Il trattamento di effluenti salini e salamoie non è possibile utilizzando processi convenzionali. L’unica tecnologia che offre una soluzione completa è l’evaporazione sotto vuoto, poiché l’osmosi inversa o l’elettrodialisi generano un effluente di rifiuto che deve essere gestito. E la distillazione convenzionale comporta costi che ne rendono non economicamente sostenibile l’uso.
Tuttavia, esiste una tecnologia che, sebbene il primo brevetto risalga al 1963, il suo utilizzo sta emergendo attualmente sfruttando tutti gli sviluppi dell’ingegneria delle membrane. Si tratta della distillazione a membrana.
La distillazione a membrana consiste in un processo termico in cui solo le molecole di vapore possono passare attraverso la membrana, la quale è idrofobica. Il liquido da trattare è a contatto diretto con una delle superfici della membrana ma non penetra attraverso i pori della membrana essendo questa idrofobica. La forza motrice per la separazione è la pressione di vapore attraverso la membrana, e non la pressione totale come avviene con l’osmosi inversa. Aumentando la temperatura del liquido aumenta la pressione di vapore e, di conseguenza, aumenta anche il gradiente di pressione di vapore che è la forza motrice.
Dal punto di vista commerciale è una tecnologia che non è stata ampiamente implementata per le seguenti ragioni:
- L’efficienza termica del processo è ridotta a causa delle perdite di calore per conduzione attraverso le membrane.
- Si verificano effetti di polarizzazione di concentrazione e temperatura che diminuiscono il flusso di permeato attraverso la membrana.
- Si verifica l’effetto wetting che consiste nella penetrazione di impurità presenti nel liquido nei pori della membrana, riducendo così il flusso di permeato.
Nonostante questi inconvenienti, che con il progresso della ricerca vengono superati, la tecnologia presenta una serie di vantaggi che la rendono sempre più competitiva in molte applicazioni. I vantaggi più importanti della distillazione a membrana sono:
- Come nell’evaporazione, il processo non è limitato dall’equilibrio, quindi si possono ottenere i fattori di recupero dell’acqua e di concentrazione del rifiuto necessari. A differenza dell’osmosi inversa, non esiste un equilibrio che stabilisce un limite nella separazione.
- Generalmente la tecnologia non richiede un pretrattamento del liquido per prolungare la vita della membrana.
- L’efficienza del sistema e l’ottima qualità dell’acqua prodotta sono praticamente indipendenti dalla concentrazione di sale nel liquido.
- Rifiuto del 100% dei soluti non volatili.
- Possibilità di trattare effluenti corrosivi e acidi, cosa complicata nella distillazione convenzionale a causa dei materiali richiesti.
- Flessibilità operativa trattandosi di moduli indipendenti.
La selezione della membrana è fondamentale per il buon funzionamento del processo. Le caratteristiche della membrana influenzano direttamente il processo, le più rilevanti sono: la porosità, la dimensione del poro, lo spessore della membrana, la conducibilità termica e la composizione, che è correlata alla resistenza all’attacco chimico.
Le caratteristiche della distillazione a membrana fanno sì che sia una tecnologia con un’applicazione soddisfacente in aree così diverse come:
- Produzione di acqua pura.
- Dissalazione di salamoia.
- Eliminazione di coloranti e trattamento delle acque reflue dell’industria tessile.
- Concentrazione di acidi e sostanze corrosive, nonché separazione di miscele azeotropiche nell’industria chimica.
- Concentrazione di succhi e lavorazione del latte nell’industria alimentare.
La distillazione a membrana è una tecnologia sempre più competitiva in una vasta gamma di settori industriali poiché consente di trattare effluenti complessi. Si tratta di una tecnica che, insieme all’evaporazione sotto vuoto, è tra le poche tecnologie che permettono di trattare effluenti salini e salamoie senza produrre, se necessario, una corrente di rifiuto, poiché la separazione non è limitata dall’equilibrio. Tuttavia, la distillazione a membrana non è ancora una tecnologia con un’elevata efficienza energetica a causa delle perdite di calore per conduzione attraverso la membrana, pertanto la sua applicazione è limitata a quelle situazioni in cui la distillazione convenzionale o l’evaporazione sotto vuoto non sono alternative praticabili, come nel caso in cui si desideri concentrare acidi o sostanze corrosive.