Una soluzione sostenibile

Dall'Università di Toronto3 giugno 2023

I ricercatori hanno sviluppato un metodo per estrarre e recuperare nutrienti preziosi come fosfato e ammonio dalle acque reflue utilizzando una membrana appositamente progettata contenente particelle inorganiche. La ricerca, che considera le acque reflue una risorsa piuttosto che un fastidio, potrebbe potenzialmente contribuire a un’economia circolare fornendo materiali per la produzione di fertilizzanti agricoli e mitigando l’imminente carenza di questi nutrienti che potrebbe minacciare l’approvvigionamento alimentare globale.

Dottorato di ricerca in ingegneria dell'Università di Toronto. La candidata Sara Abu-Obaid (ChemE) ritiene che sia necessario un cambiamento fondamentale nel settore della gestione delle acque reflue.

"Dobbiamo passare dal considerare le acque reflue come un fastidio al riconoscere il loro potenziale come risorsa", afferma. “Può fornirci acqua, sostanze nutritive, energia e altri beni di valore che possono essere raccolti e utilizzati per procedere verso un’economia circolare”.

Sotto la guida del professor Ramin Farnood (ChemE), Abu-Obaid è l'autore principale di uno studio recentemente pubblicato sulla rivista Chemical Engineering. Questa ricerca presenta un metodo ecologico per estrarre fosfato e ammonio dalle acque reflue, consentendo al tempo stesso il riutilizzo di questi nutrienti in futuro.

Il suo nuovo metodo utilizza membrane avanzate che incorporano particelle inorganiche per l'assorbimento di fosfato e ammonio dalle acque reflue. Recuperando queste sostanze in modo economicamente vantaggioso, il metodo crea una nuova fonte di materiali che possono essere utilizzati dai produttori di fertilizzanti agricoli.

L’acqua usata proveniente dalla balneazione, dai servizi igienici, dal bucato e da altre fonti scorre negli scarichi fino alle fogne che conducono agli impianti di trattamento delle acque reflue, dove viene pulita in modo da poter essere scaricata in sicurezza nella natura senza impatto sull’ambiente.

Gli obiettivi chiave del processo di trattamento includono la rimozione di solidi, materia organica, agenti patogeni e sostanze nutritive, come quelli che derivano da prodotti domestici ed escrementi, materiali di scarto scaricati dal corpo. Tra questi nutrienti ci sono il fosfato e l'ammonio, due ingredienti essenziali nei fertilizzanti agricoli.

Sara Abu-Obaid (candidata al dottorato in ChemE) ha progettato una nuova soluzione che utilizza membrane con particelle inorganiche per recuperare preziosi nutrienti dalle acque reflue. Credito: Safa Jinje

Sebbene il fosforo sia essenziale per la prosperità della vita vegetale, una quantità eccessiva di sostanza chimica può causare eutrofizzazione. Questo processo complesso inizia quando un ambiente si arricchisce eccessivamente di sostanze nutritive, portando ad un'esplosione nella crescita delle alghe. Queste fioriture di alghe dannose riducono la disponibilità di ossigeno nell'acqua, creando "zone morte" dove gli organismi acquatici soffocano. L'esposizione a lungo termine all'ammonio può anche essere tossica per la vita acquatica.

Gli attuali impianti di trattamento delle acque reflue hanno stabilito processi per rimuovere fosfato e ammonio durante il processo di trattamento. Tipicamente, un trattamento chimico converte il fosfato in una forma solida che si deposita sul fondo dell'acqua, dove viene poi raccolto come fango e inviato in discarica. L'ammonio viene tradizionalmente rimosso mediante un trattamento biologico, in cui i batteri lo consumano e lo trasformano in nitrato e quindi in azoto gassoso.

"Si tratta di due prodotti di alto valore che sono ingredienti chiave nei fertilizzanti, ma gli attuali processi di trattamento delle acque reflue trattano questi nutrienti come rifiuti", afferma Abu-Obaid.

"La mia soluzione è estrarre completamente i nutrienti dall'acqua e quindi utilizzarla come fonte per la produzione di fertilizzanti."

Molti scienziati hanno avvertito che l’attuale tasso di consumo di fosforo agricolo potrebbe portare a carenze critiche, che interromperebbero le forniture alimentari a livello globale. Il nuovo metodo di Abu-Obaid potrebbe contribuire ad aumentare l'offerta trasformando le acque reflue in una fonte vitale di questi nutrienti.

Mentre molte membrane utilizzate per la filtrazione dell'acqua si basano su pori attentamente progettati per filtrare le sostanze bersaglio fuori dall'acqua, l'approccio di Abu-Obaid è diverso. La sua membrana contiene minuscole particelle di akaganeite e zeolite 13X con elevata affinità per l'adsorbimento di fosfato e ammonio.