Mare in flûte: chiare fresche et dissalate acque

La dissalazione delle acque di mare, per trarne razioni dolci, atte all’appagamento dei più vari bisogni mondani, si rende pare sempre più necessaria; dal momento che l’uomo si è dato come diritto inalienabile quello di disporre giornalmente di 40 litri, pro capite, d’acqua potabile (figura 1); per poi concedersi di guastarne – gaio ed ignaro – fino a 400 litri. I relativi metodi di desalinizzazione, quindi, sono in continuo obbligato aggiornamento. L’ultimo, in diffuso uso, è l’osmosi inversa; con anche l’impiego di sostanze polimeriche antiprecipitanti, dagli effetti, sulle comunità di batteri marini, tuttora al vaglio.

Acque di mare nel bicchiere, per dissalazione. Se gli antiprecipitanti non disturberanno i batteri marini.
Figura 1 – Particolare de “Le déjeuner des canotiers”, 1881, olio su tela, Philips Collection, Washington. Pierre-Auguste Renoir.
Fonte [facebook].

Desalinizzazione: dalla water scarcity al «cuneo salino». La spasmodica ricerca d’acqua potabile

Non c’è leggenda, mito fondativo che non faccia perno sulla grazia dell’acqua; dolce, inattesa e provvida. Spontaneamente espressa dal sottosuolo; ovvero vivace terricola risposta, d’un’eligènda cīvĭtās, allo scalpitàr d’un toro (figura 2). Intere civiltà, e culti, e tradizioni abitative si affidano alla idrica benevolenza d’un Assoluto che guarda, arride e provvede. Con zampilli e vene segrete, opportune; indispensabili alla vita. Perché, l’acqua, vita è. Qualunque composizione minerale essa porti; mare, lago, fiume, falda, ghiacciaio; la speciazione animale e vegetale come solo cut-off e filtro, mappa, della distribuzione terracquea, sul volto di questo variegato pianeta.

Acque di mare nel bicchiere, per dissalazione. Se gli antiprecipitanti non disturberanno i batteri marini.
Figura 2 – Fontana del Toro, 1930, Nardò (Le).
Fonte [tripadvisor].

Per noi, delicati organismi in perenne idroarchìa, unica antichissima attitudine era quella della raccolta delle acque piovane, o prelievo delle acque correnti dalle vette montane; fino alla suzione delle riserve recondite del buio sostrato, su cui scalpicciavano sandali e strisciavano tuniche. Le prime umane civiltà, dunque, risparmiavano e conservavano le regalìe della Fortuna, canalizzando e diramando quel lusso universale. Onorando il dono, con l’onesta distribuzione.

Il mare: quello era regno per squamati; pròdigo, sì, ma d’intraducibile frazione liquidondosa, per i nostri sistemi tampone. Lacrime, sangue, e sudore: di sapidità, solo lontani suoi debitori. Poi, nel Cinquecentesco Risveglio delle doti logiche e dello scernimento, Leonardo Da Vinci avanzò anche in questo campo, rispetto ai coevi. Si cimentò con alambicchi in grado di surriscaldare l’acqua di mare, e separare il sale dal nudo fluido.

Emergenze belliche, e d’assedio, nel convulso secolo XVII, spinsero a tentare l’innecessario, in tempi e luoghi di pace: resistere e sopravvivere, sotto attacco, per dissetante grazia degl’infiniti flutti.

Global warming, assottigliamento delle falde, risalite marine: ecco il «cuneo salino»; ecco gli ubìqui dissalatori

Tra gli innumerevoli fenomeni esiziali di questo insano stato climatico, non si può più non avvertire la formidabile riduzione della portata di ogni corso d’acqua; superficiale e sotterraneo. Acqua dolce, che irrigava ogni strato, garantendo un silenzioso capitale equilibrio. La ferale riduzione delle precipitazioni, ne è la causa ultima; che nel Triveneto, di questo nostro longitudinale Paese, si fa dramma: assottiglia il flusso dolce e lascia spazio alla risalita di quello che vien detto «cuneo salino». Le acque salate del mare riescono infatti, qui, come in Salento per esempio, ed in molte altre zone d’Italia, a farsi strada nella falda acquifera dell’entroterra; nel Polesine, ormai, è a 30 km dal delta del Po.

