Sviluppo di membrane idrofobiche per reattori biologici a membrana aerata

Abstract

In questo lavoro di tesi è stata verificata la possibilità di realizzare dei MABR (reattore a biofilm a membrana aerata), sia con membrane commerciali in polipropilene (PP), sia con nuove membrane in polivinilidenfloruro (PVDF) prodotte in laboratorio. Di questi sono state valutate le prestazioni, in termini di abbattimento della concentrazione di sostanze contenute in un’acqua reflua sintetica. Il biofilm viene fatto crescere su un modulo a membrana costituito da fibre cave nel cui lume viene fatta fluire aria. Le membrane in PVDF sono state preparate con tecnica NIPS, utilizzando una soluzione al 14,5% di PVDF in trietilfosfato (TEF), che viene depositata su una calza di fibra di vetro (diametro esterno 3,5 mm). La tecnica per rivestire il supporto è stata il dip-coating. Come non solvente è stato utilizzato etanolo al 96%. Sono state valutate le proprietà delle membrane preparate, perciò sono stati variati dei parametri operativi (temperatura della soluzione polimerica e velocità di deposizione sul supporto) e in un secondo momento è stato misurato lo spessore del film polimerico depositato e il diametro medio dei pori. Poi, sono state valutate le prestazioni delle membrane in sistemi MABR a membrana singola, confrontando alcune membrane prodotte e selezionate con una membrana in PP commerciale. È stata calcolata la capacità di trasferire l’ossigeno mediante una sonda per la misura dell’ossigeno disciolto. È stata valutata l’adesione della biomassa alle membrane e la sua crescita nel tempo, mettendo in relazione l’abbattimento del COD con una valutazione visiva e fotografica delle membrane stesse. Infine, con le membrane in PP e una tipologia di membrane in PVDF, è stato realizzato uno scale-up degli impianti, per verificare la possibilità di realizzare il processo di abbattimento di sostanze ossidabili, la nitrificazione e la denitrificazione su un unico impianto.

In this thesis it was verified the possibility of realizing MABRs (membrane aerated biofilm reactor), both with commercial membranes in polypropylene (PP), and with new membranes in polyvinylidene fluoride (PVDF) produced in laboratory. The performances of these systems were evaluated, in terms of reduction of the concentration of substances contained in a synthetic waste water. The biofilm was grown on a membrane module made up of hollow fibers in which air is blown into the lumen. The PVDF membranes were prepared with the NIPS technique, using a 14.5% solution of PVDF in triethyl phosphate (TEF), which is deposited on a glass fiber braid (outside diameter 3.5 mm). The technique for covering the support was dip-coating. 96% ethanol was used as a non-solvent. The properties of the prepared membranes were evaluated, therefore the operating parameters were varied (temperature of the polymer solution and deposition rate on the support) and subsequently the thickness of the deposited polymer film and the average diameter of the pores were measured. Then, the performance of the membranes in single membrane MABR systems was evaluated by comparing a few manufactured and selected membranes with a commercial PP membrane. The ability to transfer oxygen using a dissolved oxygen probe was calculated. The adhesion of the biomass to the membranes and its growth over time was evaluated, relating the reduction of the COD with a visual and photographic evaluation of the membranes themselves. Finally, with the PP membranes and a type of PVDF membrane, a scale-up of the plants was carried out, to verify the possibility of carrying out the abatement process of oxidizable substances, nitrification and denitrification on a single plant.