Cianobatteri K.O.: La Mia Ricetta Segreta con Moringa ed Elettrocoagulazione per Acque Cristalline!

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di un problema che affligge le nostre acque, a volte in modo subdolo, altre in maniera decisamente evidente: i cianobatteri. Avete presente quelle fioriture algali, spesso verdastre, che compaiono in laghi, fiumi e bacini idrici, soprattutto quando fa caldo? Ecco, spesso sono loro i colpevoli. E non sono solo un fastidio estetico, anzi! Possono essere un bel grattacapo per la salute umana e per gli ecosistemi acquatici.

L’Obiettivo di Sviluppo Sostenibile numero 6 (SDG 6) punta ad avere acqua potabile sicura e accessibile per tutti entro il 2030. Un traguardo ambizioso, soprattutto se pensiamo che, come ci ricorda l’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS), circa 1,1 miliardi di persone nel mondo usano acqua non sicura, con conseguenze drammatiche. Le acque grezze, quelle che preleviamo da fiumi e laghi, sono spesso un cocktail di inquinanti, tra cui, appunto, i nostri “amici” cianobatteri.

I Cianobatteri: Piccoli Organismi, Grandi Problemi

I cianobatteri, in particolare generi come Microcystis, Dolichospermum e altri, sono una vera minaccia. Il Microcystis aeruginosa, uno dei più diffusi, produce tossine chiamate microcistine, pericolose se ingerite. Ma non finisce qui: intasano i filtri degli impianti di potabilizzazione, generano composti che danno cattivo sapore e odore all’acqua e possono formare precursori di sottoprodotti di disinfezione (DBP), potenzialmente cancerogeni. Insomma, urge trovare metodi efficaci, economici ed ecologici per sbarazzarcene.

Le tecniche tradizionali? Certo, ci sono filtri, coagulanti chimici, biossido di cloro, permanganato di potassio, ozono… Ma ognuna ha i suoi contro, come costi elevati o impatto ambientale. Ed è qui che entra in gioco la mia passione per le soluzioni innovative e “verdi”!

La Natura ci Viene in Soccorso: la Moringa Oleifera

Avete mai sentito parlare della Moringa oleifera? È un albero quasi miracoloso, e i suoi semi hanno incredibili proprietà coagulanti. I coagulanti naturali, come quelli derivati dalle piante, sono una frontiera affascinante: accessibili, biodegradabili, amici dell’ambiente e spesso a basso costo. Pensate che studi recenti hanno esplorato l’efficacia di tannini di melograno, cladodi di cactus e semi di fava. Ma la moringa, ragazzi, ha una marcia in più!

I suoi semi contengono agenti attivi, principalmente peptidi cationici a basso peso molecolare, che agiscono come calamite: si legano alle particelle sospese nell’acqua (come i cianobatteri, che hanno carica negativa) e le neutralizzano, facendole aggregare. Il problema? Da sola, la moringa forma fiocchi (gli aggregati di particelle) un po’ piccoli e debolucci.

Tecnologia e Natura: Un Matrimonio Perfetto con l’Elettrocoagulazione-Flottazione (ECF)

E se unissimo la delicatezza della moringa con la potenza di una tecnologia come l’elettrocoagulazione-flottazione (ECF)? L’ECF è un processo elettrochimico in cui si usano elettrodi (nel nostro caso, un anodo di alluminio) per rilasciare ioni coagulanti direttamente nell’acqua. Questi ioni fanno il “lavoro sporco” di aggregare gli inquinanti, mentre le bollicine di idrogeno prodotte al catodo li fanno galleggiare, facilitandone la rimozione. Figo, no?

L’idea geniale è stata proprio questa: integrare i coagulanti da semi di moringa con il trattamento ECF. L’obiettivo? Ridurre il consumo energetico dell’ECF (che può essere un po’ esoso) e diminuire la quantità di moringa necessaria. Meno moringa significa anche minor rischio di formare quei DBP di cui parlavamo prima, quando l’acqua trattata entra in contatto con il cloro usato per la disinfezione finale.

Per trovare la “ricetta” perfetta, ci siamo affidati alla Metodologia della Superficie di Risposta (RSM), in particolare a un disegno sperimentale chiamato Box-Behnken (BBD). Immaginatelo come un modo super intelligente per testare diverse combinazioni di ingredienti (nel nostro caso, dose di moringa, densità di corrente elettrica e pH) senza dover fare un numero infinito di esperimenti. L’RSM ci aiuta a trovare le condizioni ottimali per massimizzare la rimozione dei cianobatteri minimizzando, al contempo, le risorse impiegate.

