Plasma atmosferico freddo per l’inattivazione batterica nell’acqua del Nilo e nelle acque reflue

Perché l’acqua più pulita è importante

L’acqua sicura è alla base della salute pubblica, eppure fiumi e corsi di acque reflue spesso trasportano microrganismi patogeni che sfuggono ai trattamenti tradizionali. Questo studio esplora uno strumento della fisica moderna chiamato plasma atmosferico freddo, un gas ionizzato a temperatura ambiente, per verificare se può eliminare in modo silenzioso ed efficiente i batteri nocivi nell’acqua del Nilo e nelle acque reflue grezze senza aggiungere sostanze chimiche.

Un nuovo modo per purificare acqua sporca

I ricercatori si sono concentrati su due gruppi comuni di batteri che indicano contaminazione fecale e possono essere difficili da rimuovere: Escherichia coli, un batterio Gram negativo ampiamente usato come indicatore di contaminazione, e specie di Bacillus, batteri Gram positivi che formano spore resistenti. Hanno prelevato acqua reale dal Nilo e acque reflue, non solo acqua di laboratorio pulita, per testare come si comporta questo approccio in miscele complesse e naturalmente sporche. L’obiettivo era capire quanto rapidamente il plasma atmosferico freddo potesse ridurre i batteri vivi e se potesse funzionare come una fase pratica e rispettosa dell’ambiente nel trattamento delle acque.

Come funziona il trattamento con plasma

Nella loro configurazione, un sottile elettrodo a filo era posizionato appena sopra la superficie dell’acqua all’interno di un tubo di vetro, alimentato da un comune alimentatore ad alta tensione. Quando acceso a una tensione accuratamente scelta, si creava un morbido scarico a corona non termico: una rete di sottili filamenti di plasma tra il filo e l’acqua. Sebbene il gas sopra la superficie restasse vicino alla temperatura ambiente, si riempiva di elettroni energetici, ioni e forme reattive a vita breve di ossigeno e azoto. Queste particelle reattive penetrano nell’acqua, dove generano specie chimiche a vita più lunga come il perossido di idrogeno e i nitrati che possono attaccare i microrganismi senza bollire il liquido.

Cosa è successo ai microrganismi

Per monitorare l’effetto sui batteri, il team ha contato le colonie che crescevano su piastre nutritive prima e dopo brevi esposizioni al plasma. Nell’acqua del Nilo, otto minuti di trattamento hanno ridotto il numero di batteri di almeno un milione di volte, fino al punto in cui non sono cresciute colonie. Nelle acque reflue, sei minuti sono stati sufficienti per rimuovere i batteri rilevabili. Escherichia coli, Gram negativo, si è rivelato più facile da inattivare rispetto ai Bacillus Gram positivi, in linea con le loro pareti cellulari più sottili e gli strati esterni più fragili. Quando gli scienziati hanno seguito la crescita di E. coli per un’intera giornata, hanno osservato che l’esposizione durante la fase di crescita attiva causava brusche diminuzioni della torbidità, una crescita parziale dei sopravvissuti e poi un declino finale, indicando che il plasma produceva danni duraturi piuttosto che un rallentamento temporaneo.

Cambiamenti all’interno delle cellule e nell’acqua

La microscopia elettronica a scansione ha offerto una vista ravvicinata della lotta tra plasma e batteri. Le cellule non trattate apparivano come bacilli lisci, ma quelle trattate con plasma sono diventate incavate, piena di avvallamenti e infine collassate in frammenti raggrinziti pieni di fori. Queste forme sono caratteristiche del danno ossidativo alle membrane e alle strutture di supporto. Allo stesso tempo l’acqua stessa cambiava: la sua temperatura è salita solo fino a circa 54 gradi Celsius in superficie, ben al di sotto dei livelli tipici di sterilizzazione termica, confermando che non si trattava di un processo termico. Il pH è sceso da valori vicino alla neutralità a valori acidi intorno a 3, e la conducibilità elettrica è aumentata con la formazione di nuovi ioni, coerente con l’accumulo di composti reattivi di ossigeno e azoto che aiutano a inattivare i microrganismi.

Cosa potrebbe significare per il futuro del trattamento delle acque

Complessivamente, i risultati mostrano che il plasma atmosferico freddo basato sullo scarico a corona può ridurre fortemente la contaminazione batterica sia nelle acque di fiume sia nelle acque reflue senza fare affidamento su cloro o alte temperature. Danneggia le cellule tramite specie chimiche reattive ed effetti elettrici piuttosto che tramite ebollizione, e rimane efficace anche contro batteri Gram positivi relativamente resistenti. Pur richiedendo ulteriori studi per scalare il metodo e valutare i possibili sottoprodotti a lungo termine, questo studio suggerisce che il plasma non termico potrebbe diventare un’aggiunta utile ed ecologica agli strumenti per rendere l’acqua potabile più sicura e per trattare le acque reflue in regioni che affrontano un’inquinamento microbico persistente.

Citazione: El-Hossary, F.M., Noureldein, E.A., El-Kassem, M.A. et al. Cold atmospheric plasma for bacterial inactivation in Nile water and wastewater. Sci Rep 16, 15749 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-52839-3

Parole chiave: plasma atmosferico freddo, disinfezione dell’acqua, Fiume Nilo, trattamento delle acque reflue, inattivazione batterica