Ecco dunque uno dei nazionali casi in cui le amministrazioni locali optano per l’installazione di risolutori forzosi: i dissalatori; con una portata, di fatto finora meno ponderosa di quella promessa e mantenuta dai colossi mediorientali, Israele in testa, poichè ancora ignorata dalle tematiche della recente legge Salvamare. Mancano contemplazione, cognizione ed interessi polisemici, atti a svincolare carrucole e pulegge d’una μηχανή salvifica; di cui aver tuttavia lungimirante tĭmŏr.

Costi e guasti della dissalazione delle acque di mare

Le soluzioni umane, infatti, per quanto spiccanti d’ingegno, e proclamate Scienza, peccano di scotti amarissimi che ricadono non molto lontano dai nostri piedi. La dissalazione costa. Costa combustibili fossili, che velocizzino ed efficientino gli impianti più datati. E costa adeguamenti dei processi alle norme di tutela ambientale, via via più precise e stringenti, per quanto tardive e perfettibili. Cercando di sostenere anche queste necessità con risorse leggère, pulite di vento e celesti di sole. Costa, ancora, della dissalazione, lo smaltimento dei reflui estrattivi, ed il circolar pensiero per il loro recupero; allettante recupero, ma laborioso ed oneroso.

Lo scrupolo sperimentale che accende il motore dell’ultimo studio condotto da Ashraf Al-Ashhab e colleghi dell’Arava Science Center, di Masada, in Israele, concerne ancora il vaglio di un costo: quello degli equilibri microbici delle acque marine interessate da dissalazione.

Tra i guasti, infatti, il più atroce e constatabile per obiettiva osservazione è lo sversamento della così detta salamoia, cioè del concentrato scarto di sali di cloro e rame che letteralmente avvelenza gli strati idrici costieri; vivai di riproduzione, quieta e facile, che si fanno mortòri ipersalini: dead zones. A ragione, si paventano anche alterazioni delle essenziali reti trofiche e microbiotiche dei corpi idrici; a causa dell’impatto di polimeri utilizzati come antiprecipitanti. La diversità microbiologica. La sua tutela. Questo, il fuoco del nuovo prospettico lavoro di ricerca.

Antiprecipitanti, per dissalazione di acque di mare: quali, come e quanti

Polimeri organici, dal nome parlante, sono impiegati da anni ed in misura crescente negl’impianti di dissalazione, col precipuo scopo di garantire il corretto processo di addolcimento delle acque marine, evitando che sali inorganici lascino la sospensione da trattare per farsi corpo di fondo; insolubile ostruente residuo.

Lo studio in questione mira a valutare gli effetti di tre prodotti commerciali, sulla popolazione microbica marina. Il poliacrilato (CA), il polifosfato (PP), ed il dendrimero carbossilico (DN). Applicati in corso di dissalazione ad osmosi inversa.

Pretrattamenti ed incubazione, in realistiche condizioni sperimentali

Arricchimento. In principio fu arricchimento delle colture microbiche, mediante pre-trattamento dei campioni di acque marine provenienti dall’impianto di desalinizzazione di Palmahim, in Israele; con supplementazione dei differenti antiprecipitanti, a concentrazione di 100 mg/L, in modo da favorire lo svolgimento della fase sperimentale ed analitica in tempi ragionevoli. Un anno intero: questo il periodo occorso.

I campioni esposti poi a cicli equivalenti di luce-buio (12 ore : 12 ore), in agitazione a 250 rpm e 25°C, per l’intero anno. Durante tutto il periodo di incubazione, inoltre, le acque marine hanno subìto filtrazione mediante carta Supor (47 mm, Pall Gelman, Ann Arbor, MI, USA), da 0.22 μm. Il filtrato, avviato ad analisi chimiche; i filtri, preservati a -80°C, in previsione delle successive indagini sulle comunità microbiche.

Analisi chimiche delle acque dissalate

La squadra di indici atti a consegnar dati utili alle considerazioni, ed al progredire delle cognizioni, sulle condizioni ambientali, a cui i microrganismi resistono e prosperano, ha un mirato profilo analitico. Carbonio organico disciolto (DOC), azoto totale disciolto (TDN), fosforo totale (TP), ammonio (NH4+), e soluti sospesi come NO3, NO2, PO4.

