Microplastiche nelle acque reflue: valutazione dell'efficienza di rimozione di un impianto pilota di filtrazione superficiale

The presence of microplastics (MPs) in urban wastewater represents a growing environmental threat, as wastewater treatment plants (WWTPs), despite playing a crucial role in containing these pollutants, are not able to ensure their complete removal. Within this context, the present thesis aims to evaluate the effectiveness of surface filtration as an innovative technology for the removal of MPs. The study was carried out at the Environmental Engineering Laboratory (LIA) of the Politecnico di Milano, within the framework of the European project LIFE CASCADE, using a pilot-scale surface filtration unit. The system was fed with wastewater sampled at two strategic points of the Lariana WWTP in Como: downstream of preliminary treatments and at the final effluent. For each sampling point, three different filter mesh sizes were tested, with the aim of assessing their removal efficiency in terms of MPs as well as suspended solids (TSS), volatile suspended solids (VSS), and soluble COD (CODsol). The experimental campaign also included a preliminary hydraulic characterization phase using tap water, aimed at verifying the system’s integrity, flow behavior, and head losses. During this phase, some issues emerged related to the position of the filtrate outlet pipe and manual time measurements, which introduced errors in the flow rate readings. Tests with model microplastics were carried out to monitor filter behavior in terms of clogging and to preliminarily assess the removal efficiency of the system by attempting to close the mass balance of solids. These tests highlighted difficulties in completing the mass balance due to particle adhesion, aggregation, and clogging—particularly with the 132 μm polyethylene filter. The challenges in fully recovering the particles emphasized the need to optimize operational protocols. Filtration on real wastewater showed good removal rates of suspended solids (with efficiencies exceeding 85%), but variable performance in terms of MP removal, with anomalies likely related to the fibrous shape of the particles and the composition of the influent. Surface filtration proves to be a promising technology for microplastic retention in wastewater. However, to ensure effective large-scale application, it is necessary to balance removal efficiency with stable and continuous system operation (avoiding clogging or blockages). It is also important to consider not only the removal performance, but the potential for valorizing the residual organic fraction, which could be beneficial for sustainable processes such as biogas production.

La presenza di microplastiche (MPS) nelle acque reflue urbane rappresenta una crescente minaccia ambientale poiché gli impianti di depurazione (WWTPS), pur svolgendo un ruolo cruciale nel contenimento di questi inquinanti, non riescono a garantirne la completa rimozione. In questo contesto si inserisce il presente lavoro di tesi, che si propone di valutare l’efficacia della filtrazione superficiale come tecnologia innovativa per la rimozione delle MPS. Lo studio è stato condotto presso il Laboratorio di Ingegneria Ambientale (LIA) del Politecnico di Milano, nell’ambito del progetto europeo LIFE CASCADE. È stato implementato un impianto pilota di filtrazione superficiale alimentato con refluo prelevato in due punti strategici dell’impianto di depurazione di Lariana: a valle dei trattamenti preliminari e all’effluente finale. Per ciascun punto di applicazione sono state testate tre differenti maglie filtranti, con lo scopo di valutarne l’efficiacia di rimozione sia in termini di MPS che di SST, SSV e CODSOL. La sperimentazione ha incluso anche una fase preliminare di caratterizzazione idraulica con acqua di rete, volta a verificare la tenuta dell’impianto, il comportamento della portata filtrata e le perdite di carico. In questa fase sono emerse criticità legate alla posizione del tubo di scarico del filtrato e alla lettura manuale dei tempi, che hanno introdotto un errore di lettura nella portata misurata. Le prove con microplastiche modello sono state svolte per monitorare il comportamento dei filtri in termini di intasamento e valutare, in modo preliminare, l’efficienza di rimozione del sistema cercando di chiudere il bilancio di massa dei solidi. Si sono presentate problematiche nella chiusura del bilancio di massa dovute ad adesioni, aggregazioni e intasamenti, in particolare con il filtro in polietilene da 132 μm. Le difficoltà di recupero integrale delle particelle hanno sottolineato la necessità di ottimizzare i protocolli operativi. La filtrazione su reflui reali ha mostrato buoni livelli di rimozione dei solidi sospesi (con efficienze anche superiori all’85%), ma prestazioni variabili sulla rimozione delle MPS, con anomalie legate alla forma fibrosa delle particelle e alla composizione del refluo. La filtrazione superficiale si dimostra una tecnologia promettente per il contenimento delle microplastiche nei reflui; tuttavia, per poter essere applicata efficacemente su larga scala, è necessario trovare un equilibrio tra la capacità di trattenere le particelle e il mantenimento di un funzionamento stabile e continuo dell’impianto (senza intasamenti o blocchi). È importante non solo considerare l’efficacia nella rimozione delle microplastiche, ma anche la possibilità di valorizzare la frazione organica dei solidi volatili, potenzialmente utile per processi sostenibili come la produzione di biogas.