Interazione tra il microbiota del fango attivo e le performance di rimozione dei reattori a cascata

Il microbiota del fango attivo, ed in particolare i protozoi, mostrano in genere una buona correlazione nei confronti dei tassi di rimozione di alcuni parametri chimici (Madoni, 1994; Lee et al., 2004; Zhou et al., 2006, 2008; Perez-Uz et al., 2010). Infatti, i protozoi intervengono sia in maniera diretta che indiretta nel processo di depurazione. Nel primo caso, intervengono consumando il substrato inquinante (Akpor et al., 2007, 2008) e predando i batteri dispersi nel mixed liquor che causano un aumento in termini di COD e BOD (Nicolau et al., 2001; Madoni, 2003). In maniera indiretta giocano un ruolo significativo, regolando mediante l’attività di predazione i processi della biomassa batterica, componente principale nella rimozione degli inquinanti presenti nel refluo (Bj et al., 2010). Sembra infatti che alcuni dei batteri del fango attivo possano rimanere in fase di crescita logaritmica grazie all’attività di pascolo dei protozoi (Ratsak et al., 1996). Anche in questo studio si sono riscontrate diverse correlazioni significative tra la popolazione dei protozoi e la rimozione di alcune delle principali classi di inquinanti monitorate nei reflui industriali. In Tab. 5.5 vengono riportate alcune classi di inquinanti come COD, NH4, tensioattivi MBAS e BIAS, riportate in termini di abbattimento percentuale calcolato tra l’ingresso (IN) e l’ultimo reattore (R3). Gli ioni NO2 ed NO3, generati durante il processo di nitrificazione, vengono riportati in termini di concentrazione (mg l-1) misurata sul terzo reattore R3. Anche lo ione PO4, essendo soggetto sia a rimozione che a processi di rilascio, è stato riportato in termini di concentrazione sul reattore R3. Come si può osservare dalla Tab. 5.5, i ciliati mobili e sessili sembravano svolgere, come già indicato da altri autori (Madoni, 1994b; Salvado et al., 1995; Zhou et al., 2008), un importante ruolo per quanto riguarda l’abbattimento del substrato organico misurato sotto forma di COD, mostrando una correlazione positiva e significativa (P≤0.01 e P≤0.05, rispettivamente) con questo parametro. Inoltre, oltre ad agire in maniera diretta, l’escrezione di nutrienti minerali da parte dei protozoi sembra favorire un più rapido utilizzo del substrato carbonioso da parte dei batteri (Coleman et al., 1978; Bloem et al., 1988; Tezuka, 1990). Il tasso di rimozione dello ione ammonio mostrava una buona correlazione con la presenza di tecamebe, come già osservato da altri autori (Madoni, 1994b; Perez-Uz et al., 2010). La presenza di un ottimo tasso di nitrificazione, in presenza di questo protozoo, sembrerebbe dovuto al fatto che sia il processo di nitrificazione che la crescita delle tecamebe siano influenzati entrambi da elevati tempi di ritenzione idraulica (Madoni, 2003). Anche i ciliati mobili, come rilevato da Madoni (1994b) ma non da Zhou et al. (2008), mostravano buoni

121

valori di correlazione sull’abbattimento dello ione ammonio. L’incremento del tasso di nitrificazione associato ai ciliati, era dovuto probabilmente all’abilità dei protozoi di regolare la presenza dei batteri nitrificanti mediante la loro opera di predazione (Verhagen & Laanbroek, 1991; Petropoulos & Gilbride, 2005; Pogue & Gilbride, 2007). Tuttavia, Lifang et al. (2011) riportano come i protozoi influenzino sicuramente il tasso di crescita dei nitrificanti, in particolar modo i K-strateghi (Nitrosospira e Nitrospira), ma non abbiano un influenza diretta sulle performance di nitrificazione. L’elemento che correlava maggiormente con l’abbattimento del substrato carbonioso e azotato risultava essere la Richness, ossia la biodiversità del fango attivo. Anche secondo Madoni (1994b), la biodiversità risultava essere l’indice con una maggiore correlazione nei confronti nell’abbattimento del substrato organico. Viceversa i flagellati ed i ciliati natanti si dimostravano indicatori di cattiva condizione del fango attivo correlando negativamente sia con il tasso di rimozione del substrato organico, che con quello dello ione ammonio (Tab. 5.5 ) come trovato anche da Madoni, 1994b. Zhou et al. (2006; 2008) riportavano per i flagellati un interazione negativa con il tasso di nitrificazione ma non con quello di rimozione del substrato organico, mentre i ciliati natanti non mostravano interazioni significative con nessuno dei due substrati. Secondo Perez et al. (2010) invece i flagellati giocherebbero un ruolo positivo nella nitrificazione incrementandone l’efficienza, per gli autori, infatti, la pressione dei flagellati indurrebbe la formazione di aggregati batterici per resistere alla predazione, che produrrebbero un effetto positivo per quanto riguarda l’abbattimento del substrato azotato.

