Risoluzione dei problemi relativi all'intasamento degli alloggiamenti dei filtri negli impianti di trattamento delle acque reflue

L’intasamento dell’alloggiamento del filtro in un impianto di trattamento delle acque reflue si manifesta solitamente con un aumento della pressione differenziale, una diminuzione della portata o con cartucce che raggiungono il limite di sostituzione in metà del tempo previsto. La sostituzione della cartuccia ripristina la portata per un certo periodo, ma non spiega perché il filtro si sia intasato così rapidamente. Nella maggior parte dei casi la causa va ricercata a monte, nel sistema idraulico dell’alloggiamento o in una incompatibilità tra l’elemento filtrante e la sostanza che causa l’intasamento.

La presente guida tratta degli alloggiamenti per filtri a cartuccia e a sacco utilizzati nel trattamento di perfezionamento degli effluenti, nel riutilizzo dell’acqua, nel pretrattamento a membrana e nelle linee di prodotti chimici o di acqua di tenuta. Spiega come riconoscere i principali meccanismi di intasamento, come individuarne la causa prima di sostenere spese, quali soluzioni funzionano e quando un elemento rigido in plastica porosa sinterizzata rappresenta un’alternativa sensata a una cartuccia monouso.

Come si presenta, nella pratica, l’intasamento dell’alloggiamento del filtro?

Per "incrostazione" si intende l'accumulo di solidi in sospensione, oli, proliferazione biologica o depositi minerali sull'elemento filtrante o all'interno dell'alloggiamento, che aumenta la resistenza al flusso. I primi segni sono solitamente i seguenti:

• La pressione differenziale (ΔP) aumenta più rapidamente rispetto al valore di riferimento dell'impianto per quel ciclo di funzionamento.
• Una portata inferiore a parità di impostazioni della pompa, oppure una pompa che deve lavorare di più per mantenere la portata.
• Cartucce che presentano un aspetto viscido, sono scolorite o emanano un odore di solfuro.
• Aumento della torbidità o del numero di particelle a valle nonostante il filtro sia in funzione, il che suggerisce la presenza di un bypass o lo scarico dei solidi trattenuti.
• Una membrana a valle presenta un ΔP più elevato, mentre il filtro a cartuccia sembra funzionare correttamente.

Quest'ultimo punto è importante nei sistemi di riutilizzo e di osmosi inversa. A Panoramica di WaterTech Online sugli indicatori chiave di prestazione dell'osmosi inversa (RO) elenca l’indice di densità dei sedimenti (SDI) e la pressione differenziale tra i parametri giornalieri che gli operatori dovrebbero monitorare, e precisa che l’SDI dovrebbe essere misurato in tutte le fasi di pretrattamento, anche a valle dei filtri a cartuccia. Indica inoltre un SDI inferiore a 3,0 a monte delle membrane come obiettivo del pretrattamento. Questi valori si applicano all’alimentazione delle membrane, non a tutti i filtri per acque reflue, ma il principio rimane valido: misurare a monte e a valle dell’alloggiamento piuttosto che affidarsi a un unico indicatore.

Un avvertimento riguardo al ΔP. Un valore in calo non è sempre una buona notizia. Se la pompa eroga una portata inferiore, il ΔP diminuisce anche se il carico sull’elemento rimane invariato. Confrontate il ΔP a portate comparabili, oppure registrate la portata parallelamente al ΔP.

Cause comuni di intasamento degli alloggiamenti dei filtri nei sistemi di trattamento delle acque reflue

Solidi sospesi e trascinamento di flocculi

I solidi biologici, il materiale trascinato dal chiarificatore e i flocchi di coagulante o polimero sono i carichi più comuni sui filtri di rifinitura. Un improvviso aumento del carico indica solitamente un’anomalia a monte, come l’innalzamento dello strato di fango, un cortocircuito nel chiarificatore o un sovradosaggio di coagulante. Un aumento costante e graduale indica un problema di portata nominale o di dimensionamento del filtro.

