1. Microplastiche nelle acque reflue come contaminanti emergenti
1.1 Presenza e rilevanza ambientale
Le microplastiche sono sempre più riconosciute come contaminanti emergenti nei sistemi di trattamento delle acque reflue a causa della loro persistenza, delle ridotte dimensioni e della resistenza alla degradazione. Gli impianti di trattamento delle acque reflue convenzionali non sono stati originariamente progettati per intercettare specificamente le particelle di microplastica, con conseguente rimozione incompleta e potenziale rilascio di microplastiche residue nei corpi idrici recettori. Studi recenti evidenziano la necessità di configurazioni di trattamento avanzate e integrate per migliorare l’efficienza di rimozione, in particolare nelle applicazioni industriali e nelle acque reflue ad alta sensibilità.
1.2 Fonti e vie di ingresso
Le microplastiche entrano nei flussi di acque reflue da un’ampia gamma di fonti, tra cui attività domestiche, scarichi industriali, tessuti sintetici, prodotti per la cura personale e la frammentazione di materiali plastici di dimensioni maggiori. Una volta trasportate agli impianti di trattamento delle acque reflue, queste particelle presentano caratteristiche fisiche e chimiche eterogenee che influenzano in modo significativo il loro comportamento durante i processi di trattamento.
Le evidenze scientifiche dimostrano che le microplastiche sono rilevate in modo sistematico sia nei flussi in ingresso (influenti) sia in quelli in uscita (effluenti) degli impianti di trattamento delle acque reflue. La loro persistenza negli effluenti trattati mette in evidenza i limiti dei processi di trattamento convenzionali e ne supporta la classificazione come contaminanti emergenti che richiedono strategie di rimozione dedicate.
2. Occorrenza e caratteristiche fisiche delle microplastiche
Le particelle di microplastica presenti nelle acque reflue mostrano una notevole variabilità in termini di:
- Dimensione, da frammenti visibili a particelle micrometriche e sub-micrometriche
- Forma, inclusi fibre, frammenti, film e pellet
- Composizione polimerica, come polietilene (PE), polipropilene (PP) e polistirene (PS)
Tra queste categorie, le microplastiche fibrose sono frequentemente riportate come la forma dominante. La loro geometria allungata e la flessibilità contribuiscono alla loro persistenza durante il trattamento e aumentano la probabilità di attraversamento dei processi di separazione convenzionali, come riportato da studi recenti sul comportamento delle microplastiche nelle acque reflue.
3. Prestazioni dei processi convenzionali di trattamento delle acque reflue
3.1 Trattamento primario
I processi di trattamento primario, come la grigliatura e la sedimentazione, sono in grado di rimuovere una frazione delle particelle di microplastica più grandi e più dense. Tuttavia, l’efficienza di rimozione in questa fase è altamente variabile e dipende in modo significativo dalla dimensione delle particelle, dalla densità e dalla morfologia. Le particelle più piccole, galleggianti o con forme irregolari risultano scarsamente intercettate durante il trattamento primario, secondo studi recenti sulle prestazioni degli impianti di trattamento delle acque reflue.
3.2 Trattamento secondario
I processi di trattamento secondario, progettati principalmente per la degradazione della sostanza organica, contribuiscono alla rimozione delle microplastiche attraverso l’intrappolamento fisico all’interno dei fiocchi di fango attivo. Sebbene il trattamento secondario rappresenti una fase di rimozione significativa per molte particelle, concentrazioni misurabili di microplastiche rimangono spesso negli effluenti secondari, in particolare fibre e particelle fini.
Questi risultati indicano che il trattamento biologico da solo non è sufficiente a garantire la completa rimozione delle microplastiche, come evidenziato da revisioni scientifiche sui contaminanti emergenti.
4. Ruolo dei trattamenti avanzati e terziari
Le fasi di trattamento avanzato svolgono un ruolo cruciale nel migliorare le prestazioni di rimozione delle microplastiche. I processi di filtrazione e le tecnologie di separazione avanzata riducono in modo significativo le concentrazioni di microplastiche, in particolare per le particelle non efficacemente rimosse nelle fasi precedenti.
Tuttavia, anche i sistemi avanzati non raggiungono in modo costante l’eliminazione completa. Ciò riflette il fatto che gli impianti di trattamento convenzionali sono ottimizzati per la rimozione di sostanza organica, nutrienti e solidi sospesi, piuttosto che per contaminanti emergenti come le microplastiche.
5. Processi di rimozione basati su elettrocoagulazione e membrane
5.1 Elettrocoagulazione per l’aggregazione delle particelle
L’elettrocoagulazione è emersa come una tecnica promettente per la rimozione delle microplastiche grazie alla sua capacità di destabilizzare e aggregare le particelle sospese mediante la generazione in situ di specie coagulanti. Studi sperimentali recenti dimostrano che l’elettrocoagulazione migliora in modo significativo l’aggregazione delle particelle, aumentando la dimensione efficace e migliorando l’efficienza delle successive fasi di separazione.
