Effetto della micro-aerazione agitativa sulla rimozione dell’azoto in un reattore anammox

Depurare le acque reflue in modo più efficiente

Impianti e città moderni producono acque reflue cariche di azoto e inquinanti organici che possono danneggiare fiumi, laghi e mari costieri. Trattare queste acque è costoso, soprattutto perché i metodi tradizionali richiedono grandi quantità di aria e prodotti chimici aggiunti. Questo studio esamina un processo più recente e a basso consumo energetico chiamato anammox e pone una domanda pratica: aggiungere solo un po’ d’aria sul fondo di un serbatoio anammox può migliorare la depurazione senza uccidere i microbi sensibili all’ossigeno che guidano il processo?

Un nuovo modo per rimuovere l’azoto

L’anammox, abbreviazione di ossidazione anaerobica dell’ammonio, è una scorciatoia biologica per rimuovere l’azoto. Invece del consueto processo a più fasi che richiede grandi soffianti e sostanze ricche di carbonio, i batteri anammox convertono direttamente ammonio e nitrito in azoto gassoso innocuo in condizioni prive di ossigeno. Questo li rende interessanti per il trattamento di reflui industriali, come quelli della lavorazione della soia e del fruttosio, dove i livelli di azoto sono elevati e il risparmio energetico è importante. Tuttavia, questi reflui reali contengono anche materia organica, misurata come domanda chimica di ossigeno (COD), che può favorire microbi a crescita più rapida che competono con gli anammox e riducono l’efficacia della rimozione dell’azoto.

Agitare delicatamente con piccole quantità di aria

I ricercatori hanno allestito un reattore colonnare alto in acrilico riempito di granuli anammox color ruggine e con vero refluo industriale. Hanno testato tre portate di aerazione molto basse sul fondo del serbatoio: quasi nessuna agitazione (1,5 L/h), micro-aerazione moderata (12 L/h) e aerazione relativamente intensa (45 L/h). L’obiettivo era duplice: aiutare i microbi aerobi vicini al fondo a consumare la materia organica e usare le bolle ascendenti come strumento di miscelazione leggero per mettere in contatto acque reflue e batteri senza trasformare l’intero reattore in un ambiente ricco di ossigeno. Nel corso di settimane di funzionamento stabile hanno monitorato COD, diverse forme di azoto, ossigeno disciolto e l’attività dei batteri anammox chiave.

Trovare il punto ottimale per l’aria

La micro-aerazione moderata si è rivelata il compromesso più efficace. A 12 L/h il reattore ha rimosso circa il 63% del COD e quasi il 73% dell’azoto totale, con oltre il 92% di quella rimozione azotata attribuibile al percorso anammox stesso. L’attività specifica dei batteri anammox è salita fino a circa 0,25 grammi di azoto rimosso per grammo di biomassa al giorno, il che indica che i microrganismi principali lavoravano in modo più intenso ed efficiente. Le bolle fornivano la giusta quantità di ossigeno per altri batteri che degradano la materia organica e fungevano da miscelatore interno, migliorando il contatto tra inquinanti e fango granulare. Quando l’aerazione era troppo bassa, la materia organica si accumulava e sopprimeva la performance anammox; quando l’aerazione era troppo alta, l’ossigeno iniziava a danneggiare la comunità anammox sensibile all’ossigeno.

Osservare il cambiamento del cast microbico

Il sequenziamento del DNA ha rivelato come il cast microbico cambiasse in funzione dell’aerazione. Con la micro-aerazione ottimale, il gruppo di batteri che effettua l’anammox (all’interno del phylum Planctomycetota, incluso il genere Candidatus Brocadia) costituiva una quota sostanziale della comunità, in linea con la forte rimozione di azoto osservata nel reattore. Quando il flusso d’aria è stato aumentato a 45 L/h, questi batteri anaerobi benefici sono quasi scomparsi, sostituiti da organismi che preferiscono l’ossigeno, come alcuni Bacillus e Proteobacteria. Sebbene la rimozione complessiva del COD sia rimasta simile, il reattore ha fatto maggiore affidamento su vie convenzionali guidate dall’ossigeno, meno efficienti dal punto di vista energetico e che riducono il vantaggio principale della tecnologia.

Implicazioni per gli impianti di trattamento reali

Lo studio mostra che una micro-aerazione controllata con cura — quel tanto d’aria necessario per agitare e perfezionare la rimozione degli organici, ma non abbastanza da saturare il serbatoio di ossigeno — può rendere i reattori anammox più robusti per i reflui industriali. Per un pubblico non specialista, il messaggio è semplice: un soffio d’aria lieve al livello giusto aiuta questi batteri specializzati a fare meglio il loro lavoro, depurando contemporaneamente carbonio e azoto dalle acque reflue consumando meno energia rispetto ai sistemi tradizionali. Ma troppa aria altera l’equilibrio, danneggiando i microrganismi chiave e compromettendo le prestazioni. Trovare e mantenere questo “punto ottimale” di micro-aerazione sarà cruciale per progettare futuri impianti a basso consumo che proteggano i corpi idrici in modo più sostenibile.

Citazione: Yan, Z., Xu, Y., Yang, H. et al. Effect of micro-aeration stirring on nitrogen removal in anammox reactor. Sci Rep 16, 6561 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37758-7

Parole chiave: trattamento delle acque reflue, anammox, micro-aerazione, rimozione dell’azoto, effluente industriale