La stabilità potenzia le strategie di trattamento delle acque reflue
Le strategie per il trattamento biologico delle acque reflue impiegano microrganismi, che usano agenti inquinanti come substrato e ricavano energia per la crescita dalla loro trasformazione in prodotti innocui. In particolare, i batteri ammonio-ossidanti anaerobici (anammox) possiedono l’abilità unica di combinare ammonio e nitrito per formare azoto. Questa proprietà è stata sfruttata per la rimozione di azoto dalle acque reflue caratterizzate da elevate concentrazioni di ammonio. A causa del tasso di crescita lento dei batteri anammox, la ritenzione efficiente della biomassa è essenziale per il funzionamento del reattore. La formazione di grandi aggregati microbici granulari caratterizzati da eccellenti proprietà di sedimentazione migliora le prestazioni del reattore e contribuisce alla stabilità delle tecnologie anammox. Gli scienziati del progetto POLIS, finanziato dall'UE, hanno voluto studiare il processo di granulazione e identificare i parametri che influenzano la formazione del fango granulare anammox. «Il nostro obiettivo era decifrare il meccanismo necessario per la stabilità meccanica dei batteri anammox, un prerequisito per il trattamento delle acque reflue municipali», spiega il prof. Malpei, coordinatore del progetto. Processi batterici anammox La stabilità granulare è strettamente correlata alle proprietà delle sostanze polimeriche extracellulari (EPS) secrete dai batteri anammox. I ricercatori di POLIS hanno utilizzato vari metodi, tra cui spettrometria di massa e cromatografia liquida, per identificare le strutture EPS e svelare i meccanismi centrali per la stabilità dei granuli. Per studiare l'interazione dei componenti principali di EPS, proteine, polisaccaridi e cationi, le tecniche reologiche moderne sono state combinate con la diffusione della luce e la microscopia. A seguito dell'estrazione, l'analisi delle EPS ha rivelato la presenza di proteine, polisaccaridi e lipidi nonché di acidi nucleici. Complessivamente sono state identificate 251 proteine, la maggior parte delle quali formavano parte integrante della membrana cellulare batterica. Da un punto di vista strutturale, «l'identificazione di EPS come fibrille simili ad amiloidi contribuirà a migliorare la formazione e la stabilità dei fanghi granulari anammox, fattori chiave nelle attuali applicazioni», continua il dott. Tommaso Lotti, lo sperimentatore principale che ha ricevuto la prestigiosa Marie S.- Curie Actions Individual Fellowship. È interessante notare che le EPS estratte dal fango granulare anammox sono state utilizzate per formare un biomateriale viscoelastico che potrebbe essere applicato in altri settori industriali. La caratterizzazione fisico-chimica del biomateriale recuperato ha determinato le sue proprietà reologiche in funzione della concentrazione di EPS. Nel complesso, l'intuizione della composizione e della funzione delle EPS in granuli anammox contribuirà all'attuazione innovativa di processi basati su anammox negli impianti di trattamento municipale e al riutilizzo dei fanghi granulari generati. Promuovere un'economia circolare Nelle applicazioni annamox, la biomassa prodotta comprende una miscela di batteri ed EPS secreta dai batteri stessi. Attualmente, questo fango è considerato un prodotto di scarto e i relativi costi di smaltimento rappresentano fino al 50 % dei costi operativi per il trattamento delle acque reflue. I risultati del progetto POLIS suggeriscono che il recupero del biomateriale basato su EPS può essere applicato in altri settori industriali, aumentando sostanzialmente la sostenibilità e l'economia del trattamento delle acque reflue. Come afferma il dott. Tommaso Lotti, «questo approccio promuoverebbe lo sviluppo di un'economia circolare, contribuendo alla trasformazione del tradizionale impianto di trattamento delle acque reflue in un'efficiente bioraffineria». I risultati POLIS su anammox EPS si estendono alla formazione di biofilm batterici e ne aumentano la valenza scientifica in quanto potrebbero essere utili in altri campi, come il biofouling e la biocorrosione. Il prof. Malpei prevede che i risultati di POLIS «saranno utilizzati da aziende e amministrazioni idriche esistenti per indirizzare in modo più efficiente la ricerca e lo sviluppo di futuri processi basati su biofilm e anammox».
Parole chiave
POLIS, sostanze polimeriche extracellulari (EPS), acque reflue, batteri, ossidazione anaerobica dell'ammonio (anammox), biofilm, fanghi granulari
