Introduzione
La combinazione di alghe e fanghi attivi (AAS) è stata recentemente applicata nel funzionamento di un bioreattore a membrana (MBR). La principale limitazione nell’applicazione degli MBR è rappresentata dalle incrostazioni presenti sulle membrane, che diminuiscono attraverso l’aggiunta di alghe, le quali aumentano le prestazioni diminuendo il fouling: questo processo però ha ancora margini di miglioramento poiché i reattori necessitano di pulizia dopo soli 45 giorni di funzionamento. \cite{vsenatore2021} Un tipo di tecnologia molto promettente per la pulizia della membrana consiste nell'irradiazione ultrasonica continua la quale, a differenza dell'irradiazione intermittente, non crea accumuli ed incrostazioni agendo ad una frequenza media (45khz).\cite{jr}
Un altro approccio recente alla mitigazione del fouling della membrana è l'integrazione di MBR con processi elettrochimici. \cite{luna} L'integrazione elettrochimica ha contribuito in modo significativo alla rimozione di sostanze nutritive che erano un grande problema nei convenzionali MBR: ciò ha portato ad un aumento delle prestazioni del reattore sia in termini di rimozione degli inquinanti sia nella diminuzione delle incrostazioni sulle membrane. \cite{belgiorno}
Upgrade delle performance di un MBR attraverso la sinergia di alghe e batteri. \cite{belgiornoa} \cite{hasan}\cite{belgiornob}
Riduzione | AAS-MBR | e-AAS-MBR | MBR | e-MBR |
O2 necessario | 98,35 ± 0,35% | 99,12 ± 0,08% | 97,70 ± 1,10% | 98,10 ± 1,70% |
Azoto ammoniacale (NH3-N) | 43,89% | 43,89% | 26,61% | 26,61% |
Fosfato (PO4 3--P) | 6,43% | 6,43% | 2,66% | 2,66% |
Fouling | 57,30% | 57,30% | 61,95% | 61,95% |
Casi studio
Diversi sono gli studi che certificano il miglioramento prestazionale della simbiosi tra alghe e batteri per trattare le acque di scarico saline. Un esempio è il progetto SALTGAE coordinato da FUNDACION PARA EL DESARROLLO Y LA INNOVACION TECNOLOGICA e finanziato dall’UE iniziato nel 2016 e durato 3 anni, che ha sfruttando la benefica relazione simbiotica tra alghe e batteri per recuperare acqua, energia e sostanze nutritive dalle acque reflue salate in modo economicamente conveniente. Le industrie agroalimentari producono grandi quantità di acque reflue con elevati costi relativi al loro trattamento soprattutto per ossigenarle a favore dei batteri che scompongono i rifiuti organici allo scopo di respirare.
Il costo totale del trattamento delle acque è stato ridotto dal 25%, in più il processo produce metano che viene utilizzato per applicazioni energetiche e per recuperare sostanze nutritive, quali azoto e fosforo che in quantità eccessive possono essere dannose per l’acqua.
Il progetto SALTGAE prevede tre fasi per lo smaltimento delle acque reflue:
1. Le acque reflue ricevono ossigeno e vengono trattate mediante un processo di digestione anaerobica da parte dei batteri;
2. Si fa confluire l’acqua parzialmente pulita in uno stagno algale dove un insieme di alghe e batteri lavorano in contemporanea: i batteri trasformano la materia organica in anidride carbonica e le alghe la usano per dar vita alla sintesi clorofilliana convertendola in ossigeno grazie all’energia solare;
3. Si utilizzano gli MBR per rimuovere la salinità e facilitare il riutilizzo di acqua di alta qualità;
Il risultato chiave del progetto è stato l’isolamento di un ceppo batterico anaerobico tollerante al sale in grado di abbattere il contenuto organico mediante digestione anaerobica con produzione di CO2. Successivamente si è ottimizzato il processo combinando il trattamento delle acque aggiungendo le microalghe come ad esempio Botryococcus braunii o Scenedesmus obliquus le quali consumano la CO2 prodotta dai batteri.