Grassi, oli, lubrificanti e polimeri

I grassi, gli oli e i lubrificanti (FOG) si spalmano sulle aperture dei pori anziché accumularsi al loro interno, quindi la differenza di pressione (ΔP) aumenta rapidamente e il filtro non si ripristina dopo un semplice risciacquo. L’eccesso di polimero cationico proveniente dalle fasi di disidratazione o flocculazione può comportarsi in modo simile, formando uno strato gelatinoso. Entrambi tendono ad apparire lucidi o appiccicosi su una cartuccia tagliata a metà, ed entrambi richiedono solitamente una fase di pulizia con tensioattivi o soluzioni alcaline piuttosto che con semplice acqua.

Bioincrostazioni e biofilm

L'acqua calda e ricca di sostanze nutritive all'interno di un alloggiamento che rimane inattivo tra un ciclo e l'altro è il luogo ideale per la formazione di biofilm. I segnali tipici sono la presenza di melma sull'elemento e sulle pareti dell'alloggiamento, la presenza di odori e un aumento della differenza di pressione (ΔP) anche in presenza di bassa torbidità. Gli alloggiamenti in standby e i tratti morti nelle tubazioni sono spesso i punti di origine.

Scalina e ossidi metallici

Il carbonato di calcio, i depositi a base di fosfati come la struvite e gli ossidi di ferro o manganese possono precipitare quando cambiano il pH, la temperatura o i livelli di ossidanti. Se un deposito frizza quando vi si applica una goccia di acido diluito, è probabile che contenga carbonato. I depositi di colore ruggine o neri che compaiono dopo l’aerazione o la clorazione suggeriscono l’ossidazione del ferro o del manganese. Verificare con un’analisi di laboratorio prima di scegliere un prodotto chimico per la pulizia.

Valutazione errata, alloggiamento sottodimensionato o sistema idraulico inadeguato

Un numero insufficiente di cartucce rispetto alla portata comporta un elevato flusso per elemento e un carico rapido. Prese d’aria ostruite, un pozzetto pieno di solidi depositati, O-ring danneggiati o una cartuccia mal posizionata possono aumentare la resistenza o consentire all’acqua non filtrata di bypassare l’elemento. Queste cause meccaniche sono economiche da risolvere e facili da trascurare.

Tabella di risoluzione dei problemi: sintomo, causa, verifica e soluzione

Sintomo	Probabile causa	Come confermare	Misure correttive tipiche
ΔP aumenta rapidamente, per poi stabilizzarsi dopo uno scarico	Solidi sospesi liberi o flocculi	Ispezionare l'elemento esaurito; verificare il TSS o la torbidità a monte	Correggere il chiarimento a monte; aggiungere uno stadio di prefiltraggio a grana più grossa
ΔP aumenta rapidamente, lo scarico non serve a nulla	FOG o pellicola polimerica	Deposito lucido o appiccicoso; patina oleosa nell’acqua di risciacquo	Controllare la fonte di FOG; utilizzare un tensioattivo compatibile o un detergente alcalino
Muco e odore, aumento di ΔP con bassa torbidità	Biofilm	Presenza visibile di melma; analisi microbiologiche, se necessario	Disinfettare gli alloggiamenti e le tubazioni; evitare che gli alloggiamenti rimangano inattivi con ristagni d’acqua
Deposito duro, croccante o frizzante	Depositi di carbonato o fosfato	Prova di caduta con acido diluito; analisi di laboratorio	Regolare il dosaggio del pH o dell'anticalcare; utilizzare prodotti di pulizia compatibili con gli acidi
Deposito di colore marrone-ruggine o nero	Ossidi di ferro o di manganese	Colore; analisi di laboratorio del deposito	Verificare i punti di ossidazione a monte; rimuovere i metalli prima del filtro
ΔP nella norma, ma scarsa qualità a valle	Bypass intorno all'elemento o alla guarnizione	Controllare gli O-ring, le sedi e le estremità degli elementi	Sostituire le guarnizioni; verificare il corretto posizionamento dell'elemento e l'accoppiamento con il tappo terminale
Sostituzioni frequenti nella portata di progetto	Alloggiamento o elemento sottodimensionato	Calcolare la portata per cartuccia in base alla scheda tecnica	Aggiungere elementi o un alloggiamento più grande; ridurre il flusso
Il valore indicato dal manometro ΔP sembra basso, ma la portata è diminuita	Misura effettuata a portata ridotta	Confronta ΔP a portata corrispondente	Portata del tronco con ΔP; andamento dei valori normalizzati

Come si dovrebbe individuare la presenza di incrostazioni prima di apportare qualsiasi modifica?

