro, alghe e materia fine) che possono accumularsi sulla superficie della membrana. Il test consiste nel misurare la velocità di intasamento di un filtro standard, attraversato dall’acqua che si vuole esaminare, alimentata ad una pressione di riferimento. Da correlazioni empiriche si osserva che se SDI < 3 un processo di filtrazione può ottenere buoni risultati nel lungo periodo, senza risentire eccessivamente di fenomeni di fouling.

Conoscere e monitorare la qualità dell’acqua che si intende trattare è fondamentale per prevedere i costi a lungo termine e per evitare spese impreviste. Infatti, lo sporcamento della membrana (e quindi la sua sostituzione) può influire significativamente sul costo di un sistema e ridurre la sua affidabilità. Possiamo quindi concludere affermando che la conoscenza delle condizioni di contorno di un impianto filtrante è fondamentale per il dimensionamento dei filtri a membrana e delle eventuali opere di pre-trattamento!