Analisi genetiche dei ceppi intrappolati nei filtri

Estrazione del DNA. Creazione di libraries di sequenze geniche. Individuazione dei ceppi microbici. La regione coinvolta nel processo di amplificazione è la V3 dell’rRNA 16S. Fatte, dunque, salve le idonee pratiche di ripulitura, allineamento delle sequenze, esclusione di chimere, rimozione di rumori delle letture, con software Mothur, gli operatori hanno provveduto ad allontanare le sequenze relative a mitocondri, cloroplasti, e batteri sconosciuti. Essi hanno poi creato vere e proprie tavole di OTUs, in ragione del 97% di similarità. La diversità anelata, invece, è stata valutata con indice Shannon–Wiener, e con Chao1. Così i gruppi tassonomici hanno raggiunto il livello sistematico di Famiglie.

Anche la statistica ci ha messo del suo

Per il conseguimento delle differenze statistiche, tra i diversi antiprecipitanti a diversi tempi della lunga incubazione, i ricercatori hanno fatto ricorso al test statistico Adonis; PCA, per le differenze di comunità batteriche; ANOVA, ancora, su analisi chimiche normalizzate, ed RDA, per indagare la composizione chimica delle stesse.

Classifica di biodegradabilità degli antiprecipitanti, sul filo dell’eutrofizzazione

In base alla composizione elementare di ogni polimero, i risultati d’analisi hanno restituito gradi di biodegradabilità particolari. L’antiprecipitante CA, come DN, è più ricco in carbonio; la sostanza PP, invece, abbonda di fosforo. Quindi è ben prevedibile che i primi due esprimano un DOC più alto, all’inizio, rispetto a PP; il quale, invece, mostra valori di TP più rilevanti dei precedenti.

Il più rapidamente biodegradabile, tra gli antiprecipitanti, si attesta essere DN, cui segue CA, degradato al 40% nei primi 120 giorni dopo inizio dell’incubazione. Il polimero PP, invece, ha reso evidente la sua minore biodegradabilità. Se, mutando punto d’osservazione, si considera il valore di PO43− , e di azoto totale disciolto TDN, non si può non constatare la predominanza di PP e DN, durante i primi 90 giorni di incubazione. Tale rapido incremento del comparto azotato, è per di più confermato anche dai valori di ammonio e nitrati.

I polimeri rilasciano, dunque, all’inizio, nel medium di crescita, l’azoto ed il fosforo, per specifica degradazione extracellulare; e per biodegradazione ed assorbimento microbico, successivamente, declinano.

Quel che non ammazza, ingrassa… i microrganismi di mare

A. Sweity e colleghi, hanno da molto affermato che gli antiprecipitanti fungano anche da fonti energetiche e carboniose, per i batteri marini. L’assimilazione quindi delle loro molecole frutto di degradazione, e la mineralizzazione delle stesse, assicurano persino le future crescite. Ancor prima, S. Paramasivam ha affermato che la capacità denitrificante batterica sia linearmente correlata alla DOC; il che assicura la normale e corretta funzionalità della fisiologia microbiologica marina.

Relativamente alla migliore biodegradabilità dei polimeri antiprecipitanti CA e DN, in questo nuovo lavoro, i ricercatori ritengono essa dipenda da una forma di fosforo più biodisponibile alla biodegradazione microbiologica; e da una elevata quota di carbonio organico d’innesco.

Però, c’è un però. Il fosforo in ambiente marino riveste pur sempre il ruolo di agente di spicco dell’eutrofizzazione. Di questo, infatti, i microrganismi hanno un vivace bisogno per le loro sintesi di acidi nucleici, fosfolipidi di membrana, ATP e relative pregiate valute energetiche.

Oltre la biodegrabilità dei polimeri, si teme l’inviso biofouling

L’industria chimica applicata al campo nautico si arrovella continuamente per escogitare formule di vernici e deterrenti di sintesi alla deposizione di quella crosta vivente e gremita di specie che fodera ogni oggetto pescante in acqua di mare. Le formidabili incrostazioni su inabissati relitti, cupi e muti; come le ostinate vite marine, passeggere sgradite sulle solcanti carene. Questo, il biofouling: che pure si teme, l’aggiunta di substrati nutritivi, graditi ai microrganismi, comporti. Microrganismi, che aprono strade e pertugi ai macrorganismi, durante la luciferina dispersione di salamoia residuale.

Numeri e nomi delle famiglie di batteri marini, sostentate dai polimeri dissalanti

A distanza di 30 giorni dall’inizio dell’incubazione, il polimero che ha sostenuto la crescita del maggior numero di specie batteriche si è rivelato essere DN, con 1065 unità. Seguito da PP (936), e da CA (856). Questo, potrebbe dipendere dalla sua appena accertata elevata biodegradabilità. Successivamente, però, e cioè dopo 60 giorni dall’inizio dell’incubazione, il primato di sostentamento è passato a PP (2413 specie), e CA (1939); mentre DN si è attestato su 1217 specie batteriche favorite.