La Preparazione del “Super-Coagulante” e l’Esperimento

Abbiamo preso dei semi di moringa (provenienti dal Giappone, ma originari dell’India), li abbiamo macinati (senza guscio, si è rivelato meglio!), essiccati un po’ e poi abbiamo estratto le sostanze coagulanti usando una soluzione di cloruro di sodio (1M NaCl). Questa combinazione si è dimostrata la più efficace. Abbiamo anche analizzato la polvere di semi con la spettroscopia FTIR per capirne la composizione chimica.

Poi, abbiamo allestito il nostro reattore ECF: un anodo di alluminio, un catodo di grafite, una sospensione di Microcystis aeruginosa (coltivati in laboratorio per simulare condizioni reali) e via con gli esperimenti, variando i parametri secondo il piano BBD. Abbiamo misurato la densità ottica e la torbidità dell’acqua prima e dopo il trattamento per calcolare l’efficienza di rimozione.

Risultati da Urlo: Efficienza e Sostenibilità!

E i risultati? Semplicemente fantastici! L’approccio combinato ha permesso una riduzione del consumo energetico del 68% rispetto all’uso del solo ECF! Non solo: abbiamo anche ridotto del 51% la dose di coagulante di moringa necessaria. Un doppio colpo vincente per l’ambiente e per il portafoglio!

Il modello RSM ha previsto che le condizioni ottimali fossero:

• Dose di coagulante di moringa: 39 mg/L
• Densità di corrente: 2.26 mA/cm²
• pH: 7.5

Con queste impostazioni, la rimozione prevista dei cianobatteri era dell’85%. E sapete una cosa? Gli esperimenti reali hanno confermato queste previsioni, raggiungendo un’efficienza media dell’87.2%! È sempre una grande soddisfazione quando la teoria e la pratica vanno a braccetto.

Un altro dato importantissimo: la concentrazione di alluminio residuo nell’acqua trattata era inferiore a 0.1 mg/L, ben al di sotto dei limiti stabiliti dall’OMS e dalle normative giapponesi per l’acqua potabile. Questo significa che il trattamento non solo è efficace, ma anche sicuro.

Pensate che il consumo energetico del nostro metodo integrato è stato di soli 0.38 kWh/m³. Molto, molto meno di altre tecnologie convenzionali come la flocculazione chimica (36.81 kWh/kg), la centrifugazione (16 kWh/kg) o la filtrazione (3.58 kWh/kg) per la separazione algale. Anche rispetto a studi precedenti solo con ECF, dove il consumo era di 1.20 kWh/m³, il nostro passo avanti è notevole.

La sinergia tra moringa ed ECF è la chiave: la moringa aiuta a formare i primi aggregati, riducendo la “resistenza” nel reattore ECF e migliorando la conduttività elettrica. L’ECF, a sua volta, potenzia la formazione di fiocchi più grandi e stabili, che vengono poi facilmente portati in superficie dalle bolle di idrogeno.

Limiti e Prospettive Future: La Scienza Non Si Ferma Mai!

Certo, ogni studio ha i suoi limiti. Questi esperimenti sono stati condotti in laboratorio, in condizioni controllate. Il mondo reale è sempre un po’ più complicato: la densità dei cianobatteri varia, ci sono altri inquinanti, e bisogna valutare la fattibilità a lungo termine su larga scala. Inoltre, essendo la moringa un composto organico, bisogna gestire attentamente il suo residuo per evitare la formazione di DBP con il cloro.

Le prossime sfide? Sicuramente testare questo approccio integrato in impianti pilota e su scala reale, in diverse condizioni di acqua. E poi, perché no, esplorare il riutilizzo dei cianobatteri separati e dei residui di moringa, per chiudere il cerchio della sostenibilità.

In conclusione, credo fermamente che l’integrazione di coagulanti naturali come la moringa con tecnologie efficienti come l’ECF rappresenti un approccio promettente, economico, ecologico e sostenibile per combattere la contaminazione da cianobatteri. Un piccolo passo per la ricerca, ma potenzialmente un grande passo per avere acqua più pulita e sicura per tutti!

Fonte: Springer