Il fouling nei bioreattori a membrana
A parità di intensità della forza motrice, le condizioni di funzionamento di una membrana non si mantengono costanti nel tempo: le resistenze da vincere aumentano a causa della graduale chiusura dei pori che comporta riduzione della superficie filtrante della membrana \cite{pirozzi2012}. Questo fenomeno, noto come fouling, consiste nello sporcamento della superficie esterna o interna della membrana causato da materiale adsorbito o accumulato su essa durante la filtrazione. Tuttavia, tale termine è usato per indicare tutti i fenomeni che provocano una riduzione della permeabilità delle membrane e che comportano la necessità di superfici filtranti maggiori e pressioni applicate più elevate \cite{belgiorno2012}. A causa delle difficoltà nel controllarlo e nel prevederne gli effetti, il fouling ha fortemente condizionato l’applicazione dei bioreattori a membrana. L'accumulo di colloidi, particelle, macromolecole e sali sulla superficie della membrana comporta una diminuzione del flusso con conseguente riduzione della vita utile della membrana \cite{Borea_2018}. Il fouling è il principale problema operativo degli MBR: la tendenza alla diminuzione della permeabilità della membrana durante il ciclo di filtrazione comporta la richiesta di una periodica pulizia fisica e chimica dei moduli filtranti, con conseguente aumento dei costi di esercizio e problemi legati a tempi di inattività dell’impianto \cite{Buzatu_2018}.
Il fouling può essere attribuito sia alla precipitazione di composti inorganici poco solubili, come il carbonato di calcio (CaCO3), sia ad inevitabili manifestazioni biologiche, generate da colonie microbiche che interagiscono con la membrana, usandola anche come supporto o come substrato \cite{pirozzi2012}. A seconda delle cause che lo determinano, il fouling può essere distinto in reversibile, irreversibile e irrecuperabile (Fig. 2). Il fouling reversibile può essere efficacemente rimosso con processi fisici, ad esempio con il controlavaggio. Sull'aliquota non eliminabile in questo modo (fouling irreversibile) si agisce ricorrendo, più saltuariamente, alla pulizia chimica utilizzando acidi, basi, tensioattivi, detergenti e ossidanti \cite{Wang_2014}. Occorre limitare questo tipo di pulizia in quanto frequenti e intensivi lavaggi chimici, oltre ad essere costosi, comportano indebolimento della membrana \cite{Judd_2008} \cite{Krzeminski_2017}. Vi sono ulteriori depositi che non possono essere rimossi neanche con pulizia chimica e formano il cosiddetto "fouling irrecuperabile"; queste incrostazioni, accumulandosi nel tempo, comportano la necessità di sostituire la membrana.