Inizia verificando cosa sta effettivamente ostruendo l'elemento. Una procedura pratica:

1. Stabilire una linea di riferimento chiara. Registrare il ΔP e la portata con i nuovi elementi installati. In assenza di questi dati, una lettura “alta” non ha alcun termine di riferimento.
2. Esaminare l'elemento esaurito e l'alloggiamento. Prendere nota del colore, della consistenza, dell’odore e della posizione del deposito. Uno strato superficiale indica la presenza di solidi. Una pellicola lucida indica la presenza di FOG, polimeri o sostanze biologiche. I depositi duri indicano la presenza di incrostazioni.
3. Verifica il feed. Prelevare campioni a monte e a valle per misurare la torbidità o il TSS. Se è presente una membrana a valle, monitorare anche l’SDI.
4. Eseguire semplici test di deposito. Una goccia di acido permette di identificare la presenza di carbonato. Un ammollo in acqua calda con detersivo indica se il deposito è di origine organica. Inviare qualsiasi deposito di natura sconosciuta per l’analisi.
5. Controlla i dettagli meccanici. Prima di dare la colpa al materiale filtrante, controllare le guarnizioni, le prese d’aria, gli scarichi e il corretto posizionamento delle cartucce.

Linee guida DuPont per la pulizia degli elementi FilmTec mostra un filtro a cartuccia in polipropilene da 5–10 micron all’interno di un alloggiamento in PVC, FRP o acciaio inossidabile come parte del proprio sistema di pulizia, e raccomanda di pulire gli elementi RO quando la caduta di pressione aumenta del 15%. Tale valore del 15% si applica agli elementi a membrana, non alle cartucce monouso. Il suo valore per la risoluzione dei problemi relativi agli alloggiamenti risiede nel metodo: normalizzare i dati in base all’andamento e agire in base alla variazione rispetto al valore di riferimento piuttosto che su una singola lettura assoluta.

Una granulometria più fine è la soluzione al problema delle incrostazioni?

Di solito no. Quando un filtro si intasa rapidamente, l’istinto è quello di allentare la regolazione per prolungarne la durata oppure di renderla più stretta per ottenere un effluente più pulito. Entrambe le soluzioni possono rivelarsi controproducenti.

Una granulometria più fine su un flusso invariato trattiene una maggiore percentuale delle particelle presenti in superficie, quindi il ΔP aumenta più rapidamente. Una granulometria più grossolana può durare più a lungo, ma lascia passare particelle che intasano la membrana o superano il limite di scarico. Nessuna delle due soluzioni affronta il problema di FOG, biofilm o incrostazioni, che non dipendono affatto dalla dimensione dei pori.

Consideriamo un esempio illustrativo. Un impianto sostituisce le cartucce da 10 micron con elementi da 5 micron per proteggere una membrana a valle, e la frequenza delle sostituzioni passa da mensile a settimanale. Se l’acqua in entrata trasporta flocculi provenienti da un chiarificatore che funziona al limite delle sue capacità, l’investimento più vantaggioso potrebbe essere un filtro di primo stadio a maglie più larghe o un intervento correttivo a monte, con l’elemento più fine posizionato in secondo luogo. La cartuccia più fine non era sbagliata, ma le veniva richiesto di svolgere il lavoro di due stadi.

Inoltre, la classificazione non è un criterio unico. Le classificazioni “nominali” e “assolute” descrivono comportamenti di ritenzione diversi, pertanto è opportuno chiedere al fornitore come sia stata determinata la classificazione e a quale portata. Allo stesso modo, la differenza di pressione ai terminali (ΔP) varia a seconda del modello dell’elemento; è quindi consigliabile utilizzare il valore di sostituzione indicato dal produttore dell’elemento piuttosto che un dato generico tratto da un altro tipo di cartuccia.

