Comparative Nutrient Removal and Biomass Production by Chaetoceros neogracile, Isochrysis galbana, and Tetraselmis chuii in Saline Aquaculture Wastewater

L'oceano è un sistema vasto e vivente, ma le acque che circondano gli allevamenti ittici raccontano una storia diversa. Quando i pesci vengono allevati in grandi quantità, l'acqua in cui vivono diventa una zuppa di scarti: cibo non consumato, escrementi di pesce e sostanze chimiche disciolte come azoto e fosforo. Se quest'acqua viene rilasciata nuovamente nell'oceano senza trattamento, può innescare una reazione a catena che esaurisce l'ossigeno e danneggia la vita marina, un processo noto come eutrofizzazione. Per decenni, gli scienziati hanno cercato modi per pulire quest'acqua naturalmente. Un approccio promettente prevede l'uso di piante microscopiche chiamate microalghe. Questi minuscoli organismi agiscono come aspirapolvere subacquei, assorbendo l'eccesso di nutrienti per alimentare la propria crescita. La sfida, tuttavia, consiste nel trovare il tipo giusto di alga che possa sopravvivere alle condizioni salate e variabili dell'acqua degli allevamenti ittici, crescendo abbastanza velocemente da essere utile.

In uno studio recente, i ricercatori hanno cercato di risolvere questo enigma testando tre diversi tipi di microalghe marine contro acque reflue reali provenienti da un allevamento ittico. Il team, guidato da Aisha Khan dell'Università di Karachi, voleva vedere quale specie potesse produrre la maggiore biomassa — essenzialmente, la maggiore quantità di materiale vegetale — e quale potesse rimuovere la maggior quantità di inquinamento. Hanno testato tre ceppi specifici: Chaetoceros neogracile, un tipo di diatomea che richiede silice per costruire il proprio guscio; Isochrysis galbana, una minuscola alga rotonda spesso usata come cibo per le larve marine; e Tetraselmis chuii, un'alga più grande e piatta che è relativamente facile da raccogliere. Per garantire che i risultati fossero affidabili, i ricercatori non si sono limitati a versare le alghe in rifiuti grezzi e non diluiti. Al contrario, hanno creato una serie di miscele, diluendo le acque reflue con acqua di mare pulita per creare quattro diverse concentrazioni: 25%, 50%, 75% e 100% di acque reflue. Hanno inoltre incluso un gruppo di controllo in cui le alghe crescevano in cibo standard da laboratorio per vedere come i rifiuti si confrontassero con le condizioni ideali, e un altro gruppo con solo acque reflue e senza alghe per misurare i cambiamenti naturali.

L'esperimento è durato due settimane in vasi di vetro, con l'acqua mantenuta a una temperatura costante ed esposta a un ciclo regolare di luce e buio. I ricercatori hanno controllato l'acqua ogni pochi giorni, contando il numero di cellule algali e misurando quanto azoto, fosforo e materia organica fossero scomparsi dall'acqua. Hanno anche pesato le alghe essiccate alla fine per calcolare esattamente quanta nuova materia vegetale fosse stata prodotta. I risultati hanno rivelato un chiaro compromesso: le alghe che crescevano più velocemente non erano necessariamente quelle che pulivano meglio l'acqua.

Tetraselmis chuii si è dimostrata la campionessa della crescita. Quando inserita in acqua composta da metà acque reflue e metà acqua di mare pulita, questa specie ha prodotto la maggiore quantità di biomassa, raggiungendo un peso finale di 0,870 grammi per litro. È cresciuta in modo costante ed efficiente, trasformando i nutrienti dell'acqua in nuove cellule più velocemente delle altre due specie in quella specifica miscela. Tuttavia, quando l'obiettivo era puramente la pulizia dell'acqua, una specie diversa ha preso il comando. Isochrysis galbana, cresciuta in acqua con il 75% di acque reflue, ha rimosso la più alta percentuale di inquinanti. Ha eliminato il 92% dell'ammonio, il 76% del nitrato e l'87% del fosfato. Ha inoltre ridotto la domanda di ossigeno chimico — una misura dell'inquinamento organico — del 63%. Ciò significa che, mentre Tetraselmis chuii era migliore nel produrre cibo vegetale, Isochrysis galbana era migliore nel detergere l'acqua.

Lo studio ha anche evidenziato che la concentrazione delle acque reflue contava significativamente. Nelle acque reflue più forti e non diluite, le alghe faticavano di più, crescendo più lentamente e rimuovendo meno nutrienti rispetto alle miscele più diluite. Ciò suggerisce che gli alti livelli di ammoniaca e di altre sostanze chimiche nelle acque reflue grezze possano stressare le alghe, limitando la loro capacità di svolgere il proprio compito. Interessantemente, i ricercatori hanno scoperto che il miglior performer per un compito non era il migliore per l'altro. La specie che produceva la maggior biomassa non era quella che rimuoveva più nutrienti, e viceversa. Questa scoperta è fondamentale perché significa che un allevamento ittico non può semplicemente scegliere una "super alga" e aspettarsi che faccia tutto perfettamente. La scelta di quale alga utilizzare dipende interamente dall'obiettivo dell'allevamento: se la priorità è raccogliere l'alga per mangimi o combustibile, Tetraselmis chuii in una miscela al 50% è la scelta migliore. Se la priorità è pulire l'acqua prima del rilascio, Isochrysis galbana in una miscela al 75% è l'opzione superiore.

Nonostante questi risultati promettenti, i ricercatori avvertono con cautela che si è trattato di un esperimento di laboratorio controllato. Lo studio è stato condotto in piccoli vasi di vetro per un breve periodo, il che è molto diverso dai sistemi complessi e all'aperto utilizzati nella moderna acquacoltura reale. Il team dichiara esplicitamente che questi risultati non sono ancora pronti per l'uso commerciale immediato. Prima che uno qualsiasi di questi ceppi algali possa essere utilizzato per trattare le acque reflue su larga scala, sono necessari ulteriori test. Il lavoro futuro dovrà convalidare questi risultati in sistemi su scala pilota che operino in modo continuo, testare come le alghe si comportano attraverso le diverse stagioni e garantire che le alghe raccolte siano prive di contaminanti come metalli pesanti o patogeni. Per ora, lo studio fornisce una mappa chiara del potenziale e dei limiti, mostrando che, sebbene le microalghe offrano uno strumento potente per pulire i nostri oceani, lo strumento giusto dipende dal compito specifico da svolgere.