Filtrazione

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La filtrazione rappresenta uno dei primi trattamenti utilizzati per migliorare la qualità delle acque . Le prime unità furono messe a punto nel 1829 in Inghilterra; esse erano alimentate con modeste portate e, in pratica, corrispondono a quelli che ancora oggi sono definiti “ filtri lenti”, caratterizzati da un processo di filtrazione fondamentalmente localizzato nei primi centimetri superiori del letto filtrante, dove le basse velocità di attraversamento dell’acqua agevolano la formazione di una pellicola biologica, capace di rimuovereanche la carica batterica presente nell’acqua alimentata.La necessità di ridurre l’ingombro di tali unità, coinvolgendo l’intero letto filtrante nel processo di rimozione degli inquinanti contenuti nell’acqua alimentata, e la contemporanea evoluzione delle tecniche di disinfezione hanno fatto passare in secondo piano l’importanza di tale tecnologia, a favore dei “filtri rapidi”, sviluppati originariamente in Nord America.Il trattamento di filtrazione è componente fondamentale dei trattamenti delle acque destinate ad uso potabile ed industriale; inoltre, non secondario è l’interesse anche nel trattamento delle acque reflue, specie dove si vogliano raggiungere livelli di qualità ben superiori a quelli ottenibili con trattamenti biologici seguiti dalla sedimentazione finale; tale interesse è andato crescendo in questi ultimi anni, nel caso di interventi di riuso dei reflui o per garantire particolari livelli di protezione dei corpi idrici ricettori.


Le modalità con cui le acque possono essere sottoposte a filtrazione sono numerose; una prima distinzione va fatta con riferimento allo spessore del filtro utilizzato a tale scopo; è infatti possibile fare distinzione fra due categorie di filtrazione:a) filtrazione di volume o su letto filtrante (deep bed filtration);b) filtrazione di superficie (surface filtration).Nella filtrazione di volume assume un’importanza fondamentale il passaggio del liquido filtrato attraverso l’intero strato filtrante, costituito di materiale granulare; tuttavia esso interviene solo in parte nel processo di separazione del materiale filtrato, il cui deposito in ogni caso interessa anche strati al di sotto di quello strettamente in superficie. Il meccanismo principale in gioco è, specie con riferimento alle particelle di dimensioni maggiori, quello di intercettazione, con cui particelle di dimensioni medie superiori a quelle della porosità del mezzo filtrante vengono da questo bloccate; al diminuire delle dimensioni delle particelle, assumono peso sempre maggiore altri meccanismi di rimozione, che comportano la rimozione di particelle di dimensioni anche inferiori a quelle della porosità del mezzo filtrante.Nella filtrazione di superficie, invece, l’effetto filtrante è localizzato fondamentalmente sulla superficie di un elemento munito di fori di dimensione inferiore a quella delle particelle che si vogliono intercettare; lo spessore dell’elemento filtrante ha pertanto un’importanza secondaria.Infine occorre ricordare altri due categorie di filtrazione, ch saranno trattati in unlatra sezione, esse sono la filtrazione su membrana , che trova vasta applicazione nel trattamento avanzato delle acque (micro-, ultra-, nano-filtrazione e osmosi inversa), nonchè la filtrazione su strato, tipica del trattamento dei fanghi prodotti negli impianti di trattamento delle acque potabili e reflue.I meccanismi di adesione della particella al letto filtrante sono differenti; nel caso in cui la particella trasportata dall’acqua abbia dimensioni tali da non passare attraverso i pori del filtro, si ha un’azione di vera e propria stacciatura (è questo il caso della filtrazione di superficie); tale fenomeno comporta quindi la formazione di uno strato di particelle solide (cake) che aumenta di spessore nel corso del processo di filtrazione . La presenza di tale strato in genere non modifica il comportamento del filtro, se dotato di permeabilità superiore a quella del filtro stesso;in caso contrario, esso contribuisce all’effetto globale di filtrazione nei confronti delle particelle non ancora intercettate. Se la percentuale di particelle di tali dimensioni è bassa, la stacciatura contribuisce in misura trascurabile alla filtrazione, mentre sono altri i fenomeni che determinano l’incontro delle particelle con i granuli dell’ammasso poroso (tale situazione è tipica della filtrazione di volume).In questo secondo caso, i principali meccanismi che intervengono sono così sintetizzabili:a) intercettamento: ha luogo quando la particella passa in prossimità di un granulo a una distanza inferiore al proprio raggio; questo meccanismo non dipende dalla massa e dalla densità della particella, ma solo da forma e dimensioni di questa;b) diffusione: le particelle colloidali sono dotate di moti casuali (moti browniani), dovuti all’urto delle molecole del mezzo disperdente; essi possono causare che una particella, la cui traiettoria originaria non lambisca il granulo del mezzo filtrante, si avvicini a questo e venga intercettata; il peso di tale fenomeno aumenta con la temperatura dell’acqua e con il dimi nuire delle dimensioni della particella;c) inerzia: le particelle trasportate dalla corrente possono, in certe condizioni, abbandonare per inerzia il filetto fluido che si in curva intorno al granulo e proseguire in linea retta fino all’impatto con il granulo stesso; tale meccanismo, che assume notevole importanza nella filtrazione dell’aria, per l’acqua è praticamente trascurabile, per via della viscosità del mezzo;d) decantazione : se la particella si muove concordemente al campo gravitazionale, questo può fare abbandonare alla particella il filetto fluido che la trasporta, facendola sedimentare su di un granulo; tale fenomeno dipende dal rapporto fra la velocità di caduta della particella (ricavabile con la legge di Stokes) e la velocità del fluido;e) effetti idrodinamici: vengono generati quando una particella sferica viene immersa in un corpo idrico dotato di un gradiente di velocità trasversale ai filetti fluidi; in questo caso, la particella si pone in rotazione, subendo uno spostamentolaterale, in direzione trasversale ai filetti fluidi. Il meccanismo di trasporto globale delle particelle è dovuto all’intervento simultaneo dei fenomeni prima citati. In linea generale, si può dire che la diffusione è più importante per le particelle submicroniche, mentre la decantazione lo è per quelle di dimensioni superiori ai 10μ e densità superiore a quella dell’acqua; inoltre, più grandi sono le dimensioni delle particelle, maggiore sarà il contributo del fenomeno di intercettamento; infine, tutte le particelle risentono degli effetti idrodinamici.  


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