Gli impianti di trattamento delle acque reflue hanno un problema di pubbliche relazioni:alle persone non piace pensare a cosa succede ai rifiuti che scaricano nei loro gabinetti. Ma per molti ingegneri e microbiologi, queste piante sono un focolaio di progressi scientifici, spingendo la loro organizzazione commerciale a proporre un cambio di nome in "impianto di recupero delle risorse idriche".

Questo perché le acque reflue dei nostri lavandini, servizi igienici, docce e lavatrici possono essere trasformate in prodotti preziosi con l'aiuto di scienziati e batteri unici, alcuni dei quali sono stati scoperti solo per caso negli anni '90.

Questi ultimi arrivati ​​sulla scena della ricerca, chiamati batteri anammox, sono oggetto di un nuovo studio condotto da Daniel Noguera e Katherine McMahon, professori di ingegneria civile e ambientale presso l'Università del Wisconsin-Madison. I risultati della loro ricerca sono stati pubblicati oggi (31 maggio 2017) sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

Il nome del batterio riflette la sua funzione:trasforma l'ammonio in gas azoto in condizioni anaerobiche (senza ossigeno). Sia i ricercatori che gli operatori degli impianti di trattamento sono entusiasti di questi microbi perché hanno il potenziale per risparmiare una grande quantità di denaro.

"Essere in grado di rimuovere l'ammonio in condizioni anaerobiche è piuttosto importante perché circa il 50 percento del costo di esercizio di un impianto di depurazione consiste nel pompare ossigeno nell'acqua, " Dice Noguera. "Un po' di questo ossigeno è necessario per rimuovere l'ammonio con il metodo convenzionale".

Ma i batteri anammox non affrontano il loro lavoro da soli. Fanno parte di una comunità, complesso come il microbioma nel nostro intestino che scompone il cibo e ci mantiene sani in molti altri modi. È questa comunità che è stata oggetto del nuovo studio.

"Sapevamo molto poco del ruolo dei batteri che coesistono nei granuli di anammox, " dice Noguera. "Per la prima volta, il nostro studio ha identificato livelli dettagliati di espressione genica in questi granuli. Ciò fornisce importanti indizi su ciò che i batteri anammox e i loro partner potrebbero effettivamente fare, e come interagiscono."

Questi partner sono chiamati eterotrofi, poiché si basano sui batteri anammox, che sono produttori primari (o autotrofi), come le piante capaci di fotosintesi, per trasformare l'anidride carbonica atmosferica in carbonio organico. Tra i risultati più intriganti del nuovo studio ci sono le ipotesi per lo scambio di materiale biochimico tra questi due gruppi di microbi.

Gli eterotrofi ricevono il carbonio organico di cui hanno bisogno per crescere dai batteri anammox sotto forma di diverse molecole specifiche, i ricercatori hanno scoperto nello studio. In cambio, gli eterotrofi convertono l'azoto in una forma che i batteri anammox richiedono per la crescita.

Un convenzionale impianto di trattamento delle acque reflue converte l'ammonio, che è tossico per i pesci, in azoto gassoso e nitrato. L'azoto viene rilasciato nell'atmosfera, mentre il nitrato, un importante nutriente per le piante, rimane nell'acqua trattata. I regolamenti sulla quantità di nitrati che possono essere rilasciati variano a seconda dello stato, ma l'eccesso di nitrati contribuisce alla proliferazione algale nei corpi idrici naturali, livelli di ossigeno in esaurimento per gli organismi acquatici.

Un ulteriore vantaggio dei batteri anammox, rispetto al trattamento convenzionale delle acque reflue, è che convertono una maggiore quantità di ammonio in azoto gassoso.

Gli operatori degli impianti di trattamento ora devono valutare i vantaggi di questi nuovi microbi rispetto alle loro sfide di implementazione. I batteri Anammox crescono molto lentamente, impiegando circa sette giorni per raddoppiare di numero. E richiedono cicli di ossigeno e temperatura strettamente monitorati, crescente complessità operativa.

Ma i reattori Anammox non sono l'unica opzione per l'impianto di trattamento del futuro per estrarre risorse preziose dalle acque reflue. Infatti, alcuni impianti già producono più energia di quella necessaria per funzionare dal biogas che si forma durante la decomposizione del materiale organico.

"Dieci anni da oggi, il tipico impianto di trattamento sarà probabilmente molto diverso da oggi, " dice Noguera. "Le risorse recuperate non possono includere solo acqua pulita ed energia, ma anche una varietà di prodotti chimici, come fertilizzanti e precursori di materie plastiche e fibre. Come parte di questa evoluzione, Credo che i reattori Anammox diventeranno presto convenzionali".