Con il cambiamento climatico arriva l'aumento della scarsità d'acqua, e periodi di siccità potenzialmente più lunghi. Mentre i politici guardano con urgenza al riciclaggio delle acque reflue per arginare il divario nelle risorse idriche, la domanda è:come riutilizzare al meglio l'acqua e garantire la sicurezza pubblica. Contaminanti nuovi ed emergenti come i geni resistenti agli antibiotici (ARG) rappresentano un potenziale pericolo per la sicurezza pubblica e la sicurezza dell'acqua. Una preoccupazione è la diffusione degli ARG attraverso il sistema idrico e un aumento dello sviluppo di super batteri resistenti agli antibiotici.

Adam Smith, Assistant Professor presso il Sonny Astani Department of Civil and Environmental Engineering presso la University of Southern California, e un team di ricercatori tra cui Moustapha Harb, un Assistant Professor presso la Lebanese American University e la USC Viterbi School of Engineering Ph.D. gli studenti Phillip Wang e Ali Zarei-Baygi, ha studiato e confrontato i campioni di un impianto avanzato di trattamento delle acque sotterranee nella California meridionale e delle falde acquifere per rilevare le differenze nelle concentrazioni di ARG. Sebbene abbiano scoperto che l'impianto avanzato di trattamento delle acque sotterranee ha ridotto quasi tutti gli ARG mirati al di sotto dei limiti di rilevamento, campioni di acque sotterranee avevano una presenza onnipresente di ARG sia nelle posizioni di controllo che nelle posizioni ricaricate con l'acqua dell'impianto di trattamento avanzato delle acque.

Storicamente, i metodi di trattamento indiretto di riutilizzo in cui una barriera ambientale è un passaggio intermedio nel processo di pulizia dell'acqua sono stati più popolari del processo diretto "dal wc al rubinetto". Mentre i metodi indiretti di trattamento del riutilizzo dell'acqua erano, dalla percezione e dall'appetito del pubblico, considerato più affidabile, si tratta in realtà di approcci di riutilizzo diretto "toilet to tap" che non introducono un buffer ambientale che produce più sicuro, acqua più pura per la potabilità. La ragione di ciò risiede nel modo in cui gli ARG nell'ambiente possono contaminare l'acqua potabile di riutilizzo. Questi risultati sono stati evidenziati in uno studio pubblicato in Lettere di scienze e tecnologie ambientali .

Come si diffondono gli ARG attraverso i sistemi di trattamento delle acque

Mentre alcuni ARG sono presenti in natura nelle comunità microbiche, antibiotici, Gli ARG e gli agenti patogeni resistenti agli antibiotici sono in aumento nelle fonti d'acqua a causa dell'uso eccessivo di antibiotici in generale. In un tipico ciclo di trattamento dell'acqua, le acque reflue vengono prima trattate in un impianto di trattamento delle acque reflue. Lo studio ha scoperto che quest'acqua rimane alta negli ARG, poiché persistono durante tutto il processo di trattamento. Da qui, l'acqua destinata al riutilizzo potabile viene ulteriormente purificata utilizzando tecniche fisiche e chimiche avanzate, inclusa l'osmosi inversa, un processo che utilizza una membrana parzialmente permeabile per purificare l'acqua potabile.

In uno schema di riutilizzo indiretto, l'acqua purificata sarà reinfusa in un tampone ambientale, come una falda acquifera. Dopo, l'acqua viene estratta dalla falda acquifera e ulteriormente trattata in un impianto di trattamento dell'acqua potabile prima di essere aggiunta alla rete idrica pubblica. In contrasto, in approcci di riutilizzo diretto, l'acqua depurata non ritorna a un tampone ambientale, ma invece, rimane all'interno del ciclo dell'acqua ingegnerizzato, passando dall'impianto di trattamento delle acque reflue all'impianto di riutilizzo dell'acqua all'impianto di trattamento dell'acqua potabile e poi al tuo rubinetto

Guardare le differenze negli ARG tra le varie fonti d'acqua è incredibilmente importante nel considerare i futuri rischi per la salute, come lo sviluppo di super insetti, disse Smith. Poiché gli impianti di trattamento delle acque reflue non sono generalmente progettati per la rimozione di microinquinanti come gli antibiotici, tendono a persistere nei sistemi di trattamento, portando ad alte densità di batteri resistenti agli ARG nelle diverse fasi del trattamento. Quando quest'acqua viene introdotta in una falda acquifera, dove gli ARG sono già presenti in natura, può essere contaminato da ARG e batteri resistenti agli antibiotici. Per complicare ulteriormente la questione, Gli ARG sono facilmente trasferibili attraverso il trasferimento genico orizzontale, aumento del rischio di patogeni resistenti agli antibiotici.

"Gli ARG non sono regolamentati in alcun modo e sono un contaminante emergente stimolante a causa della nostra dipendenza dal trattamento biologico nel ciclo dell'acqua ingegnerizzato, Smith ha detto. "Poiché sono contaminanti biologici, piccoli frammenti di DNA che vengono rilasciati nell'ambiente, i batteri presenti negli ambienti riceventi possono assorbirli, diventando essi stessi resistenti, e perpetuando ulteriormente la diffusione della resistenza".

Il riutilizzo delle acque reflue è l'opzione prevalente per far fronte a una pressione crescente sull'approvvigionamento idrico globale e potrebbe essere preferibile a opzioni come la desalinizzazione, che è costoso e inefficiente dal punto di vista energetico in confronto. Però, il pericolo di diffondere la resistenza agli antibiotici è quello che dovrebbe informare quali metodologie ottengono più trazione e investimenti mentre guardiamo avanti, ha detto Smith. Eliminating unknowns that persist in the environmental water buffers could be one way to ensure water that reaches our taps is clean of ARGs and other harmful contaminants.

"Lessening the global spread of antibiotic resistance will require an interdisciplinary approach that spans environmental and clinical systems. We must act fast before we enter a so called 'post-antibiotic world' where bacterial infections become impossible to treat, " ha detto Smith.