Istituto Lazzaro Spallanzani
L’utilizzo di consorzi microalghe/batteri per il trattamento delle acque reflue di origine zootecnica (reflui suinicoli, frazioni liquide dei digestati) rappresenta una soluzione alternativa ai processi biologici tradizionali basati sull’impiego di soli consorzi batterici autotrofi ed eterotrofi che consente di ridurre i costi di processo associati all’aerazione forzata. Infatti, le microalghe producono ossigeno stabilendo un’ottima sinergia con i batteri aerobi, che invece ne hanno bisogno.
Le microalghe, inoltre, assimilano i nutrienti solubili e li concentrano nella loro biomassa rimuovendoli dall’acqua e permettono di catturare la CO2 prodotta dalla digestione anaerobica e di upgrading del biogas a biometano. Si tratta di un processo integrabile, per esempio, all’interno delle aziende agricole che hanno manifestato diverse difficoltà nel rispettare i vincoli imposti agli spandimenti nelle aree vulnerabili ai nitrati.
Anche quelle che si sono dotate di un impianto a biogas non hanno, di fatto, risolto il problema del carico d’azoto avviato allo spandimento che, al contrario, è cresciuto per effetto dell’apporto addizionale dei nutrienti associati alle biomasse vegetali trattate in codigestione con il refluo zootecnico. Inoltre, la produzione di biomassa algale consente di modificare la prospettiva con cui si affronta la gestione dei fanghi di depurazione, che potrebbero diventare una risorsa da valorizzare.
Con la biomassa algale si possono infatti produrre biomateriali (pigmenti e bioplastiche), energia (biometano, biodiesel), biofertilizzanti e biostimolanti da sfruttare in agricoltura. Sono invece preclusi i mercati a più alto valore aggiunto.
Tuttavia, per una valutazione completa dell’applicabilità di questi processi vanno considerati i vincoli posti dalle condizioni meteo-climatiche e dalla loro significativa esigenza di spazio. Le microalghe possono essere coltivate sia in fotoreattori che in semplici vasche aperte. Queste ultime sono semplici bacini di profondità attorno ai 30 cm, dotati di un mulino a pale per la circolazione; in questi sistemi a basso costo, la crescita microalgale è supportata solamente dalla luce solare.
Queste sono le soluzioni tipicamente applicate nel biorisanamento perché consentono di contenere i costi di processo. Tuttavia, basandosi sulla cattura dell’energia solare, questi sistemi hanno un’elevata richiesta di superficie dato che la produttività e capacità depurativa microalgale è proporzionale alla superficie della vasca e alla radiazione solare incidente. Essa può variare tra 30-40 ton/ha/anno nel Nord Italia fino a 100 ton/ha/anno nel sud della Spagna.
Conseguentemente, l’esigenza della superficie richiesta varia all’interno di una forchetta piuttosto ampia, indicativamente compresa tra 2 e 10 m2 per abitante equivalente, circa un ordine di grandezza superiore all’ingombro degli impianti tradizionali. Inoltre, la capacità depurativa dei processi basati su microalghe varia con la stagione e può ridursi significativamente durante i mesi invernali.
Questi aspetti rappresentano un vincolo importante e ne condizionano il campo di applicazione rendendo queste tecnologie principalmente adatte ai trattamenti stagionali e a piccoli impianti. Diversamente, sui grandi impianti un interessante campo di applicazione riguarda l’integrazione della coltivazione di microalghe in linea fanghi per la riduzione dei carichi di nutrienti rimandati nella linea acque. In questo caso, la capacità depurativa dell’impianto resta demandata ai processi biologici tradizionali, mentre le microalghe svolgono un compito complementare rivolto a ridurre il consumo energetico in linea acque.
Per quanto riguarda la maturità tecnologica di questi processi, l’implementazione nei climi mediterranei ha raggiunto la piena scala, come dimostrato dall’impianto di depurazione della città di Chiclana nel Sud della Spagna, gestito da FCC Aqualia. L’impianto è costituito da vasche tipo raceway in cui un consorzio di microalghe e batteri garantisce la produzione di un effluente secondario conforme ai limiti allo scarico. La biomassa prodotta è separata con un processo di flottazione ed inviata alla produzione di biometano. Tra i progetti nazionali che si sono occupati dell’applicazione delle microalghe nel settore agro-industriale si segnala il progetto Polo delle Microalghe, finanziato da Fondazione Cariplo e Regione Lombardia e coordinato dall’Istituto Spallanzani, che ha valutato l’efficacia di processi a base microalgale per la rimozione dei nutrienti da acque reflue e sottoprodotti dei caseifici, reflui zootecnici e loro digestati. Inoltre, il progetto ha indagato le vie di valorizzazione della biomassa microalgale nel settore dell’acquacoltura, per la produzione di biostimolanti per l’agricoltura e per la bioenergia.
