Evaluation of the microalga Tetradesmus lagerheimii for biomass production and elimination of endocrine disrupting chemicals in paper mill wastewater
Questo studio dimostra che la robusta microalga *Tetradesmus lagerheimii* può trattare efficacemente le acque reflue delle cartiere riducendo significativamente i composti chimici interferenti con il sistema endocrino e ottenendo un'elevata produttività di biomassa in un processo stabile a lotti ripetuti senza pretrattamenti elaborati.
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Le cartiere sono tra i maggiori consumatori di acqua al mondo e le acque reflue che producono sono una complessa zuppa di sostanze chimiche. Anche dopo che gli impianti di trattamento standard hanno svolto il loro lavoro, quest'acqua trasporta spesso tracce invisibili di sostanze che possono alterare i sistemi ormonali degli esseri viventi. Queste sostanze chimiche, note come interferenti endocrini, possono scivolare attraverso i filtri convenzionali ed entrare nei fiumi, dove pongono rischi per i pesci e altri animali selvatici. Per decenni, gli scienziati hanno cercato modi per pulire quest'acqua più a fondo, cercando al contempo un modo per trasformare lo scarto in qualcosa di utile. Una via promettente coinvolge minuscole piante unicellulari chiamate microalghe. Questi organismi sono filtri naturali: bevono l'acqua, assorbono nutrienti e possono scomporre inquinanti nocivi mentre crescono in una biomassa densa e oleosa che potrebbe potenzialmente essere utilizzata per combustibile o altri materiali. Tuttavia, trasformare questa idea in una realtà pratica è stato difficile. Le acque reflue delle cartiere sono spesso troppo tossiche per molti tipi di alghe e i tentativi precedenti di coltivarle in questo ambiente hanno richiesto una pulizia dell'acqua estesa e costosa, oppure hanno portato a quantità molto basse di crescita vegetale.
Un team di ricercatori in Germania si è posto l'obiettivo di testare se un ceppo specifico e robusto di microalga potesse sopravvivere e prosperare nelle acque reflue grezze di una cartiera senza la necessità di alcun pretrattamento speciale. Hanno scelto un ceppo chiamato Tetradesmus lagerheimii, un tipo di alga verde nota per la sua resistenza. Invece di diluire le acque reflue o filtrarle per rimuovere potenziali tossine, hanno posto le alghe direttamente nell'acqua proveniente dalla fase di trattamento anaerobico di una cartiera. Il loro obiettivo era duplice: vedere se le alghe potessero crescere in una cultura densa e determinare se questa crescita potesse rimuovere le persistenti sostanze interferenti con il sistema endocrino. Per misurare l'efficacia della pulizia, hanno utilizzato un test biologico altamente sensibile che rileva l'attività estrogenica totale nell'acqua, piuttosto che cercare solo nomi chimici specifici. Questo metodo agisce come un sensore biologico, rivelando l'effetto combinato di tutte le sostanze che alterano gli ormoni, inclusi eventuali prodotti di degradazione sconosciuti.
I risultati hanno mostrato che le alghe erano straordinariamente resilienti. Sono cresciute vigorosamente nelle acque reflue non trattate, raggiungendo un'alta concentrazione di biomassa senza segni di avvelenamento da parte dell'effluente industriale. I ricercatori hanno scoperto che non era necessario filtrare l'acqua o rimuovere gas come l'idrogeno solforato in precedenza; le alghe crescevano altrettanto bene nell'acqua grezza rispetto ai campioni pre-trattati. Nel corso di sei giorni, le alghe si sono moltiplicate rapidamente, raggiungendo una concentrazione di biomassa di 15 grammi per litro. Si tratta di una quantità significativa, che supera di gran lunga quanto riportato nella maggior parte degli studi precedenti riguardanti le acque reflue delle cartiere. Il processo si è dimostrato abbastanza stabile da poter essere gestito in un ciclo ripetuto, in cui la maggior parte delle alghe veniva raccolta ogni settimana e veniva aggiunta nuova acqua reflua, permettendo alla coltura di continuare a crescere per oltre tre settimane senza collassare.
Oltre a crescere, le alghe hanno agito come un efficace squadra di pulizia. I ricercatori hanno misurato l'attività estrogenica nell'acqua prima e dopo che le alghe avevano cresciuto per sei giorni. Nell'acqua in cui erano presenti le alghe, l'attività ormonale dannosa è diminuita tra l'88 e il 98%. Al contrario, l'acqua lasciata da sola senza alghe ha visto una riduzione di solo il 60-81%, probabilmente a causa di processi naturali o della crescita di altri microrganismi. Ciò significa che il ceppo specifico di alghe era responsabile della rimozione di un ulteriore 7-33% delle sostanze che interferiscono con il sistema endocrino. Lo studio ha anche esaminato sostanze chimiche specifiche come il bisfenolo S, un comune composto industriale, e ha scoperto che, dopo il trattamento con alghe, la concentrazione di tali sostanze nell'acqua è scesa al di sotto del livello rilevabile dagli strumenti di test. Le alghe sembravano o scomporre queste sostanze o assorbirle nelle proprie cellule.
Tuttavia, la pulizia non è stata perfetta sotto ogni aspetto. Sebbene le alghe abbiano rimosso efficacemente gli interferenti ormonali, non hanno ridotto il carico organico complessivo dell'acqua quanto i ricercatori speravano. La domanda chimica di ossigeno, una misura di quanta materia organica sia presente nell'acqua, è diminuita, ma non tanto quanto nei campioni di controllo senza alghe. I ricercatori hanno osservato che le alghe stesse rilasciano sostanze organiche mentre crescono, il che sembra contrastare parte del lavoro di pulizia svolto dai batteri naturalmente presenti nelle acque reflue. Nei cicli ripetuti a lungo termine, le alghe e i batteri sembravano adattarsi l'uno all'altro e l'efficienza della pulizia è migliorata leggermente nel tempo, ma le alghe da sole non potevano abbassare il carico organico ai livelli minimi possibili.
Lo studio conclude che l'uso di questo specifico ceppo di alghe offre una via pratica per il trattamento delle acque reflue industriali. Selezionando un organismo resistente e adattabile e utilizzando un reattore specializzato che fornisca luce e scambio di gas ottimali, è possibile saltare le fasi di pre-filtrazione dell'acqua, costose e ad alto consumo energetico. Il processo combina con successo la rimozione di inquinanti ormonali pericolosi con la produzione di una preziosa biomassa. Sebbene rimangano delle sfide, come la gestione del carico organico e la garanzia che la biomassa finale sia sicura per l'uso, la ricerca dimostra che le microalghe possono essere uno strumento vitale e robusto per la pulizia di rifiuti industriali complessi, trasformando un difficile problema ambientale in una potenziale risorsa.
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