Pulizia e manutenzione: cosa funziona e cosa danneggia i supporti

Adattare il metodo di pulizia al tipo di sporco:

• Solidi sfusi: un risciacquo o lavaggio inverso a bassa pressione, laddove il design dell’elemento consenta il flusso inverso.
• FOG, polimeri e sostanze organiche: acqua calda con un tensioattivo compatibile o un detergente leggermente alcalino.
• Scaglie e ossidi metallici: un acido compatibile, con tempo di contatto e concentrazione stabiliti dal produttore dell'elemento.
• Biofilm: una fase di sanificazione adeguata, oltre a un piano per evitare il ristagno.

La compatibilità chimica determina cosa è sicuro. Il polietilene tollera generalmente molti acidi e alcali, ma può degradarsi in caso di esposizione prolungata a ossidanti forti, in particolare in presenza di calore. La poliammide è generalmente meno resistente agli acidi forti e agli agenti ossidanti. Il PTFE presenta una resistenza chimica molto ampia. Verificare i limiti esatti per il tipo specifico di materiale con il produttore prima della pulizia, poiché la concentrazione, la temperatura e il tempo di contatto influenzano il risultato.

Anche la manutenzione dell'alloggiamento è altrettanto importante. Svuotare e pulire la vasca di raccolta, ispezionare e sostituire gli O-ring secondo il programma previsto, verificare che gli sfiati e gli scarichi siano liberi e assicurarsi che le cartucce siano posizionate correttamente. Registrare il ΔP, la portata e le date di sostituzione, in modo da poter confrontare il prossimo episodio di incrostazione con i dati storici.

Quando è opportuno utilizzare elementi in plastica porosa sinterizzata?

L'impiego di elementi rigidi in plastica porosa sinterizzata è indicato quando lo stesso alloggiamento viene ripetutamente intasato da sostanze solide o organiche che possono essere rimosse con un'operazione di pulizia compatibile, e quando i costi e gli sprechi derivanti da frequenti sostituzioni con prodotti monouso sono significativi. Non rappresentano una soluzione per ogni problema di intasamento e non sostituiscono i controlli a monte.

In un elemento sinterizzato, le particelle di plastica vengono fuse in un corpo poroso autoportante. A differenza di una cartuccia avvolta o melt-blown, la struttura rimane rigida, il che consente di effettuare lavaggi in controcorrente o pulizie chimiche, purché vengano rispettati i limiti di pressione e di compatibilità indicati dal produttore. Gli svantaggi sono un costo unitario tipicamente più elevato rispetto a una cartuccia monouso in polipropilene, la necessità di una procedura di pulizia definita e il rischio che particelle fini si incastrino nella struttura porosa e resistano alla pulizia.

La scelta del polimero di base

Materiale	Applicazione tipica nel settore del trattamento delle acque reflue	Controlli fondamentali
UHMW-PE	Filtrazione generale delle particelle dall'acqua e dai fluidi di processo	Esposizione agli ossidanti, prodotti chimici per la pulizia, comportamento di bagnabilità
HDPE	Separazione solido-liquido nei flussi idrici industriali	Limiti di temperatura e pressione
PTFE	Reazioni chimiche aggressive o temperature più elevate	Bagnabilità per impiego in ambiente acquoso, montaggio delle estremità e costo
PA (nylon)	Filtrazione delle particelle fini in un intervallo di classificazione ristretto	Compatibilità con acidi e ossidanti

Le gamme pubblicate dal fornitore costituiscono un punto di partenza. Quelle di Lvyuan Tubi porosi sinterizzati in UHMW-PE per cartucce filtranti sono elencati con granulometrie comprese tra 0,2 e 140 μm e diametri compresi tra 10 e 120 mm. I tubo filtrante poroso in HDPE sinterizzato viene descritto per la separazione solido-liquido, con un intervallo compreso tra 1 e 100 μm, funzionamento a temperature inferiori a 80 °C e resistenza alla pressione inferiore a 0,5 MPa. In caso di sostanze chimiche aggressive o temperature più elevate, il cartuccia filtrante porosa in PTFE sinterizzato elenca valori nominali compresi tra 0,1 e 100 μm, un intervallo di temperatura da -190 °C a 260 °C e diverse opzioni di raccordi terminali, tra cui M20, M30, 222 e 226. Per la filtrazione fine, il Cartuccia filtrante in plastica porosa sinterizzata PA è disponibile nelle gamme da 0,5 a 10 μm con diametri di 38 mm o 48 mm. Questi sono i valori indicati dal fornitore; si raccomanda di verificarli in base alla propria portata, al ΔP, alla temperatura e alle caratteristiche chimiche prima di effettuare l'ordine.

