Gli appaltatori posizionano i rivestimenti del bioreattore in calcestruzzo nella trincea. Credito:Michelle Soupir
I bioreattori sono trincee sotterranee piene di trucioli di legno. Stanno guadagnando terreno come strumento per rimuovere l'azoto dall'acqua negli ambienti agricoli.
L'acqua che fuoriesce dai campi viene convogliata nei bioreattori. I microbi naturali che vivono sui trucioli rimuovono i composti azotati nell'acqua mentre scorre.
Perché sono i batteri che fanno questo processo di pulizia dell'acqua, si chiama processo biologico, da qui il nome bioreattore.
L'acqua che esce dai bioreattori ha molto meno azoto, rendendolo più sano per l'ambiente.
In un nuovo studio, i ricercatori hanno testato parametri che potrebbero aiutare a stimare la durata della vita lavorativa di questi bioreattori. La ricerca è stata pubblicata su Agrosistemi, Geoscienze e ambiente , una pubblicazione dell'American Society of Agronomy e della Crop Science Society of America.
"Il nostro obiettivo è fornire agli agricoltori e alle altre parti interessate una migliore comprensione di quanto tempo dureranno questi sistemi quando verranno utilizzati sul campo, "dice Abby Schäfer, autore principale dello studio.
Lo studio è durato due anni. I ricercatori hanno testato nove bioreattori. Entro la fine di quel tempo, tutti i bioreattori stavano ancora rimuovendo efficacemente l'azoto dall'acqua.
La rimozione dell'azoto dall'acqua di drenaggio negli ambienti agricoli è fondamentale perché l'azoto può essere un'arma a doppio taglio.
Natasha Hoover (a sinistra) e gli appaltatori (Con-Struct Inc) installano i canali sotterranei da utilizzare come pozzi di campionamento. Credito:Michelle Soupir
Le colture hanno bisogno di azoto per crescere e produrre cibo. Ma troppo azoto nel posto sbagliato può causare problemi.
L'eccesso di azoto può contaminare le acque sotterranee e i corsi d'acqua. In questi ambienti acquatici, troppo azoto può alimentare dannose fioriture algali.
Le alghe consumano rapidamente tutto l'ossigeno nei corpi idrici. Questo può portare a zone morte, che sono aree con troppo poco ossigeno per sostenere la vita.
I bioreattori a cippato sono un modo per ridurre la quantità di azoto che entra nei corsi d'acqua. I bioreattori hanno diversi vantaggi rispetto ad altre tecniche di denitrificazione.
I bioreattori possono ridurre costantemente il 30-50% dei composti azotati dall'acqua. "Alcuni bioreattori possono ottenere riduzioni ancora più elevate, "aggiunge Schäfer.
"I bioreattori richiedono pochissima terra per essere sottratta alla produzione agricola, " dice Schaefer. "Inoltre, richiedono pochissima manutenzione."
I bioreattori inoltre non influiscono sull'efficacia dei sistemi di drenaggio delle piastrelle agricole. Ciò significa che l'acqua nei campi può ancora essere drenata per aiutare a prevenire le inondazioni.
Una sfida con i bioreattori a cippato è la sedimentazione e la rottura dei trucioli. Ciò influisce sull'efficienza del funzionamento dei bioreattori.
I rivestimenti in calcestruzzo sono parzialmente riempiti con trucioli di legno durante l'installazione e sono visibili i pozzi di monitoraggio. Credito:Michelle Soupir
I ricercatori hanno scoperto che i trucioli più vicini all'ingresso dei bioreattori si sono depositati e si sono rotti più velocemente dei trucioli più all'interno.
Questa è una scoperta importante. I trucioli vicino agli ingressi del bioreattore possono essere reintegrati senza dover scavare l'intero bioreattore.
Inoltre, i ricercatori hanno determinato che i primi tre quarti dei bioreattori erano il luogo in cui la maggior parte dei composti azotati veniva rimossa dall'acqua.
Ciò significa che la sostituzione dei trucioli vicino al punto di ingresso di un bioreattore potrebbe prolungare la durata della vita.
Il team ha anche studiato la quantità di tempo che ogni data goccia d'acqua trascorre all'interno del bioreattore. Questa misura è chiamata tempo di ritenzione idraulica.
"Il tempo di ritenzione idraulica è uno dei criteri principali per la progettazione di bioreattori denitrificanti, " afferma Schaefer. "Volevamo capire l'impatto che il tempo di ritenzione ha su tutti gli aspetti delle prestazioni del bioreattore".
I ricercatori hanno testato tre diversi tempi di ritenzione idraulica:due ore, otto ore e 16 ore. La maggior parte dei cambiamenti osservati nei bioreattori nel tempo erano simili per i diversi tempi di ritenzione testati.
Però, i trucioli si decomponevano più velocemente quando il tempo di ritenzione idraulica era di due ore. Ma quei bioreattori rimuovevano ancora efficacemente i composti di azoto dall'acqua.
Schaefer e colleghi ora mirano a comprendere meglio come funzionano i bioreattori per periodi di tempo ancora più lunghi.
