Globalmente, vi è una crescente preoccupazione per quanto riguarda la presenza di tracce di contaminanti emergenti come i retinoidi e gli interferenti endocrini estrogenici (EDC) negli ambienti acquatici. Retinoidi come gli acidi retinoici e i loro metaboliti, quali sono i derivati ​​della vitamina A, può causare uno sviluppo morfologico anomalo negli anfibi, pesce, e lumache a livelli elevati. Gli EDC estrogenici come gli alchilfenoli e il bisfenolo A sono estrogeni ambientali che possono indurre la femminilizzazione dei pesci maschi e uno sviluppo anomalo negli organismi acquatici.

Gli effluenti delle acque reflue sono una fonte significativa per l'immissione continua di questi contaminanti nell'ambiente acquatico. Alti livelli di questi contaminanti chimici si trovano comunemente negli effluenti di scarico scaricati dagli impianti di trattamento delle acque reflue convenzionali (STP).

Un team interdisciplinare guidato dall'Università di Hong Kong (HKU) ha sviluppato un nuovo sistema di trattamento delle acque reflue in grado di rimuovere efficacemente gli inquinanti convenzionali, e recuperare risorse preziose come fosforo e materiali organici (cioè, fibre di carbonio e acidi organici volatili).

Questo nuovo sistema combina la sedimentazione primaria chimicamente migliorata (CEPS) delle acque reflue con la fermentazione acidogena dei fanghi in tandem. È stata condotta una serie di esperimenti di laboratorio per dimostrare che questo nuovo sistema può rimuovere efficacemente le tracce di contaminanti chimici emergenti dalle acque reflue ed è più conveniente rispetto ai sistemi di trattamento delle acque reflue convenzionali.

I risultati di questo studio sono stati recentemente pubblicati in Ricerca sull'acqua e Ambiente Internazionale .

Inoltre, in collaborazione con l'impianto di trattamento delle acque reflue di Nanshan a Shenzhen, un sistema pilota di trattamento delle acque reflue che adotta il nuovo processo di trattamento è in costruzione a Shenzhen dal 2019. Entrerà in funzione e verrà testato entro questa estate se l'epidemia di COVID-19 si placherà.

Sfondo

Negli ultimi anni, Professor Xiao-Yan Li del Dipartimento di Ingegneria Civile che ha guidato il progetto di ricerca interdisciplinare, ha collaborato con il professor Kenneth Leung della HKU School of Biological Sciences e lo Swire Institute of Marine Science per esaminare i livelli e l'efficienza di rimozione dei retinoidi e degli EDC estrogenici dalle acque reflue mediante il nuovo processo di trattamento delle acque reflue sviluppato dal team di ricerca, e confrontarlo con gli STP convenzionali.

Il team di ricerca ha prima esaminato i livelli e le efficienze di rimozione dei retinoidi e degli EDC estrogenici in Shatin, Stanley e Stonecutters Island STP a Hong Kong raccogliendo campioni di acque reflue e fanghi da diverse fasi del processo di trattamento, e analizzando i campioni per retinoidi ed EDC estrogenici mediante cromatografia liquida con spettrometria di massa tandem (LC-MS/MS). In secondo luogo, è stata condotta una serie di esperimenti di laboratorio utilizzando un impianto pilota su piccola scala del nuovo processo di trattamento delle acque reflue. Sono stati prelevati campioni di acque reflue e fanghi per l'analisi chimica utilizzando i protocolli sviluppati dal team del professor Leung.

Risultati chiave

I risultati hanno indicato che i tre STP possono rimuovere solo una media del 57% dei retinoidi (intervallo:41-82%) e una media del 54% degli IE estrogenici (intervallo:31-79%) dagli affluenti delle acque reflue (questo lavoro è stato pubblicato in Ambiente Internazionale ).

Utilizzando il nuovo sistema di trattamento operato in condizioni di laboratorio, il solo processo CEPS ha dimostrato di essere del 16-19% più efficace nella rimozione di retinoidi ed EDC rispetto agli STP convenzionali. Il 65-80% dei retinoidi e il 72-73% degli IE possono essere rimossi dal processo CEPS.

Dopo la fermentazione acidogena dei fanghi CEPS, Il 50-58% dei retinoidi e il 47-50% degli IE sono stati ulteriormente rimossi dai surnatanti dei fanghi (questo lavoro è stato recentemente pubblicato su Water Research).

Rispetto agli STP convenzionali, il nuovo sistema di trattamento che integra il CEPS con la fermentazione acidogena dei fanghi è relativamente più efficiente nella rimozione dei contaminanti chimici emergenti dalle acque reflue, e quindi potrebbero ridurre il loro impatto ambientale.

In termini di economicità, il processo CEPS è stato mostrato, da altri studi, essere più conveniente rispetto al processo di trattamento delle acque reflue convenzionale. Ad esempio, il costo del CEPS per il trattamento delle acque reflue è inferiore alla metà di quello del trattamento secondario delle acque reflue (cioè, processo a fanghi attivi). Da una parte, la fermentazione acidogena dei fanghi CEPS può ridurre ulteriormente il costo del trattamento recuperando le risorse di carbonio organico e fosfato dai fanghi poiché il carbonio organico e il fosfato raccolti possono essere utilizzati rispettivamente per produrre fibre di carbonio e fertilizzanti. D'altra parte, la fermentazione acidogena dei fanghi CEPS può fornire un'ulteriore rimozione degli inquinanti. Il nuovo processo di trattamento, perciò, offre risultati vantaggiosi per tutti.

La strada davanti

Professor Li, che ha condotto lo studio, ha dichiarato:"Quando il sistema pilota di trattamento delle acque reflue a Shenzhen entrerà in funzione e verrà testato, speriamo di dimostrare che questa tecnologia innovativa utilizzerà meno energia, generare effluenti più puliti e recuperare materiali più utili dai fanghi."

Il professor Leung ha detto, "Siamo molto lieti di raccogliere prove a sostegno della nostra ipotesi che il nostro nuovo sistema di trattamento delle acque reflue possa rimuovere efficacemente i contaminanti chimici emergenti. Con l'impianto pilota ingrandito a Shenzhen, studieremo ulteriormente l'efficienza di rimozione di altre classi di inquinanti comuni mediante questo nuovo sistema di trattamento".

Per quanto riguarda la sua potenziale applicazione a Hong Kong, Il professor Li ha aggiunto, "Il nostro sistema può essere facilmente adattato agli STP esistenti a Hong Kong, come unità aggiuntive. Ad esempio, il sistema pilota sarà connesso all'esistente Nanshan STP a Shenzhen per testarne le prestazioni. In caso di successo, questo aprirà la strada al progresso del trattamento delle acque reflue in Cina e oltre".