Phytoremediation of differents wastewaters using energy crops

Per far fronte alla crescente necessità di sostituire i combustibili fossili come risorsa energetica si sta ponendo sempre più attenzione all’utilizzo delle sorgenti rinnovabili soprattutto se accompagnato da un uso razionale dell’energia stessa. Tra le sorgenti di energia alternative ormai note come il vento, il sole e la geotermia, anche le biomasse soddisfano i principali criteri di sostenibilità ed di fattibilità economica. Per biomasse si intende tutta quella materia di origine organica che può essere ottenute dalla fotosintesi. I sistemi di trattamento delle acque decentralizzati sono progettati per lavorare su piccola scala; essi non solo riducono l’impatto sull’ambiente e sulla salute pubblica, ma massimizzano anche il riuso dell’acqua di rifiuto per diversi scopi che dipendono dal tipo di comunità fruitrice del servizio, da opzioni progettuali o dalle località in cui vengono costruiti. Questo riuso delle acque reflue, se utilizzato in modo efficace, favorisce il ritorno delle acque trattate all'interno del bacino di origine. Il Sistema Aquanova è un sistema di trattamento delle acque decentralizzato e flessibile nel quale ogni singolo flusso in termini di risorsa d’acqua, sostanza organica ed energia ed il suo smaltimento finale è considerato come parte di un ciclo chiuso di un sistema di gestione sostenibile. Il Sistema Aquanova prevede la separazione delle acque di rifiuto civili in tre flussi: acque grigie, acque brune e acque gialle (separate tra loro attraverso l’uso di una speciale toilette). Le acque grigie e quelle gialle sono trattate in un sistema assimilabile ad un’area umida; questo fitotrattamento delle acque permette il riutilizzo delle acque reflue negli sciacquoni delle toilette. E’ sistema che si avvale di una tecnologia a basso consumo energetico e con un impatto ambientale limitato. Il percolato di discarica, può essere definito come il liquido prodotto dalla decomposizione dei rifiuti e infiltrazioni di acqua piovana in una discarica, contiene metalli pesanti, sali, composti azotati e vari tipi di materia organica. La generazione del percolato avviene quando l'umidità entra i rifiuti in una discarica, dissolve i contaminanti in fase liquida e produce umidità sufficiente per avviare il flusso del liquido. Il percolato varia da una discarica all'altra e nello spazio e nel tempo in un particolare discarica con oscillazioni che dipendono da periodi di breve e lungo termine, a causa di variazioni climatiche, idrogeologia e dei rifiuti composizione. La tecnica della fitodepurazione consiste nell’abbassare le concentrazioni di inquinanti in suoli, acqua o aria contaminati con piante in grado di assorbire, degradare o eliminare i contaminanti stessi. E’ una tecnica caratterizzata da trattamenti di tipo biologico, nei quali le piante, che crescono su un suolo saturo d’acqua, sviluppano un ruolo chiave per l’azione diretta dei batteri che colonizzano il sistema radicale. Oltre ad essere un trattamento in situ, è caratterizzato da un processo lento che dipende dall’abilità delle piante di crescere in un ambiente stressato e non ideale per la loro crescita. Negli ultimi anni si sta guardando all’utilizzo di questa tecnica come alla possibilità di sviluppare un sistema di gestione delle bonifiche dei siti contaminati e delle discariche sostenibile sia dal punto di vista economico che ambientale. Questo lavoro di ricerca ha voluto testare, con l’ausilio del Sistema Aquanova, la tecnica della fitodepurazione, utilizzando piante oleaginose (note come energy crops) irrigate con diversi reflui e fatte crescere in serra per poter controllare la temperatura e l’esposizione luminosa delle piante. Sui semi ottenuti dalle varie essenze sono state effettuate alcune analisi per testare la loro come materia prima per la produzione di biodiesel. Il lavoro è stato sviluppato in quattro fasi sperimentali. Nella prima fase sono state usate sei vasche da 300 litri contenenti 10 cm di ghiaia grossolana, posti sul fondo come