"Queste acque reflue non fanno bene all'ambiente perché scaricano una grande quantità di sostanze nutritive come azoto e fosforo", ha affermato Jen-Yi Huang, professore associato di scienze alimentari.

"Questi nutrienti causano condizioni dannose come la carenza di ossigeno e la fioritura di alghe quando vengono scaricati nell'ambiente acquatico. Vogliamo utilizzare le microalghe come approccio al trattamento delle acque reflue. Coltiviamo alghe nelle acque reflue dell'acquacoltura", ha affermato Huang, che ha condotto uno studio focalizzato sull'uso microbico dei nutrienti come metodo di trattamento biologico delle acque reflue.

Lo studio di Huang è stato pubblicato nel numero di maggio 2024 di Bioresource Technology . Halis Simsek, assistente professore di ingegneria agraria e biologica, ha condotto gli altri tre studi. Uno sarà pubblicato il 1° giugno su Environmental Research e gli altri sono stati pubblicati nei numeri del 15 agosto 2023 e del 15 marzo 2024 di Inquinamento ambientale . Una dozzina di scienziati della Purdue e di istituzioni in Egitto, India e Turchia hanno contribuito alla ricerca.

Nella tecnologia delle risorse biologiche , Huang e i suoi coautori hanno presentato i risultati della loro valutazione del ciclo di vita (LCA) sui trattamenti a base di microalghe delle acque reflue provenienti da un sistema di acquacoltura a ricircolo per gamberetti. L'LCA ha analizzato l'impatto ambientale del processo di produzione dei gamberetti, dalla produzione di mangimi al trattamento delle acque reflue, per un'azienda agricola commerciale a Fowler, Indiana.

"Il risultato di questo articolo fornisce la prova del concetto su scala sperimentale", ha affermato Huang.

I progetti dell’USDA mirano a sviluppare sistemi di acquacoltura a rifiuti zero (coltivazione di organismi acquatici in condizioni controllate) e acquaponica (che combina l’acquacoltura con la coltivazione di piante in acqua arricchita di nutrienti). "Vogliamo recuperare completamente i nutrienti dalle acque reflue utilizzando le microalghe", ha affermato Huang.

L’obiettivo è garantire che la produzione alimentare a spreco zero sia tecnicamente fattibile e sostenibile dal punto di vista ambientale. Quest'ultimo richiede un sistema di produzione che eviti di generare una grande impronta ambientale.

"C'è un compromesso perché il funzionamento del trattamento delle acque reflue a base di microalghe richiede ancora un certo apporto di energia", ha detto Huang. "L'LCA ha valutato il compromesso tra il recupero dei nutrienti e l'apporto energetico aggiuntivo per il trattamento delle acque reflue algali."

Il team di Huang ha scoperto che il processo di trattamento delle acque reflue con microalghe è fattibile dal punto di vista ambientale. Inoltre, il team ha scoperto che, anche tenendo conto del fabbisogno energetico, il trattamento delle microalghe funziona meglio del metodo convenzionale di trattamento delle acque reflue a fanghi attivi.

"L'utilizzo delle microalghe come metodo di trattamento delle acque reflue può effettivamente migliorare le prestazioni ambientali della produzione dell'acquacoltura", ha affermato Huang.

Tutti e tre gli studi del team di Simsek sono stati condotti presso il laboratorio di ricerca sull'acquacoltura di Purdue. In due di questi studi, gli scienziati hanno analizzato il trattamento di flussi separati di acque reflue di tilapia e gamberetti con gli stessi quattro ceppi di alghe e due ceppi di batteri.

"Le acque reflue contengono sempre batteri", ha detto Simsek. "Utilizziamo batteri naturali già presenti nelle acque reflue per rimuovere i contaminanti."

Durante gli esperimenti il ​​gruppo di ricerca ha misurato nitrati, nitriti, ammonio e altri parametri nelle acque reflue. Questi includevano la domanda chimica di ossigeno, una misura dello scarico di effluenti dannosi per l'ambiente.

"Tutti questi parametri possono essere rimossi nelle acque reflue utilizzando alghe e batteri insieme", ha affermato Simsek. I tipi di alghe e batteri selezionati per lo studio sono i ceppi naturali più comunemente presenti. "Ogni acqua reflua è diversa", ha osservato, il che significa che diversi settori industriali producono acque reflue diverse e, pertanto, potrebbero necessitare di metodi di trattamento diversi.

Il 15 marzo 2024, Inquinamento ambientale i risultati dello studio hanno dimostrato il potenziale dell'applicazione congiunta di microalghe e batteri nativi per il trattamento delle acque reflue di tilapia su larga scala.

Nello studio del 2023, Simsek e i suoi coautori hanno valutato i trattamenti di elettrocoagulazione (EC) ed elettroossidazione (EO) delle acque reflue dei gamberetti, sia separatamente che insieme. EC ed EO, metodi ampiamente utilizzati per il trattamento delle acque reflue agricole e di altro tipo, rimuovono gli inquinanti tramite l'elettricità per innescare reazioni chimiche.

I ricercatori hanno anche applicato un approccio di modellazione spesso utilizzato per determinare i fattori ottimali che influenzano il metodo elettrochimico.

"I risultati dello studio mostrano che i processi EC ed EO sono potenzialmente utili per il trattamento delle acque reflue dell'acquacoltura", hanno scritto Simsek e i suoi coautori. Hanno suggerito test su larga scala di EC ed OE per il trattamento volto a ridurre gli effetti tossici sull'ambiente.

"Il sistema di trattamento sviluppato combinato con altri metodi di trattamento potrebbe essere utile per trattare vari tipi di acque reflue in tutto il mondo, il che può aiutare a sostenere lo sviluppo della politica a rifiuti zero", hanno scritto.