La maggior parte delle persone pensa il meno possibile alle acque reflue prodotte quotidianamente dalle loro docce, vasche da bagno, lavandini, lavastoviglie e servizi igienici. Ma con le giuste tecniche, può diventare una risorsa preziosa.

In media, ogni americano usa circa 60 galloni di acqua al giorno per scopi che includono lo sciacquone dei gabinetti, fare la doccia e fare il bucato. Questa cifra può facilmente raddoppiare se usi all'aperto, come annaffiare i prati e riempire le piscine, sono inclusi anche.

La maggior parte dell'acqua utilizzata finirà per diventare acque reflue che devono essere trattate prima di poter essere scaricate nella natura. E quel trattamento consuma molta energia. Secondo l'Agenzia per la protezione dell'ambiente degli Stati Uniti, gli impianti idrici e delle acque reflue rappresentano più di un terzo dei bilanci energetici comunali.

La mia ricerca si concentra sul recupero delle risorse dalle acque reflue. Questo processo è difficile perché le acque reflue contengono molti tipi diversi di contaminanti. Ma i ricercatori nei nostri campi stanno esplorando molti modi creativi per ricavarne prodotti di valore.

Energia da materiali organici

Gli irriducibili ingegneri delle acque reflue comprendono il valore delle acque reflue, che considerano una risorsa piuttosto che uno spreco. Ecco perché alcuni di loro la chiamano invece "acqua usata", e fare riferimento a quelli che la maggior parte delle persone chiama impianti di trattamento delle acque reflue come impianti di recupero delle risorse idriche.

Infatti, le acque reflue possono contenere più di tre volte la quantità di energia necessaria per trattarle. Una tecnica semplice e matura per recuperare parte di questa energia è la digestione anaerobica, un processo naturale in cui i microrganismi si nutrono di grasso e altri materiali organici nelle acque reflue e producono biogas, proprio come il lievito può mangiare l'orzo e sputare la birra. Il biogas contiene circa il 50% di metano, che può essere utilizzato come combustibile rinnovabile per caldaie, forni e impianti di riscaldamento o per azionare turbine e generare elettricità.

Tecniche più avanzate, come i processi idrotermali, prendere i fanghi di depurazione - i solidi rimossi dalle acque reflue durante il trattamento - e convertirli in combustibili a base biologica che possono essere utilizzati per sostituire benzina e gasolio. Questo processo è attualmente in fase di dimostrazione.

Oltre ai fanghi di depurazione, molti ricercatori – me compreso – sono molto interessati alle microalghe. Le microalghe sono materie prime promettenti per i biocarburanti, e alcuni di loro possono crescere nelle acque reflue. I miei colleghi e io abbiamo progettato sistemi idrotermali per trasformare le microalghe cresciute nelle acque reflue in biocarburanti. Sono ancora in fase di test in laboratorio, ma speriamo di ampliarli nel prossimo futuro.

Estrazione di nutrienti dalle acque reflue

Le acque reflue contengono anche sostanze nutritive come azoto e fosforo, che sono elementi essenziali di cui le piante hanno bisogno per crescere. Negli attuali processi di trattamento delle acque reflue, usiamo l'energia per convertire l'ammoniaca nelle acque reflue, che proviene principalmente dall'urina, in azoto gassoso. Però, le industrie utilizzano quindi grandi quantità di gas naturale per riconvertire l'azoto in ammoniaca, prevalentemente per la produzione di fertilizzanti, attraverso il processo Haber-Bosch.

Chiaramente, sarebbe molto più efficiente estrarre direttamente l'ammoniaca dalle acque reflue senza convertirla. Un modo è usare i servizi igienici che deviano l'urina, già disponibili in commercio, separare l'urina da altre fonti di acque reflue. Quindi l'urina raccolta potrebbe essere utilizzata come fertilizzante dopo averla igienizzata per rimuovere gli agenti patogeni.

L'urina sterilizzata contiene anche altri nutrienti come fosforo e potassio. L'Istituto della Terra Ricca, un'organizzazione no profit con sede nel Vermont supportata da agenzie e fondazioni federali, sta cercando modi per trasformare l'urina umana in fertilizzante. L'istituto sta testando l'urina raccolta su colture reali, e ha scoperto che funziona in modo efficace.

In alternativa, possiamo recuperare questi nutrienti come struvite, o magnesio ammonio fosfato, un minerale che contiene magnesio, azoto e fosforo. La struvite può formarsi naturalmente durante i processi di trattamento delle acque reflue, ma tende a depositarsi in serbatoi e tubazioni e se lasciata incustodita danneggia l'apparecchiatura. Controllando la formazione di struvite, può essere recuperato in reattori separati.

I ricercatori hanno testato la struvite recuperata sulle colture in laboratorio e hanno ottenuto rese paragonabili ai fertilizzanti commerciali. La tecnica sta ancora maturando, ma le aziende stanno sviluppando versioni commerciali per gli impianti di trattamento delle acque reflue.

Più possibilità

Vuoi cose più preziose? Le acque reflue sono letteralmente una miniera d'oro. Contiene metalli valutati fino a milioni di dollari USA all'anno. Questi metalli sono spesso tossici per la vita acquatica, quindi devono essere rimossi. Ma le tecnologie di rimozione convenzionali richiedono molta energia e producono fanghi tossici.

I ricercatori stanno sviluppando nuovi modi per rimuovere e riutilizzare questi metalli, compresi i sistemi a membrana in grado di rimuovere selettivamente i metalli preziosi dall'acqua e i biosistemi che utilizzano i microrganismi per recuperarli. Queste tecniche sono in una fase molto iniziale e non è ancora chiaro se avranno un senso economico, ma hanno il potenziale per rendere le acque reflue più preziose.

Inoltre, le acque reflue sono generalmente più calde delle riserve idriche naturali, soprattutto in inverno, quindi può servire come fonte di calore. Questa tecnica è ben consolidata e non è limitata alla scala commerciale. È possibile installare sistemi di recupero del calore dell'acqua di scarico a casa per ridurre la bolletta energetica.

Per me, Questo è solo l'inizio. Con tecniche adeguate, "acque reflue" può offrirci molto di più - e non vedo l'ora che arrivi il giorno in cui non ci saranno più "acque reflue, " solo "acqua usata".

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.