Fouling

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Tubo di un condensatore in cui sono visibili residui di biofouling.
Corrosione dovuta al biofouling

Il termine inglese fouling (che deriva dal verbo inglese to foul, letteralmente "sporcamento", "insudiciamento", "incrostazione") si riferisce generalmente al deposito di particolato su superfici o setti di cui il fouling compromette la funzionalità. Il fenomeno può essere dovuto all'accumulo e deposito di organismi viventi, animali e vegetali sia unicellulari che pluricellulari (biofouling), o di altre sostanze non-viventi (organiche o inorganiche) .
In particolare il "marine fouling" si riferisce alle incrostazioni che ricoprono la superficie degli oggetti rimasti sommersi in ambiente acqueo e marino, come le carene delle barche, i manufatti in pietra, metallo, legno nonché le strutture in calcestruzzo direttamente bagnate dal mare.

Il fouling può creare condizioni anaerobiche e rendere possibile l'attacco dei batteri solfato-riduttori o condizioni di aerazione differenziata e quindi di corrosione localizzata. In alcuni casi può invece proteggere il metallo sottostante, ricoprendolo con un deposito calcareo che impedisce l'apporto di ossigeno alla superficie del metallo. Il fouling è anche una causa di disattivazione dei catalizzatori.[1]

Biofouling[modifica | modifica wikitesto]

Il biofouling si può presentare in due forme distinte.< La prima è il microfouling o slime, e consiste nella formazione del biofilm cioè una sottile pellicola biologica costituita da microrganismi che danno vita ad un complesso micro ecosistema.
Il biofilm e composto progressivamente da:

La presenza del microfouling può causare:

  • biocorrosione;
  • contaminazione batterica di ambienti sterili;
  • diffusione di microrganismi patogeni;
  • perdita di efficienza di scambio termico.

Successivamente, sul biofilm può formarsi il macrofouling costituito dagli insediamenti di organismi superiori incrostanti.
A seconda degli organismi viventi si avrà:

  • l'hardfouling: nel caso ad esempio di mitili
  • il softfouling: nel caso ad esempio di spugne, anemoni, alghe.

La presenza del macrofouling può causare:

  • riduzione del flusso idrico nelle condotte a seguito di parziale o totale occlusione delle tubazione;
  • appesantimento strutturale a seguito delle formazione delle incrostazioni.

Il solo microfouling è caratteristico delle acque dolci, mentre in ambiente marino si determina più frequentemente anche la formazione del macrofouling.

Azione del fouling sul cemento armato[modifica | modifica wikitesto]

Nel caso dei calcestruzzi armati il fouling è una delle forme di attacco biologico che causano il degrado del materiale.
L'azione aggressiva è dovuta alla produzione di acidi organici, che vengono generati attraverso il metabolismo di alcuni macro e microrganismi componenti il fouling, che neutralizzano l'alcalinità del conglomerato, depassivano le armature innescandone così la corrosione.

Sporcamento delle membrane[modifica | modifica wikitesto]

Nei processi a membrana il fouling o sporcamento è la causa principale della riduzione del flusso di permeato.
Tale riduzione può essere contrastata attraverso l'impiego di scale inhibitor o tramite procedura periodica di lavaggio chimico CIP (Clean-In-Place). Nel caso tali accorgimenti non ripristinino il flusso previsto da progetto, l'impianto opera al di sotto delle proprie potenzialità ed è soggetto ad una frequenza elevata di sostituzione delle membrane. Il fouling deriva dalla deposizione e dall'accumulo di particelle submicroniche sulla superficie della membrana e dalla cristallizzazione e precipitazione di soluto sulla superficie e tra i pori della membrana stessa.
In generale la formazione del fouling nelle acque di alimento di un generico impianto a membrana dipende dai seguenti parametri:

  • proteine e macromolecole organiche: in concentrazione elevata nei pressi della superficie della membrana creano un effetto gel; si realizza cioè nei pressi della superficie della membrana uno strato gelatinoso che forma una membrana dinamica che aumenta la resistenza al passaggio del permeato;
  • microorganismi: formano anch'essi strati - biofilm (biofouling) - sulla membrana che nella maggioranza dei casi interferiscono col processo di filtrazione;
  • sali : i sali disciolti poco solubili possono agire in due modi opposti: da un lato contribuiscono allo sporcamento precipitando sulla membrana (scaling), dall'altro aumentano la forza ionica della soluzione, contribuendo a disperdere le proteine;
  • pH: agisce sulle proteine e sulla loro solubilità e sulla precipitazione dei sali;
  • velocità di flusso e turbolenza: se elevate aiutano a diminuire il fouling;
  • pressione: si è rilevato che il flusso idrico aumenta all'aumentare del gradiente di pressione agente sulle due facce della membrana filtrante, finché non si forma lo strato di gel; a questo punto un ulteriore aumento della pressione causa una diminuzione del flusso in quanto esercita un'azione di compattamento sul gel stesso;
  • concentrazione di alimentazione: se è elevata si ha un fluido denso, con maggiore viscosità e con peggiori caratteristiche di diffusività di materia.

Significato impiantistico[modifica | modifica wikitesto]

Parete interna di un tubo ricoperta di calcare.

Dal punto di vista impiantistico (ad esempio nell'ambito dell'ingegneria chimica), con il termine fouling si intende lo sporcamento progressivo delle pareti interne dei tubi per il convogliamento dei fluidi (o all'interno di apparecchiature chimiche), dovuto ad esempio ad incrostazioni calcaree o depositi di particelle sospese nel fluido. Il processo di fouling determina un peggioramento dello scambio termico, abbassando il coefficiente di scambio termico globale, e nei casi più gravi può portare al rigonfiamento (o "bugnatura") e esplosione del tubo. Inoltre il fouling modifica la rugosità del tubo, e quindi aumenta le perdite di carico subite dal fluido.

Alcuni fattori che influenzano il fouling sono la temperatura del fluido (a temperature elevate il processo di formazione di calcare nell'acqua è accelerato) e altre proprietà chimico-fisiche del fluido (ad esempio la durezza dell'acqua), ma anche la geometria del piping (ad esempio la presenza di gomiti o strozzature) gioca un ruolo essenziale.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ Il fenomeno del fouling dei catalizzatori viene anche detto avvelenamento fisico.

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