10.2 Implementazione del trattamento delle acque reflue in acquaponica

Nell’acquaponica, le acque reflue caricate di solidi (cioè i fanghi) sono una preziosa fonte di nutrienti e devono essere effettuati trattamenti appropriati. Gli obiettivi di trattamento differiscono dal trattamento delle acque reflue convenzionali perché in acquaponica i solidi e la conservazione dell’acqua è di interesse. Inoltre, indipendentemente dal trattamento delle acque reflue applicato, il suo obiettivo dovrebbe essere quello di ridurre i solidi e allo stesso tempo mineralizzare i suoi nutrienti. In altre parole, l’obiettivo è quello di ottenere un effluente privo di solidi ma ricco di sostanze nutritive solubilizzate (cioè anioni e cationi) che può essere reinserito nel circuito dell’acqua in una configurazione accoppiata (Fig. 10.1a) o direttamente nei letti idroponici in una configurazione disaccoppiata (Fig. 10.1b). I solidi fanghi di pesce sono composti principalmente da materia organica degradabile in modo che la riduzione del solido può essere definita riduzione organica. Infatti, le molecole organiche complesse (ad esempio proteine, lipidi, carboidrati, ecc.) sono principalmente composte da carbonio e saranno successivamente ridotte a composti di peso molecolare inferiore fino alle ultime forme gassose di COsub2/sub e CHsub4/sub (nel caso della fermentazione anaerobica). Durante questo processo di degradazione, i macronutrienti (cioè N, P, K, Ca, Mg e S) e i micronutrienti (cioè Fe, Mn, Zn, Cu, B e Mo) che erano legati alle molecole organiche vengono rilasciati nell’acqua nelle loro forme ioniche. Questo fenomeno è chiamato lisciviazione dei nutrienti o mineralizzazione dei nutrienti. Si può presumere che, quando si ottiene un’elevata riduzione organica, si otterrebbe anche un’elevata mineralizzazione dei nutrienti. Da un lato, i fanghi contengono una percentuale di minerali non disciolti e, dall’altro, alcuni macro e micronutrienti vengono rilasciati durante il processo di mineralizzazione. Questi possono precipitare rapidamente insieme e formare minerali insolubili. Lo stato tra ioni e minerali precipitati della maggior parte dei macro e micronutrienti dipende dal pH. I minerali più noti che precipitano nei bioreattori sono fosfato di calcio, solfato di calcio, carbonato di calcio, pirite e struvite (Peng et al. 2018; Zhang et al. 2016). Conroy e Couturier (2010) hanno osservato che Ca e P sono stati rilasciati nel reattore anaerobico quando il pH è sceso sotto 6. Hanno dimostrato che il rilascio corrispondeva esattamente alla mineralizzazione del fosfato di calcio. Goddek et al. (2018) hanno inoltre osservato la solubilizzazione di P, Ca e altri macronutrienti nel reattore a cielo aperto anaerobico a fanghi (UASB) che diventa acido. Jung e Lovitt (2011) hanno segnalato una mobilitazione di nutrienti al 90% dei fanghi derivati dall’acquacoltura con un pH molto basso di 4. In questa condizione, tutti i macro e i micronutrienti sono stati solubilizzati. Esiste quindi un antagonismo tra riduzione organica e mineralizzazione dei nutrienti. Infatti, la riduzione organica è massima quando i microrganismi sono attivi per degradare i composti organici, e questo avviene a pH in un intervallo di 6-8. Poiché la lisciviazione dei nutrienti avviene a pH inferiore a 6, per una riduzione organica ottimale e una mineralizzazione dei nutrienti, il più efficace sarebbe quello di dividere il processo in due fasi, cioè una fase di riduzione organica a pH vicino al neutro e una fase di lisciviazione dei nutrienti in condizioni acide. Per quanto ne sappiamo, non è stata ancora segnalata alcuna operazione con questo approccio in due fasi. Ciò apre un nuovo campo nel trattamento delle acque reflue ed è necessaria una maggiore ricerca per l’attuazione in acquaponica.

Fig. 10.1 Implementazione schematica del trattamento dei fanghi in un sistema acquaponico ad anello ** (a) ** e in sistema acquaponico disaccoppiato ** (b) **

Anche la scelta del mangime è importante in questo contesto. Nei mangimi a base animale in cui una frazione principale degli ingredienti è ancora basata su fonti animali (ad esempio farina di pesce, farina di ossa), il fosfato legato, ad esempio come apatite (derivata dalla farina di ossa), è facilmente disponibile in condizioni acide, mentre i mangimi a base vegetale contengono il fitato come fonte principale di fosfato. In contrasto con, ad esempio, l’apatite richiede conversione enzimatica (fitasi) (Kumar et al. 2012), e quindi il fosfato non è così facilmente disponibile.