Sinergia alghe-batteri nel trattamento dei reflui di vinificazione

Esiste un significativo potenziale per l’utilizzo di alghe nel trattamento di acque reflue terziarie, eppure si conosce ancora poco su come questi organismi e i batteri possano agire sinergicamente influendo sulle prestazioni del processo.
Uno studio recente (Higgins et al., 2018) ha analizzato le modalità con cui alghe verdi e microrganismi nativi dei reflui di vinificazione interagiscono durante il ciclo di depurazione, determinando una riduzione del valore della domanda chimica di ossigeno (COD) e di inquinanti nutrienti.

Le premesse

Attualmente, sempre più operazioni di trasformazione agricola e alimentare impiegano la digestione anaerobica per ridurre i carichi di carbonio organico in acque reflue. Ciò nonostante, i digestori effettuano uno scarso lavoro di rimozione di nutrienti inorganici, come ammonio e fosfato, che possono inquinare i corsi d’acqua contribuendo a dannosi bloom algali.

Quanto alle alghe, invece, seppur non particolarmente efficaci nella degradazione di molecole organiche complesse, sono molto abili nel sequestro di azoto e fosforo dalle acque reflue. Inoltre, il fatto che siano in grado di crescere con successo su acque di scarico chimicamente diverse ne sottolinea il potenziale di applicazione.

Tuttavia, permangono ostacoli significativi in merito al loro utilizzo, incluse le possibili interazioni negative tra i microrganismi presenti nelle acque residuali e le alghe stesse. La maggioranza dei lavori scientifici nel settore si concentra sulla semplice segnalazione di riduzioni dei carichi di nutrienti, con scarso approfondimento sul perché un particolare ceppo di alghe o coltura mista sia o meno efficace. Le ricerche effettuate nel tempo, inoltre, non sono riuscite a determinare i contributi relativi di alghe e batteri nel trattamento delle acque in questione.

Lo studio

Per approfondire le conoscenze nel campo, Brendan Higgins e il suo team hanno dimostrato una potenziale sinergia tra alghe verdi e batteri nel trattamento di tre diversi campioni di reflui di vinificazione.

Gli scienziati hanno testato 2 ceppi di alghe verdi, Auxenochlorella protothecoides e Chlorella sorokiniana, in relazione alla comunità batterica dei campioni di scarico, composta principalmente da microrganismi appartenenti ai Phyla Bacteroidetes, Firmicutes, Proteobacteria e Synergistetes.

Effetti della compresenza alghe-batteri

Ciascuna specie algale ha rimosso dai flussi residuali di cantina più del 90% di azoto, più del 50% di fosfato e il 100% di acido acetico. Entrambi i ceppi di alghe sono cresciuti in modo significativamente più veloce su acque reflue rispetto allo sviluppo su supporti minimi, mentre, apparentemente, il carbonio organico nelle acque residuali ha avuto un ruolo limitato nel miglioramento della crescita algale. Quando coltivata su acque reflue filtrate sterili, A. protothecoides ha aumentato i carichi solubili di COD in 2 campioni su 3. La coltivazione delle alghe in presenza della comunità microbica nativa dei reflui, invece, ha impedito la secrezione dei fotosintati algali, consentendo una riduzione simultanea delle concentrazioni di COD e di nutrienti. Entrambe le specie di alghe hanno stimolato la crescita batterica in un modo ceppo-specifico.

Indagini precedenti condotte su un sistema modello di co-cultura, inoltre, avevano mostrato che gli essudati da Escherichia coli contenevano metaboliti della tiamina, in grado di incrementare le percentuali di crescita di A. protothecoides di 10-30 volte. Anche per il presente studio il rilevamento degli stessi metaboliti negli essudati batterici dei campioni è emerso come elemento di forte interesse, confermando una loro azione positiva sui tassi di crescita algali.

Un progetto incoraggiante, dunque, che non solo ha messo in luce una compatibilità fra le popolazioni algali e batteriche, ma ha evidenziato anche una loro complementarità, importante per l’efficacia del ciclo depurativo dei reflui enologici.

Angela Chimienti

Fonte:

  • Brendan T. Higgins, Ingrid Gennity, Patrick S. Fitzgerald, Shannon J. Ceballos, Oliver Fiehn and Jean S. VanderGheynst, Algal–bacterial synergy in treatment of winery wastewater, npj Clean Water (2018) 1:6; doi:10.1038/s41545-018-0005-y, [Open Access], Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Crediti immagini:

  • Immagine in evidenza: Tjeerd Wiersma from Amsterdam, The Netherlands [CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)], via Wikimedia Commons. Page URL: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Groot_Contstantia_vineyard.jpg

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