Sebbene l’osmosi inversa sia una forma di desalinizzazione dell’acqua di mare relativamente efficiente dal punto di vista energetico, è tuttavia resa meno efficiente da un problema noto come biofouling.
Un nuovo rivestimento a membrana, tuttavia, potrebbe affrontare il biofouling come mai prima d’ora.
In parole povere, l’osmosi inversa comporta l’uso di alta pressione per forzare l’acqua di mare attraverso una membrana semipermeabile.
Quella membrana filtra il sale dall’acqua, ma anche batteri e altri microbi si accumulano gradualmente sulla sua superficie.
Nel tempo, questi microrganismi si formano in un biofilm viscido, che rende la membrana meno permeabile.
Di conseguenza, è necessaria più energia per far passare l’acqua.
Anche se ci già sono rivestimenti membrana che aiutano a ridurre biofouling, molti utilizzano sostanze chimiche tossiche che li legano alla membrana.
Queste sostanze chimiche alla fine finiscono per essere passate in mare.
Inoltre, secondo gli scienziati della King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) dell’Arabia Saudita, tali rivestimenti non eliminano completamente i biofilm.
Questa limitazione ha spinto i ricercatori a sviluppare un rivestimento “polielettrolitico” non tossico.
Il nuovo rivestimento in polielettrolita evita la necessità di leganti tossici da attaccare alla membrana.
Può anche essere risciacquato in sicurezza dal sistema con salamoia e flusso aumentato, lasciando la superficie della membrana priva di biofilm.
Come funziona questa tecnologia
Viene introdotto come liquido nel flusso di acqua di mare non trattata e si lega alla superficie della membrana tramite interazioni elettrostatiche, quindi non sono necessari prodotti chimici.
Una volta che il biofilm ostruttivo si è formato sul rivestimento, questa soluzione viene lavata attraverso il sistema di desalinizzazione ad una velocità maggiore.
Ciò fa sì che il rivestimento si stacchi dalla membrana, rompendosi e portando via l’intero biofilm con sé. Successivamente viene applicato un nuovo rivestimento.
Il team ha testato il rivestimento creato utilizzando un simulatore di incrostazione della membrana; un piccolo dispositivo che imita le condizioni negli impianti di desalinizzazione a osmosi inversa.
Hanno fatto circolare il rivestimento attraverso il sistema cinque volte per stabilire strati sulla superficie della membrana e hanno aggiunto nutrienti biodegradabili per incoraggiare la crescita del biofilm.
Dopo otto giorni, i ricercatori hanno lavato il sistema con un forte flusso di soluzione altamente salina per 24 ore per rimuovere il rivestimento. Il team ha confrontato le prestazioni della membrana rivestita con un controllo non rivestito.
Utilizzando la microscopia elettronica a trasmissione, i ricercatori hanno scoperto che il rivestimento è rimasto stabile in acqua salata, rendendolo adatto per la desalinizzazione dell’acqua di mare. Aumentando la forza del flusso d’acqua e la salinità dell’acqua, il team è stato in grado di rimuovere con successo il rivestimento e il biofilm attaccato dalla membrana.
Vantaggi
Dopo questo processo di pulizia, il flusso di liquido attraverso la membrana rivestita era due volte superiore rispetto al controllo non rivestito.
“Il vantaggio del nuovo rivestimento è che si attacca alla superficie tramite interazioni elettrostatiche, quindi non è necessario utilizzare prodotti chimici”, afferma Nava-Ocampo.
“Inoltre, non dobbiamo pretrattare la membrana per rivestirla. La membrana rimane nel sistema e noi passiamo semplicemente il rivestimento attraverso lo stesso flusso di corrente utilizzato per la desalinizzazione.”
La ricerca è condotta dalla dottoranda Maria Fernanda Nava-Ocampo, sotto la supervisione del Prof. Johannes Vrouwenvelder.
L’articolo della ricerca è stato pubblicato sulla rivista Desalination.