Formati piatti e anulari

Non tutti i punti di filtrazione utilizzano un tubo. Alcune apparecchiature utilizzano un elemento piatto o stampato. Piastre filtranti porose in PE sinterizzato può essere tagliato su misura per la filtrazione e la distribuzione dei fluidi, piastre filtranti rotonde in PE sinterizzato gruppi di valvole che richiedono un disco piatto, e filtri ad anello in PE poroso sinterizzato Si tratta di elementi anulari stampati destinati ad apparecchiature progettate in base a tale geometria. In ogni caso, l’acquirente deve specificare lo spessore, le caratteristiche dei pori e il metodo di tenuta in funzione del fluido di esercizio effettivo, poiché non esiste una classificazione universale.

Un avvertimento riguardo alla bagnatura

Il polietilene poroso e il PTFE sono in genere idrofobici, a meno che non vengano sottoposti a trattamento. In caso di impiego con acque reflue acquose, verificare se l’elemento sia stato sottoposto a trattamento superficiale o richieda una pre-bagnatura, poiché un elemento idrofobico asciutto può presentare un ΔP iniziale elevato o una portata insufficiente che può sembrare un’ostruzione, ma non lo è.

Depositi nelle apparecchiature ausiliarie intorno all’alloggiamento

Le prestazioni dell'alloggiamento dipendono anche dalle apparecchiature circostanti. Se il vostro impianto dosa sostanze chimiche secche tramite trasporto pneumatico, il filtro che protegge la fonte di vuoto può intasarsi di particelle fini e causare un'interruzione dell'alimentazione. Cartucce filtranti per alimentatori a vuoto in UHMW-PE rappresentano un formato progettato appositamente per quel tipo di apparecchiatura. Le valvole automatiche di controlavaggio e di isolamento spesso scaricano l'aria compressa attraverso piccoli silenziatori, e uno scarico ostruito può rallentare la risposta della valvola; silenziatori pneumatici in plastica porosa sono previsti per la filtrazione dei gas di scarico pneumatici e la riduzione del rumore. Si tratta di controlli secondari, ma una valvola lenta può interferire con i cicli di controlavaggio ed essere scambiata per un problema al filtro.

Come si può evitare che il fouling si ripresenti?

• Gestiscilo a monte. Prima di aumentare la capacità di filtrazione, è necessario stabilizzare le prestazioni del chiarificatore, il dosaggio dei polimeri e dei coagulanti e le fonti di FOG.
• Eseguire la filtrazione. Posiziona un filtro a maglie più larghe prima di quello a maglie fini, in modo che ciascun elemento tratti la gamma di particelle per cui è più adatto.
• Dimensioni per il flusso. È preferibile aggiungere elementi o aumentare le dimensioni dell'alloggiamento piuttosto che utilizzare un numero inferiore di cartucce al limite della loro portata nominale.
• Segui la tendenza, non reagire. Monitorare la variazione di pressione (ΔP) in funzione della portata e impostare gli allarmi in base al valore limite indicato dal produttore dell'elemento.
• Evitare la stagnazione. Svuotare o igienizzare gli alloggiamenti di riserva ed eliminare i tratti morti.
• Pulire secondo un programma che si adatti al tipo di sporco, e interrompere l'operazione se la pulizia non riesce più a riportare ΔP a un valore di riferimento stabile.
• Assicurarsi che i ricambi siano compatibili con l'alloggiamento, comprese le guarnizioni e i raccordi terminali.

Cosa occorre specificare prima di richiedere un elemento sostitutivo o personalizzato?