Anche la resa di rimozione dei tensioattivi anionici (MBAS) e non ionici (BIAS) mostrava una correlazione positiva con la popolazione dei protozoi. In particolare, l’abbattimento dei tensioattivi anionici correlava in maniera significativa con la frequenza dei ciliati mobili, mentre quello dei tensioattivi non ionici con i ciliati sessili (Tab. 5.5). In base alle nostre conoscenze, non sono disponibili in letteratura informazioni riguardo a possibili correlazioni tra rimozione dei tensioattivi e ciliati nei fanghi attivi; alcune pubblicazioni (Hrenovic & Ivankovic, 2007; Wyrwas et al., 2011) riportavano invece come elevati valori di questo parametro in ingresso possano abbassare le potenzialità di rimozione dei fanghi attivi. I motivi per cui la dominanza di ciliati mobili o sessili sembrava favorire l’abbattimento di una sola classe di tensioattivi (MBAS o BIAS, rispettivamente), potrebbe dipendere dal fatto che i due gruppi agivano su differenti specie di batteri operanti nella rimozione dei tensioattivi. Infatti è noto che alcune specie batteriche sono più adatte a rimuovere determinati tipi di tensioattivi rispetto ad altri (Abd-Allah & Srorr, 1998). Anche l’abbondanza e la Richness dei protozoi correlava positivamente e significativamente (P≤0,05) con i tensioattivi anionici, mentre la

122

presenza di ciliati natanti e flagellati correlava negativamente ed in maniera significativa (P≤0,05) con i tensioattivi non ionici, mentre non risultava correlare con i tensioattivi anionici. Per quanto riguarda la presenza di nitriti e nitrati, generati nel processo di nitrificazione, si osservava assenza di correlazione tra i nitriti e le varie classi di protozoi. I nitrati, invece, mostravano una correlazione positiva e significativa (P≤0,05) con le tecamebe. Questo risultato può essere spiegato dal fatto che, come accennato in precedenza, le tecamebe sono associate positivamente con il processo di nitrificazione, che genera NO3 come prodotto finale quando la reazione avviene in maniera completa. La correlazione tecamebe - nitrati confermerebbe quindi che la presenza di questo gruppo di protozoi è indice del corretto svolgimento di tutto il processo. Viceversa i flagellati, correlati negativamente con il processo di nitrificazione, mostravano una correlazione negativa anche con la concentrazione di NO3. Vi era inoltre una correlazione positiva tra la concentrazione dei PO4 in R3 e la frequenza delle tecamebe, mentre questo parametro chimico correlava negativamente con la Richness. La Richness dei batteri, a differenza di quella dei protozoi, non sembrava essere un buon indicatore per definire il processo di depurazione: questo parametro, infatti, non mostrava nessuna correlazione statisticamente significativa con tutti i parametri chimici presi in considerazione (Tab. 5.5). Questa situazione è stata analizzata in maniera più approfondita nel Par. 5.10.

Tab. 5.5: Coefficiente di correlazione tra il microbiota, espresso in termini di frequenza dei cinque gruppi di protozoi (Ciliati Mobili, Ciliati Sessili, Ciliati Natanti, Tecamebe e Flagellati), di Richness dei Protozoi e dell’abbondanza e della Richness dei batteri, ed alcuni parametri chimici, espressi come percentuale di rimozione di alcuni inquinanti (COD, NH4, Tensioattivi MBAS, Tensioattivi BIAS) e

come concentrazione nel terzo reattore (R3) di alcuni anioni (PO4, NO2, NO3). I dati riportati sono i

valori medi ottenuti nei tre reattori (R1, R2 e R3).

COD (%) NH4 (%) Tens.MBAS (%) Tens.BIA S (%) PO4 (mg l-1) NO2 (mg l-1) NO3 (mg l-1) Ciliati Mobili (%) 0,45** 0,38* 0,17 0,35* -0,1 0,25 0,17 Ciliati Sessili (%) 0,34* 0,19 0,4** -0,04 -0,18 -0,06 -0,05 Ciliati Natanti (%) -0,46** -0,3* 0,06 -0,32* -0,1 -0,16 -0,09 Tecamebe (%) 0,29 0,38* 0,005 0,2 0,3* -0,03 0,31* Flagellati (%) -0,39** -0,33* 0,06 -0,32* -0,04 -0,02 -0,35* Richness Protozoi 0,7*** 0,52** 0,32* 0,2 -0,4** 0,16 0,07 Abbondanza (cell. l l-1) 0,32* 0,18 0,35* 0,13 -0,22 0,02 0,04 Richness bacteri -0,0151 0,00390 -0,0242 -0,0735 -0,0766 0,0116 0,249

123

5.6. Utilizzo dell’analisi P.C.A. (Principal Component Analysis) per la definizione delle