Osmosi inversa (RO)

Principio fisico

L’osmosi inversa sfrutta il fenomeno opposto all’osmosi naturale: applicando alla soluzione concentrata una pressione superiore alla pressione osmotica, il solvente (acqua) attraversa la membrana semipermeabile, mentre i soluti restano nel concentrato. La membrana TFC in poliammide aromatica funge da barriera densa: il trasporto avviene per dissoluzione-diffusione, non per setacciatura. Il flusso di permeato è proporzionale alla pressione netta applicata e al coefficiente di permeabilità della membrana.

In acque a media salinità (TDS 500–1.500 mg/L) la pressione osmotica si aggira sui 4–10 bar; nelle acque salmastre serve operare a 10–20 bar, mentre per il dissalamento di acqua di mare (TDS 35.000 mg/L) occorrono 55–80 bar. La temperatura influisce molto: a 25 °C la viscosità è di riferimento, ogni grado in meno riduce il flusso del 2–3 %.

Specifiche tecniche

Cutoff effettivo: 100 Dalton, equivalenti a circa 0,0001 µm. Reiezione tipica NaCl: 99,5 % nelle membrane standard, 99,7–99,8 % nelle SWRO (sea water RO). Flusso di permeato: 12–25 L/m²h per acque dolci a 10 bar, 8–15 L/m²h per acque salmastre.

• Pressione di esercizio: 5–15 bar (BWRO acque dolci); 10–20 bar (acque salmastre); 55–80 bar (SWRO).
• Recupero (recovery) per stadio: 15 % domestico, 50–75 % industriale a stadi multipli, 35–45 % SWRO.
• Reiezione sali: > 99 % NaCl, > 99,5 % CaSO4, 90–98 % NO3.
• Vita utile membrana: 2–4 anni domestico, 4–7 anni industriale con corretto pre-trattamento.
• Conducibilità permeato tipica: 5–30 µS/cm da rete potabile, 200–500 µS/cm in dissalamento.

Configurazione

La configurazione dominante è la spirale avvolta in moduli da 2,5", 4" o 8" di diametro, lunghezza standard 40". I moduli sono inseriti in tubi di pressione (pressure vessels) in vetroresina contenenti da 1 a 8 elementi in serie. Più tubi in parallelo formano uno stadio; più stadi in serie aumentano il recovery complessivo. Le installazioni domestiche usano un solo modulo da 50–100 GPD con serbatoio di accumulo da 8–12 litri.

Pre-trattamento

Le membrane RO sono molto sensibili: il pre-trattamento è quasi sempre la causa del successo o del fallimento dell’impianto. È obbligatorio rimuovere il cloro libero (la poliammide è distrutta da meno di 0,1 mg/L di cloro persistente), abbattere il SDI (Silt Density Index) sotto 3 con micro o ultrafiltrazione, controllare la durezza per evitare scaling di CaCO3 e CaSO4 con anti-incrostante o addolcitore.

• Filtro a sedimenti 5 µm a monte di tutto.
• Carbone attivo GAC per declorazione (EBCT 5 minuti).
• Anti-incrostante in dosaggio 2–5 mg/L se LSI > 0.
• Per SDI > 5 inserire UF a monte.

Vita utile e fouling

Le tre forme principali di fouling sono: scaling minerale (CaCO3, CaSO4, BaSO4, silice), fouling organico (sostanze umiche, biofilm), fouling colloidale (argilla, ossidi di ferro). Il segnale clinico è la perdita di flusso normalizzato (oltre il 10 %) o l’aumento della pressione differenziale tra ingresso e uscita del modulo (oltre il 15 %).

Pulizia CIP

Il Clean-In-Place (CIP) viene eseguito quando il flusso normalizzato cala oltre il 10 % o quando la differenza di pressione aumenta oltre il 15 %. Si utilizza una soluzione alcalina (NaOH a pH 11–12, eventualmente con EDTA o tensioattivo) per fouling organico, seguita da una soluzione acida (acido citrico 2 % a pH 2–3) per fouling minerale. Temperatura 30–35 °C, ricircolo per 30–60 minuti, risciacquo con permeato. La frequenza tipica è 1–4 volte l’anno.

Costi

CAPEX domestico sotto-lavello: 350–900 € installato. Centralizzato condominiale 1–3 m³/h: 4.500–12.000 €. Industriale 5 m³/h: 25.000–60.000 €. SWRO 100 m³/h: 800.000–1.500.000 €. OPEX: membrane 80–250 €/anno (sostituzione 2–4 anni), prefiltri e GAC 60–120 €/anno, energia 0,8–2,5 kWh/m³ (acque dolci), 3–5 kWh/m³ (SWRO con recupero energetico).

Quando usarla

L’osmosi inversa è giustificata quando i contaminanti da rimuovere sono ioni disciolti, PFAS, arsenico, nitrati o quando il TDS supera il limite di gradevolezza (1.500 mg/L). Non ha senso installarla per la sola disinfezione (l’UV costa molto meno) né per il sapore di cloro (basta un GAC). Va sempre dimensionata su un’analisi accreditata: senza il dato analitico iniziale, il dimensionamento è arbitrario e l’impianto rischia di sovra-trattare o sotto-trattare.