Per ottenere un preventivo accurato è necessario conoscere i fattori che determinano effettivamente la formazione di incrostazioni. Prepararsi:

• Descrizione del feed: fonte, TSS o intervallo di torbidità, presenza di FOG, polimeri o coagulanti ed eventuali condizioni anomale.
• Chimica e temperatura: intervallo di pH, ossidanti o biocidi, prodotti chimici per la pulizia e temperatura massima.
• Idraulica: progettazione e portata di picco, ΔP in condizioni di pulizia, ΔP terminale ammissibile e pressione di esercizio.
• Dettagli sull'alloggio: lunghezza dell'elemento, diametro esterno, tipo di raccordo terminale, metodo di tenuta e numero di posizioni.
• Obiettivo di rendimento: requisiti di ritenzione, limite a valle o requisiti relativi alla membrana, nonché la possibilità di ricorrere a una filtrazione a più stadi.
• Piano di pulizia: se l'elemento verrà sottoposto a lavaggio in controcorrente o a pulizia chimica, e con quale metodo.
• Quantità e campionamento: il volume annuo e se sono necessari campioni di prova.

Prima di effettuare un ordine in grandi quantità, richiedete ai fornitori dei campioni da testare nei vostri alloggiamenti e concordate in anticipo quali valori di recupero ΔP e durata di funzionamento saranno considerati soddisfacenti. Qualsiasi dichiarazione del fornitore relativa alle prestazioni deve essere verificata confrontandola con i vostri dati.

Domande frequenti

Quali sono le cause dell'intasamento degli alloggiamenti dei filtri negli impianti di trattamento delle acque reflue?

Le cause principali sono i solidi in sospensione e il trascinamento di flocculi, grassi, oli e lubrificanti, residui di polimeri, biofilm, incrostazioni minerali e ossidi di ferro o manganese. Alloggiamenti di dimensioni insufficienti, portate errate, bypass e sfiati ostruiti possono aggravare o simulare il fenomeno dell’incrostazione.

Come faccio a capire se devo pulire o sostituire un elemento filtrante?

Verificare la pulibilità dell'elemento e il ΔP ai terminali, come indicato dal produttore. Se la pulizia riporta il ΔP a un valore prossimo al valore di riferimento in condizioni di pulizia, a parità di portata, significa che la pulizia è efficace. Se il recupero diminuisce ad ogni ciclo, sostituire l'elemento.

A partire da quale pressione differenziale si dovrebbe procedere alla sostituzione?

Non esiste un valore universale. Il ΔP terminale dipende dal design dell’elemento, dall’alloggiamento e dal processo; pertanto, è opportuno attenersi al limite indicato dal produttore e ai propri valori di riferimento. Confrontare le letture a portata corrispondente, poiché una portata inferiore può far sembrare che il ΔP migliori.

Una granulometria più fine riduce le incrostazioni?

In genere no. Un filtro a maggiore finezza applicato allo stesso flusso d’acqua di solito si carica più rapidamente e non impedisce la formazione di FOG, biofilm o incrostazioni. Un sistema a più stadi con un primo filtro a grana più grossa spesso offre prestazioni migliori rispetto a un unico elemento filtrante a grana fine.

I filtri in plastica sinterizzata sono adatti al trattamento delle acque reflue?

Possono essere adatte a determinate applicazioni in cui è possibile rimuovere solidi o sostanze organiche tramite pulizia e il polimero è compatibile con la composizione chimica dell’acqua, la temperatura e la pressione. Verificare preventivamente con il produttore la resistenza chimica, il comportamento di bagnabilità e i limiti di pulizia.

Come faccio a distinguere il biofouling dal deposito di calcare?

Il biofouling provoca solitamente la formazione di melma, odori sgradevoli e un aumento della ΔP in presenza di bassa torbidità. Il deposito è duro o crostoso e, se costituito da carbonato, può frizzare a contatto con un acido diluito. L'analisi di laboratorio del deposito costituisce la conferma più affidabile.

Quali prodotti chimici sono sicuri per la pulizia di componenti in polietilene o poliammide?

Dipende dal grado, dalla concentrazione, dalla temperatura e dal tempo di contatto. Il polietilene è generalmente resistente a molti acidi e alcali, ma nel tempo risulta sensibile agli ossidanti forti, mentre la poliammide è meno resistente agli acidi forti e agli ossidanti. Richiedere i limiti specificati per iscritto al fornitore.