La osmosi forzata (in inglese Forward Osmosis, o FO) è una tecnologia emergente di membrane che presenta una serie di caratteristiche vantaggiose rispetto all’osmosi inversa. Sebbene attualmente si presenti come una tecnologia complementare, ha una proiezione sufficiente per diventare l’opzione di riferimento in numerose applicazioni.
A livello industriale, l’osmosi forzata si basa sul fenomeno naturale in cui un solvente fluisce da una regione con bassa pressione osmotica, attraverso una membrana semipermeabile, verso un’altra regione con elevata pressione osmotica. Questo fenomeno avviene continuamente in natura, nelle piante, negli alberi, nei batteri, nelle cellule animali, ecc.
L’osmosi forzata è un processo mediante il quale si produce acqua di alta qualità a partire da un effluente acquoso con un grado più o meno elevato di contaminazione, utilizzando una membrana semipermeabile e una soluzione con elevata pressione osmotica. Nel processo si consuma pochissima energia, poiché si svolge a pressioni molto basse e a temperatura ambiente, rappresentando uno dei vantaggi più rilevanti.
Per sfruttare il fenomeno naturale in applicazioni specifiche, si possono utilizzare due fluidi con diverse pressioni osmotiche affinché, ad esempio, acqua pura da una soluzione di acqua marina fluisca attraverso la membrana per diluire una soluzione con una pressione osmotica ancora maggiore. È importante sottolineare che questo fenomeno naturale avviene a temperatura ambiente e senza la necessità di applicare una pressione significativa. L’unica energia esterna necessaria è quella richiesta per superare la resistenza all’attrito su entrambi i lati della membrana (normalmente, 2-3 bar). La soluzione ad alta pressione osmotica è conosciuta come «agente osmotico» (draw solution in inglese) e deve essere di facile e sicura manipolazione, di semplice preparazione e di facile separazione dal prodotto finale (generalmente acqua di alta qualità).
Rispetto a un sistema di osmosi inversa convenzionale, l’osmosi forzata presenta una lunga lista di vantaggi. Il principale risiede nel fatto che l’osmosi forzata si svolge a pressioni ridotte, con il conseguente risparmio energetico che ciò comporta. Inoltre, le membrane di osmosi forzata sono più resistenti all’incrostazione e tollerano meglio il cloro, per cui le pulizie sono meno necessarie e più efficaci, prolungando così la vita utile delle membrane. Tuttavia, l’osmosi forzata non produce acqua di alta qualità adatta all’uso in un’unica fase, poiché dopo la fase di osmosi forzata l’acqua è mescolata con l’agente osmotico e si rende necessaria una seconda fase per separare l’agente osmotico dall’acqua prodotta. Nella seconda fase, l’agente osmotico viene rigenerato contemporaneamente alla produzione di acqua di alta qualità (figura 1).
I due processi, quello di osmosi forzata e quello di rigenerazione dell’agente osmotico, sono collegati dalla ricircolazione della soluzione dell’agente osmotico, che ha una pressione osmotica superiore a quella dell’alimento. L’agente osmotico concentrato permette il flusso di acqua pura dalla soluzione alimento. Di conseguenza, l’agente osmotico si diluisce con il flusso di acqua pura che attraversa la membrana. L’agente osmotico diluito viene successivamente concentrato separandolo dall’acqua pura nel sistema di rigenerazione. La combinazione dell’operazione dei due sistemi è un parametro chiave nella progettazione del sistema affinché l’operazione complessiva sia semplice, robusta e affidabile.
I vantaggi più importanti dell’osmosi forzata rispetto all’osmosi inversa convenzionale sono i seguenti:
- Consumo energetico inferiore, specialmente nel caso di soluzioni con pressioni osmotiche elevate.
- Bassa propensione all’incrostazione della membrana.
- Pulizia della membrana più facile ed efficace.
- Maggiore durata della membrana.
- Costi operativi più bassi.
L’osmosi forzata può essere utilizzata in una vasta gamma di applicazioni possibili, poiché consente il trattamento di acque marine e salamoie, di acque con sali minerali e metalli, di effluenti con elevato carico organico e di effluenti con silice tra gli altri tipi di effluenti, essendo le più rilevanti quelle elencate di seguito:
- Produzione di acqua in zone con problemi di scarsità.
- Trattamento di effluenti quando la normativa impone il riutilizzo.
- Implementazione di un sistema a scarico zero.
- Trattamento di effluenti complessi e difficili da trattare con tecnologie convenzionali.
- Alternativa valida quando è necessario ridurre il consumo energetico.
Pertanto, l’osmosi forzata è una tecnologia emergente, totalmente valida e affidabile, che si presenta come una chiara concorrente dell’osmosi inversa convenzionale e di altre tecnologie di separazione. In sintesi, l’osmosi forzata:
- È un processo alternativo all’osmosi inversa, in cui si riduce l’energia e si diminuisce la proporzione di rifiuto prodotto.
- È una tecnologia che si presenta come un’alternativa emergente ai processi di evaporazione termica convenzionali.
- Consente un’ampia varietà di applicazioni diverse.
- È una tecnologia emergente che continuerà a svilupparsi e si otterranno ancora migliori prestazioni.
- Riduce i costi di investimento e di esercizio nelle applicazioni a scarico zero rispetto ad altre tecnologie.
- I prossimi miglioramenti serviranno a ridurre le necessità del pretrattamento e ad aumentare ulteriormente la sua efficienza.
Condorchem Envitech mette a disposizione dei suoi clienti la progettazione e l’implementazione di sistemi ottimali di osmosi forzata. In particolare, dispone di tre opzioni di trattamento mediante questa tecnologia, in cui l’agente osmotico è una soluzione termolitica, capaci di soddisfare le esigenze di clienti molto diversi. Le opzioni tecnologiche sono le seguenti:
OPZIONE 1
- Soluzione focalizzata sulla membrana.
- Elevato recupero di acqua, anche nel caso di effluenti che incrostano considerevolmente la membrana.
- Trattamento per effluenti con silice, contaminazione organica e minerali.
OPZIONE 2
- Tecnologia considerata il fiore all’occhiello dell’osmosi forzata.
- Massimo recupero di acqua di alta qualità.
- Trattamento di salamoie fino a 250.000 ppm di solidi disciolti totali.
OPZIONE 3
- Recupero completo dell’acqua. Soluzione a scarico zero.
- Combina tecnologia MBC con cristallizzatori.
- Miglioramento dell’efficienza rispetto ai processi di evaporazione multieffetto.