Questo processo risulta particolarmente efficace quando integrato in sistemi di trattamento multi-stadio piuttosto che applicato come soluzione autonoma. L’elettrocoagulazione è particolarmente rilevante per applicazioni industriali, dove flessibilità operativa, controllo di processo e ridotta dipendenza dal dosaggio di prodotti chimici esterni rappresentano vantaggi significativi.
5.2 Filtrazione a membrana come barriera fisica di separazione
La filtrazione a membrana fornisce una barriera fisica in grado di trattenere le particelle di microplastica aggregate. Quando applicata a valle dell’elettrocoagulazione, la filtrazione a membrana incrementa in modo sostanziale l’efficienza complessiva di rimozione e migliora la stabilità del processo.
Sfide operative come il fouling e l’incrostazione, in particolare nei flussi di acque reflue complesse, evidenziano l’importanza di un adeguato pretrattamento e di una corretta integrazione di processo.
6. Sistemi di trattamento ibridi e integrati
6.1 Strategie di integrazione di processo
I sistemi di trattamento ibridi mostrano prestazioni costantemente superiori rispetto agli approcci basati su un singolo processo. Le revisioni scientifiche sottolineano che una rimozione efficace delle microplastiche richiede una combinazione di strategie fisiche, chimiche e integrate per affrontare l’ampia diversità di dimensioni, forme e proprietà superficiali delle particelle.
Le configurazioni integrate possono combinare processi di separazione fisica, inclusi filtrazione, sedimentazione, flottazione e sistemi a membrana, con coagulazione e flocculazione per promuovere l’aggregazione delle particelle e migliorare l’efficienza di cattura. L’elettrocoagulazione genera coagulanti in situ per migliorare l’aggregazione senza ricorrere a dosaggi chimici esterni, mentre approcci basati sull’adsorbimento, come l’uso di carbone attivo o materiali bio-based, supportano la rimozione delle particelle fini.
6.2 Vantaggi prestazionali dei sistemi ibridi
Questi sistemi ibridi offrono maggiore efficienza di rimozione, maggiore affidabilità operativa e una migliore adattabilità a effluenti industriali o farmaceutici complessi. I metodi di separazione fisica risultano particolarmente efficaci come stadi terziari o di polishing, mentre la coagulazione e l’elettrocoagulazione migliorano la cattura delle fibre più piccole e flessibili. L’adsorbimento completa questi processi intercettando particelle altrimenti difficili da rimuovere.
7. Implicazioni pratiche e limiti dei sistemi
7.1 Fattori che influenzano l’efficienza di rimozione
Le prestazioni di rimozione delle microplastiche sono influenzate dalla dimensione delle particelle, dalla forma — in particolare dalla persistenza delle fibre — dalla densità del polimero e dalle proprietà superficiali, nonché dalla configurazione del trattamento e dal grado di integrazione di processo. Questi fattori spiegano l’ampia variabilità delle efficienze di rimozione riportate nei diversi impianti.
7.2 Limiti delle infrastrutture esistenti
Gli attuali sistemi di trattamento delle acque reflue non sono stati progettati con l’obiettivo primario di rimuovere le microplastiche. Di conseguenza, la rimozione completa non può essere ottenuta in modo sistematico, le particelle fini possono attraversare più stadi di trattamento e le prestazioni variano in modo significativo tra i diversi impianti. Questi limiti evidenziano la necessità di ulteriori attività di ricerca, monitoraggio e ottimizzazione.
8. Rilevanza per il trattamento delle acque reflue industriali e farmaceutiche
La contaminazione da microplastiche è particolarmente critica nelle applicazioni industriali, farmaceutiche e ad alta sensibilità, dove prevalgono effluenti complessi e standard ambientali stringenti. Configurazioni di trattamento avanzate e integrate sono essenziali per gestire i contaminanti emergenti insieme ai parametri convenzionali delle acque reflue.
La comprensione del comportamento delle microplastiche e dei meccanismi di rimozione supporta lo sviluppo di strategie di trattamento su misura, idonee all’implementazione su scala industriale.
9. Principali evidenze tecniche e direzioni di ricerca
Le evidenze attuali indicano che le particelle di microplastica possono bypassare i trattamenti convenzionali delle acque reflue, che l’aggregazione delle particelle è fondamentale per una rimozione efficace, che i singoli stadi di trattamento mostrano un’efficacia limitata e che i sistemi ibridi e integrati offrono le prestazioni più affidabili.
Questi risultati sono coerenti con la tendenza verso soluzioni di trattamento delle acque reflue di nuova generazione, in grado di affrontare i contaminanti emergenti mantenendo al contempo efficienza operativa e conformità normativa.
Restate con noi! Pubblicheremo una seconda parte per approfondire meglio.
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