Processi elettrochimici applicati ai bioreattori a membrana (e-MBR)

Recenti progressi in ambito scientifico hanno dimostrato come l’applicazione di un campo elettrico ai bioreattori a membrana può ridurre efficacemente le incrostazioni (Fig. 6). Alla base di tali sistemi vi sono meccanismi elettrochimici come elettrocoagulazione, elettrosmosi e elettroforesi che aiutano all’ossidazione degli inquinanti e, allo stesso tempo, controllare il fenomeno del fouling \cite{Ensano_2016}.
L’elettrocoagulazione è il principale meccanismo che influenza la rimozione di composti organici ad alto potenziale di incrostazione delle acque reflue. Tale processo  comporta la generazione di coagulanti in sito, dissolvendo elettricamente ioni di metallici dall’anodo e rilascio di idrogeno gassoso dal catodo, che stimolerebbe la fluttuazione delle particelle flocculate verso la superficie del reattore aerobico, favorendo così anche la miscelazione all’interno dell’unità areata. Le reazioni che avvengano all’anodo e al catodo contribuiscono alla formazione di ioni Al3+ e Fe2+, i quali risultano essere coagulanti molto efficaci per la flocculazione del liquame \cite{Chen_2004}. La quantità di ioni rilasciati dai rispettivi elettrodi rappresenta, indirettamente, la fornitura di corrente elettrica fornita al sistema. La qualità dell’acqua trattata dipende fortemente dalla quantità di ioni prodotti, dalla densità di corrente e dal tempo di esposizione. Da ciò si evince che la scelta progettuale di tali parametri potrebbe influenzare la crescita batterica, inibendone il metabolismo.
L’elettrosmosi è un processo di filtrazione ottenuto artificialmente utilizzando il passaggio di corrente elettrica tra catodo ed anodo, che aumenta il flusso di ioni generato \cite{Asif_2020}. Le molecole d’acqua polarizzate si avvicineranno al catodo per effetto del campo elettrico instaurato stimolando la rimozione dell’acqua legata dai fiocchi microbici .
L’elettroforesi è un processo elettrocinetico, mediante il quale le particelle cariche compiono un moto verso l’elettrodo caricato di segno opposto. Poiché la forza intermolecolare tra le particelle colloidali, depositatesi sulla membrana lungo il moto di filtrazione, è relativamente grande, la tendenza che l’aumento dell’intensità elettrica accelera il movimento elettroforetico è più evidente sotto l’azione di un campo elettrico più forte. Pertanto, il flusso di permeato aumenta con l’aumentare dell’intensità elettrica. Lo stato critico verrà raggiunto quando la velocita di migrazione elettroforetica delle particelle colloidali è uguale alla velocita di filtrazione sulla superficie della membrana \cite{Xu_2012}.