Il ruolo del campo elettrico
Tra le varie tecnologie, presenti in letteratura, se ne considera in questo elaborato una in particolare: l’eMBR. Si tratta di un bioreattore a membrana (MBR) combinato con processi elettrochimici, il quale ha comportato il potenziamento dell’MBR convenzionale con un’importante riduzione del suo limite principale che è l’elevato tasso di sporcamento della membrana \citep{Ensano_2017,Klamerth_2013}, sull’altro una riduzione del consumo energetico apportato normalmente dai processi elettrochimici \citep{Klamerth_2013} ed un incremento delle efficienze di rimozione. L’efficienza di questo tipo di sistema è legata all'immersione all’interno di un bioreattore di una membrana di ultrafiltrazione e di due elettrodi, un anodo e un catodo, (Figura 3) i quali, collegati tramite un filo di rame ad un generatore di corrente, generano un campo elettrico all’interno del bioreattore che induce tre meccanismi elettrochimici principali: elettrocoagulazione, elettrosmosi e elettroforesi \citep{Ensano_2017}. È sostanzialmente a questi tre meccanismi che vanno attribuiti gli straordinari risultati ottenuti con questo tipo di sistema. Grazie, infatti, all’applicazione di un campo elettrico con densità di corrente di 0,5 mA/cm2 \citealp{Ensano_2017} hanno ottenuto una riduzione nella frequenza di lavaggio chimico della membrana rispetto all’MBR convenzionale e questo ha consentito di prolungare la vita utile della membrana stessa. Tale importante risultato è dovuto alla riduzione del fouling della membrana, favorita dal processo di elettrocoagulazione che ha contribuito alla formazione di fiocchi di dimensioni maggiori riducendo quindi la velocità di trasporto attraverso la membrana \citep{Hong_2013}, dal processo di elettroforesi che ha contrastato la deposizione dei foulants caricati negativamente sulla superficie della membrana spingendoli verso l’anodo \citep{Chen_2007}, e dal processo di elettrosmosi in cui la parte liquida caricata positivamente è stata spostata verso il catodo e quindi fatta passare attraverso la membrana \citep{Ensano_2017}. Anche in termini di rimozione di inquinanti convenzionali \citealp{Ensano_2017} hanno evidenziato che l’utilizzo di un eMBR consente di ottenere percentuali superiori al 90%, con una rimozione quasi totale di COD, DOC e fosforo e percentuali soddisfacenti nel caso dell’azoto ammoniacale. Sono stati, inoltre, studiati gli effetti di questo sistema in termini di rimozione di prodotti farmaceutici con particolare riferimento alle tre tipologie “maggiormente rilevate negli effluenti degli impianti di trattamento convenzionali”: Diclofenac, Carbamazepina e Amoxicillina \citep{Ensano_2017}. In questo caso è all’effetto combinato dell’applicazione del campo elettrico e della filtrazione attraverso membrana che vanno attribuite le elevate efficienze di rimozione ottenute. Il campo elettrico difatti favorisce innanzitutto l’assorbimento di composti farmaceutici disciolti grazie alla formazione di coagulanti da parte del catodo e dell’anodo e poi, grazie al processo di elettrocoagulazione, si ha un incremento delle dimensioni delle molecole dei farmaci che favorisce la loro ritenzione da parte della membrana. Va, infine, sottolineato che nello studio di \citealp{Ensano_2017} si è avuta una particolare attenzione alla riduzione del consumo energetico utilizzando una modalità di funzionamento del campo elettrico intermittente, secondo quanto evidenziato dallo studio di \citealp{Borea_2019}.