strato drenante, e 30 cm di suolo misto, su cui sono state fatte crescere le seguenti piante: Helianthus annus, Glycine max and Brassica napus. Le componenti del refluo usato per l’irrigazione (acqua grigia e acqua gialla) sono state separate attraverso la toilette utilizzata nel Sistema Aquanova che si trova presso il laboratorio LISA del Dipartimento ICEA. La metà delle vasche è stata irrigata con percentuali crescenti di acqua grigia (99.9-96.5%) e acqua gialla (0.1-3.5%), mentre l’altra metà è stata irrigata con acqua di rete ed usata come controllo. Nella seconda fase sono stati usati dei vasi contenenti tutti 10 cm di ghiaia grossolana, posti sul fondo come strato drenante, e 30 cm di suolo diverso: metà dei vasi sono stati riempiti con solo sabbia, l’altra metà con una miscela di sabbia e terreno argilloso. Metà dei vasi è stata irrigata con acqua di rete miscelata a percentuali crescenti di percolato di una vecchia discarica (2-30 %), mentre l’altra metà è stata irrigata con acqua di rete ed usata come controllo. Le essenze piantate sono state le stesse della prima fase. Alcune di esse, come la Brassica napus, piantate sulla sabbia sono cresciute più lentamente delle altre e senza produrre fiori: questo comportamento può essere attribuito alla crescita in cattività all’interno della serra. A causa del suo comportamento nelle precedenti fasi l’essenza Brassica napus è stata eliminata dalla terza fase. In questa fase i semi delle essenze Helianthus annus e Glycine max sono stati fatti germinare in laboratorio in condizioni controllate, utilizzando diversi tipi di terreni e diverse percentuali di percolato in acqua di rete, allo scopo di testare la massima percentuale di percolato da usare per l’irrigazione. I semi di Glycine max hanno presentato una migliore germinazione su sabbia irrigata con una percentuale di percolato in acqua pari al 5%, mentre i semi di Helianthus annus hanno germinato meglio sul terreno argilloso irrigato con una percentuale di percolato in acqua pari al 10 e al 20%. Si è quindi deciso di irrigare gli stessi vasi della seconda fase con una miscela contenente il 20% di percolato e l’80% di acqua grigia. La metà dei vasi è stata irrigata con acqua di rete ed usata come controllo. Nell’ultima fase sperimentale sono state usate le stesse vasche (otto) della prima fase, quattro per ogni essenza (Helianthus annus e Glycine max), all’interno della serra. Sei vasche sono state irrigate con una miscela di percolato (10-60%) e acqua di rete (90-40%), le altre due solo con acqua di rete ed usate come controllo. I risultati dell’intero lavoro si possono riassumere in termini di efficienza di rimozione di ogni parametro analitico misurato. Le analisi sono state effettuate in doppio ed è stato calcolato il bilancio di massa per i parametri più significativi (fosforo e azoto). Il fitotrattamento non ha inibito la crescita delle essenze, anzi le piante irrigate con acque di rifiuto, in tutte le fasi, possedevano più biomassa e un apparato radicale più lungo di quelle irrigate con acqua di rete. Le stesse considerazioni si possono fare per la produzione dei semi. La rimozione dei nutrienti dalle acque di rifiuto ad opera delle piante è stata molto buona fino alla fase di fioritura quando ha cominciato a decrescere. Nella prima fase è stato fondamentale per la crescita delle piante l’apporto di nutrienti dovuto all’introduzione di percentuali sempre maggiori di acque gialle (fino al 3.5%) all’acqua di rete, che di per sé ne è sprovvista. Per quanto riguarda l’irrigazione con miscele di percolato, la migliore efficienza di rimozione di azoto e fosforo in aggiunta ad una buona crescita delle piante, si è avuta con la miscela al 20%. La sabbia, tranne nel caso del Brassica napus, non si è rivelata un buon substrato di crescita nemmeno quando l’acqua di irrigazione era il percolato, ricco di nutrienti. I migliori risultati per quanto riguarda le velocità di rimozione dei nutrienti dall’acqua di irrigazione si sono ottenuti quando il substrato di crescita era il suolo misto