Uno studio recente ha dimostrato che il trattamento delle acque reflue nei sistemi di acquacoltura a ricircolo (RAS) può essere significativamente migliorato mediante l'uso di microalghe immobilizzate, specificamente Chlorella vulgaris, ottimizzate attraverso tecniche di machine learning.
La ricerca è stata condotta da un team internazionale di scienziati dell'Università Normale di Pechino in Cina e l'Istituto di Ricerca sulle Acque del Consiglio Nazionale delle Ricerche (IRSA-CNR) in Italia. I risultati rivelano che la Chlorella vulgaris, una microalga nota per la sua capacità di purificazione, può essere ottimizzata in termini di crescita ed efficienza attraverso parametri chiave come l'intensità luminosa e la concentrazione iniziale delle cellule.
Secondo lo studio, l'uso di illuminazione continua ha permesso non solo una maggiore purificazione dell'acqua, ma anche un riutilizzo più efficace della biomassa generata. Inoltre, la simbiosi tra microalghe e batteri è stata identificata come un fattore chiave nell'assimilazione di carbonio e azoto, favorendo la produzione di lipidi e amido nelle microalghe, il che a sua volta migliora l'efficienza del trattamento delle acque reflue.
Tra i risultati più rilevanti dello studio vi è la capacità del sistema di recuperare risorse preziose dalle acque reflue, tra cui biomassa ricca di proteine e lipidi, nonché fosforo sotto forma di struvite e alginato, materiali che possono essere riutilizzati in futuri cicli di trattamento. È stato determinato che la biomassa recuperata ha raggiunto i 1,94 grammi per litro, con un contenuto di proteine del 47% e lipidi del 26,23%, dimostrando un alto valore nutritivo ed energetico.
Inoltre, il recupero del fosforo sotto forma di struvite—un minerale composto principalmente da fosfato di ammonio e magnesio—formato durante il trattamento dell'acqua di coltura è stato del 64,79%, mentre l'alginato, utilizzato come matrice di immobilizzazione, è stato recuperato al 79,52%, evidenziando la sostenibilità economica e ambientale del processo.
In termini di qualità dell'acqua, è stato osservato che la concentrazione di ammonio nell'effluente è rimasta a 0,60 milligrammi per litro in condizioni di illuminazione continua, con livelli di nitriti e nitrati anch'essi efficacemente controllati. Inoltre, l'efficienza nella rimozione del carbonio organico disciolto ha raggiunto fino al 60% in condizioni di illuminazione ciclica, dimostrando l'efficacia del sistema nella purificazione dell'acqua e nella gestione sostenibile delle risorse in acquacoltura.
Questi risultati, secondo i ricercatori, sottolineano la fattibilità economica e ambientale dell'uso di microalghe immobilizzate nel trattamento delle acque reflue, proponendo una soluzione sostenibile ed efficiente per l'industria acquicola.
Applicazioni in Acquacoltura
La tecnologia sviluppata nel recente studio sull'uso di microalghe immobilizzate è stata progettata per l'applicazione in una vasta gamma di impianti acquicoli, sia in acqua dolce che marina. È stato dimostrato che la Chlorella vulgaris, la microalga centrale in questa ricerca, possiede la versatilità necessaria per adattarsi a diverse condizioni di salinità, rendendola una soluzione efficace in vari ambienti acquatici.
Negli impianti di acqua dolce, la capacità delle microalghe di assimilare azoto e fosforo è stata evidenziata come un metodo cruciale per il controllo dei nutrienti, prevenendo così l'accumulo di composti potenzialmente dannosi per le specie acquatiche. Inoltre, è stato notato che la biomassa generata, ricca di proteine e lipidi, può essere riutilizzata, apportando un valore aggiunto alle operazioni acquicole.
D'altra parte, nei sistemi di acquacoltura in acqua marina, la tecnologia è stata adattata per gestire condizioni di alta salinità, permettendo una gestione efficiente dei nutrienti essenziali per la salute delle specie marine. È stato sottolineato che, tramite l'uso delle microalghe, è possibile non solo migliorare la qualità dell'acqua, ma anche ottimizzare il recupero delle risorse, rafforzando così la sostenibilità di questi impianti.
Questo progresso è stato riconosciuto per la sua capacità di offrire una soluzione integrale nella gestione delle acque reflue e nel recupero delle risorse, applicabile a una varietà di sistemi acquicoli, indipendentemente dal tipo di acqua utilizzata.
Referenza:
Shuqian Cheng, Xiaolei Liu, Carlo Pastore, Luigi di Bitonto, Anjie Li. Low-carbon wastewater treatment and resource recovery of recirculating aquaculture system by immobilized chlorella vulgaris based on machine learning optimization. Bioresource Technology, Volume 408, 2024, 131208, ISSN 0960-8524
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