Applicazione multifunzionale della zeolite per la rimozione di ammonio e la riduzione delle emissioni di ammoniaca nelle acque reflue, nel percolato di carcasse e nelle risaie

Perché bonificare l’azoto invisibile è importante

Gran parte dell’approvvigionamento alimentare mondiale dipende da fertilizzanti a base di azoto, ma lo stesso azoto può trasformarsi in un inquinante nascosto quando fugge in acqua e aria. Un eccesso di ammonio in fiumi e laghi favorisce fioriture algali e mortalità dei pesci, mentre l’ammoniaca gassosa dai suoli agricoli peggiora la qualità dell’aria e disperde fertilizzante prezioso. Questo studio esplora se un minerale naturale comune, la zeolite, possa agire come una spugna riutilizzabile per l’azoto in eccesso — depurando le acque reflue, intrappolando l’inquinamento prodotto dalla decomposizione delle carcasse animali e riducendo le perdite di ammoniaca nelle risaie.

Una roccia che si comporta come una spugna

Le zeoliti sono minerali di origine vulcanica con una struttura a gabbia ricca di canali che possono trattenere e scambiare particelle cariche come l’ammonio. I ricercatori hanno esaminato in dettaglio una zeolite naturale chiamata clinoptilolite. Con microscopi e test chimici hanno confermato che possiede una superficie ruvida e porosa, una grande area interna e molti siti carichi negativamente — caratteristiche che la rendono adatta ad agganciare ioni ammonio caricati positivamente. Hanno anche misurato come il trattamento termico modifichi il minerale, dato che il riscaldamento è spesso usato per “attivare” materiali e migliorarne le prestazioni.

Trovare il punto ottimale per la depurazione in acqua

Il team ha testato l’efficacia della zeolite nella rimozione dell’ammonio da acque reflue sintetiche. Hanno scoperto che il minerale agisce rapidamente: la maggior parte dell’ammonio veniva catturata entro 30 minuti, e la quantità massima che poteva trattenere era di circa 10 milligrammi per grammo di zeolite. Un’analisi accurata ha mostrato che l’ammonio non si limita a aderire in un singolo strato uniforme; si lega invece in più strati su siti superficiali irregolari, e il processo si comporta come una reazione chimica piuttosto che come un semplice intrappolamento fisico. Quando la zeolite veniva riscaldata fino a 300 °C, le prestazioni restavano simili, ma a temperature più elevate il reticolo cristallino cominciava a collassare. A 900 °C il minerale aveva quasi perso completamente la capacità di catturare ammonio, il che indica che la zeolite non trattata, «pristina», era in realtà la migliore per la depurazione dell’acqua.

Gestire il percolato da carcasse di bestiame

Lo smaltimento di animali da allevamento morti dopo focolai di malattia può creare fosse di sepoltura che perdono liquidi ricchi di azoto nel terreno e nelle falde. I ricercatori hanno simulato il percolato proveniente da carcasse di suini trattate termochimicamente e l’hanno miscelato con la zeolite. Con un livello iniziale di ammonio di circa 50 milligrammi per litro, una dose di zeolite pari al 20% della massa della carcassa ha rimosso oltre l’84% dell’ammonio, mentre aumentando la dose al 40% la rimozione si è avvicinata al 90%. Un moderato riscaldamento della zeolite (intorno ai 300–500 °C) ha leggermente migliorato le prestazioni in questo liquido complesso, ma un riscaldamento intenso ha di nuovo danneggiato il minerale. Questi risultati suggeriscono che barriere riempite di zeolite potrebbero essere collocate attorno ai siti di sepoltura per intercettare e depurare le acque sotterranee contaminate prima che si diffondano.

Ridurre la perdita di fertilizzante e gli odori nelle risaie

Lo studio ha anche esaminato le emissioni di ammoniaca da suolo inondato fertilizzato con urea, un comune fertilizzante azotato. In piccole casse sperimentali per risaia, il team ha cosparso diverse quantità di zeolite sulla superficie del suolo prima dell’allagamento e della fertilizzazione. In 12 giorni hanno raccolto l’ammoniaca sfuggita come gas. Con l’aumento della temperatura le emissioni sono cresciute, ma nei lotti trattati con zeolite le perdite di azoto in aria sono state costantemente inferiori. La dose massima testata (30 grammi per camera) ha ridotto la perdita cumulativa di ammoniaca di circa il 46% rispetto al suolo senza zeolite. Poiché la quantità di ammonio effettivamente trattenuta dalla zeolite in questo esperimento era molto inferiore alla sua capacità di laboratorio, gli autori sostengono che i campi reali potrebbero trarre beneficio senza saturare il minerale.

Che cosa significa per le aziende agricole e le acque pulite

In termini semplici, questo lavoro mostra che una roccia a basso costo e di origine naturale può contribuire a trattenere l’azoto prezioso invece di lasciarlo fuoriuscire o evaporare. La clinoptilolite pristina pulisce rapidamente l’ammonio dalle acque reflue e dal percolato di carcasse e può ridurre in modo significativo l’ammoniaca gassosa che fugge dalle risaie. Ciò significa fiumi più puliti, meno odori e inquinanti atmosferici e un uso più efficiente del fertilizzante già acquistato dagli agricoltori. Gli esperimenti sono stati condotti in laboratorio e in campi simulati, quindi sono ancora necessari trial di campo a lungo termine, ma lo studio indica la zeolite come uno strumento pratico per una gestione dell’azoto più sostenibile sia in agricoltura sia nel trattamento dei rifiuti.

Citazione: Lee, JI., Lee, CG., Hong, SC. et al. Multifunctional application of zeolite for ammonium removal and ammonia emission mitigation in wastewater, carcass leachate, and paddy. Sci Rep 16, 6327 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37062-4

Parole chiave: zeolite, inquinamento da ammoniaca, trattamento delle acque reflue, percolato da carcasse di bestiame, emissioni nelle risaie