I ricercatori ritengono, sulla scorta di osservati incrementi in OTUs a 60 giorni, che questo doppio passo di crescite microbiche sia dovuto alla notevole quota di fosforo totale e di DOC; con fosforo fattore limitante. Il fosforo, dunque; e pochi dubbi in merito: il fosforo totale assicura la ricchezza di specie, più dell’azoto.

Dopo 90 giorni, come dopo l’intero anno sperimentale, l’indice Chao 1 dà regione di un decremento graduale ed inesorabile della nutrita varietà di specie. Eppure, l’indice Shannon–Wiener rivela che dopo un anno, il polimero PP abbia una rilevante capacità di supportare la crescita stabile di consorzi microbici, con minimi effetti sulla composizione di specie delle stesse comunità.

Ordini di batteri nelle acque di mare dissalate

I più cospicui ordini fanno capo a Planctomycetales. Chemiolitotrofi, sono giunti fino a conclusione della sperimentazione annuale, come produttori di biofilm; a lento ciclo di crescita, evidentemente. Essi hanno anche attitudine estrema alla degradazione di carboidrati complessi: probabile motivo di persistenza florida per l’intero anno d’incubazione.

Seguono per dominanza quantitativa i Flavobacteriales, che secondo J. Tremblay e colleghi, sarebbero capaci di metabolizzare derivati del benzene, ed idrocarburi complessi. In presenza del polimero antiprecipitante PP, in coltura, essi pure sono giunti in forze al completo anno di sperimentazione.

I più lenti, tra gli ordini batterici, a reagire agli antiprecitanti

L’ordine Clostridiales, nel phylum dei Firmicutes, ha risposto dopo 30 giorni dall’inizio dell’incubazione, a tutti i polimeri; eccetto DN_30, dominato invece da Sphingobacteriales, dell’ordine Bacteroides. I clostridi, obbligati anaerobi, hanno ruolo cruciale nella bioremediation, e sono ben presenti durante i processi di dissalazione, e nei biofilms che ne derivano.

Dopo 60 giorni, invece, ecco l’ordine di Rhodobacteriales, del phylum dei Proteobacteria; essi possiedono specifiche liàsi , enzimi agenti sui legami C-P, competenti nello smantellamento degli antiprecipitanti fosfonati. La loro folta schiera, inoltre, assicura incremento della biodisponibilità del fosforo, per il bene comune, tra le associazioni batteriche. Fino a fornire nutrienti ai gruppi di Flavobacteriales, che aumentano in presenza dell’antiprecipitante PP; senza disdegnare il polimero DN, dopo un anno di incubazione.

Ai risultati, e a nuovi studi, «volga la vista disiosa et lieta»

Gli antiprecipitanti influenzano eccome la diversità microbiologica; la composizione batterica. L’impiego di PP dona agio nutritivo senza interferire sulle singole identità batteriche; diversamente da DN, che incide proprio perché è in assoluto il più digeribile dai batteri; il più biodegradabile. La scelta necessaria, in un mare di contraddizioni sulla opportunità dell’ennesimo terribile rattoppo alle smagliature ecosistemiche, è quotidiana.

Quotidiana, come la sete del Mondo, e le scelte prassi per soddisfarla. La ricerca del gruppo sperimentale andrà avanti, a valutar gli effetti, a specular sui Regni (figura 3); cui per insano giuoco continueremo a sottrar vita; convinti per poco di guadagnar la nostra.

Acque di mare nel bicchiere, per dissalazione. Se gli antiprecipitanti non disturberanno i batteri marini.
Figura 3 – “Nature morte aux poissons”, 1919, olio su tela, collezione privata, Svizzera. Pierre-Auguste Renoir.
Fonte [kornfeld].

Fonti

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Ilaria G. Giuliani

Autrice di Microbiologia Italia. In principio, fu la collaborazione di ricerca, in Microbiologia e Tecnologia Alimentare, presso il CNR-ISPA BARI. Poi l'approfondimento in Nutrizione Umana, declinato in consulenze professionali e programmi didattici, di Educazione Alimentare. La divulgazione scientifica, adesso, ha preso il sopravvento. Scrivere, è farsi ascoltare. Meglio.

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