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Premiato l'approccio svizzero al moderno trattamento delle acque reflue

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Un team di sette ricercatori attuali ed ex ricercatori dell'Eawag riceverà il Premio Sandmeyer della Chemical Society nel 2024 per lo sviluppo di un sistema avanzato di trattamento delle acque reflue per la degradazione di microinquinanti con l'ozono. La particolarità è che tra la ricerca di base e l'implementazione tecnica su larga scala sono trascorsi solo 15 anni: questo è stato possibile solo perché all'Eawag erano già disponibili molte conoscenze e la cooperazione interdisciplinare fa parte del programma dell'istituto svizzero di ricerca acquatica.

Se si inserisce il termine di ricerca "ozono" nel sistema bibliotecario dell'Eawag, i primi documenti di ricerca appaiono a partire dal 1954. Il direttore del dipartimento di Biologia, Karl Wuhrmann, e il successivo direttore, Werner Stumm, pubblicarono documenti sulla disinfezione dell'acqua di pozzo con l'ozono. In seguito furono Jürg Hoigné, Hans-Peter Bader e molti altri ricercatori dell'Eawag a studiare l'effetto ossidativo dell'ozono sulle sostanze in tracce indesiderate presenti nell'acqua, con particolare attenzione all'acqua potabile.

Effetti negativi sull'ecologia e sull'acqua potabile

Negli anni '90 i ricercatori dell'Eawag sono stati coinvolti anche in studi che hanno dimostrato come anche gli impianti di trattamento delle acque reflue ben funzionanti non siano in grado di rimuovere alcuni microinquinanti dalle acque reflue. I perturbatori endocrini, i prodotti chimici per la casa, i cosmetici e i farmaci, nonché le sostanze provenienti da processi commerciali e industriali, finiscono nei corpi idrici, danneggiando gli organismi e rappresentando una minaccia latente per la produzione di acqua potabile. Un esempio di questi effetti è la femminilizzazione delle trote che si verifica a valle degli impianti di trattamento delle acque reflue.
 

Il team

Il Premio Sandmeyer 2024 va al team Eawag con il Prof. Urs von Gunten (Eawag/EPFL), la Prof.ssa Juliane Hollender (Eawag/ETHZ), la Dott.ssa Christa McArdell, il Dott. Adriano Joss, Marc Böhler (tutti Eawag) nonché il Prof. Hansruedi Siegrist (Eawag/ETHZ) e il Dott. Christian Abegglen (Eawag, attualmente responsabile dell'ingegneria di processo ARA Werdhölzli della città di Zurigo). La cerimonia ufficiale di premiazione si terrà solo il 20 settembre 2024 al Casinò di Berna.

Sottoprodotti, costi ed energia - tutti presi in considerazione

Il team ha lavorato sull'idea completamente nuova di utilizzare l'ozonizzazione per migliorare la purificazione delle acque reflue anziché dell'acqua potabile. Il Prof. Urs von Gunten sottolinea che ci sono voluti solo 15 anni per trasformare l'idea in una tecnologia pratica. È una cosa rara. Sono stati effettuati test di laboratorio che hanno portato allo sviluppo di modelli cinetici. All'inizio ci si è preoccupati di garantire che i sottoprodotti di ossidazione potenzialmente tossici, che possono sorgere durante le reazioni con l'ozono, fossero resi innocui dal post-trattamento biologico. I test sono stati condotti prima in impianti pilota e poi su larga scala. Sono state definite le quantità con cui il processo può essere monitorato e controllato e il team ha collaborato con i professionisti per dimostrare che il processo può essere gestito in modo sicuro dagli operatori degli impianti di trattamento delle acque reflue. "I costi e il consumo energetico erano criteri importanti", afferma Urs von Gunten.

Nelle motivazioni della candidatura al premio vengono sottolineati tre aspetti:

  • Dalla ricerca alla pratica
    In primo luogo, il lavoro del team è un importante esempio di come la ricerca approfondita sull'analisi chimica, sui meccanismi e sugli effetti delle reazioni, in questo caso i processi di ossidazione chimica e l'ozonizzazione in particolare, abbia portato da una descrizione scientificamente valida del problema a una soluzione innovativa e all'implementazione tecnica su larga scala.
  • Collaborazione interdisciplinare a beneficio della società
    In secondo luogo, la storia di successo è il risultato di uno sforzo concertato e interdisciplinare di chimici, ingegneri e scienziati ambientali ed è un esempio di come i principi chimici siano stati utilizzati in diverse discipline per superare una sfida sociale.
  • Esemplare "Swissness"
    In terzo luogo, si sottolinea che il team è un meraviglioso esempio di "Swissness". Gli studi sono stati condotti in modo molto approfondito e descritti nelle principali riviste internazionali e allo stesso tempo hanno portato allo sviluppo di un trattamento chimico delle acque reflue pratico ed economico, che ora è riconosciuto a livello internazionale come "approccio svizzero" al trattamento avanzato delle acque reflue ed è utilizzato in molti luoghi.

Elogi dalla California...

Il professor David Sedlak di Berkeley, uno dei più noti esperti di acque del mondo, sottolinea che l'approccio svizzero non è ora utilizzato solo in Europa. I principi di base sviluppati all'Eawag hanno portato all'utilizzo dell'ozonizzazione, in particolare nelle aree in cui l'acqua è scarsa e le acque reflue vengono trasformate in acqua industriale o potabile, anche negli Stati Uniti: "Il team dell'Eawag ha svolto un lavoro pionieristico e ha dimostrato come l'ozonizzazione possa essere utilizzata come parte di un sistema di trattamento completo. Ha fornito al mondo uno strumento per proteggere gli ecosistemi acquatici, evitare la scarsità d'acqua e garantire un uso responsabile delle sostanze chimiche", afferma Sedlak.

...e nella pratica

Oggi si fa presto a dire che l'ampliamento dell'impianto di depurazione delle acque reflue con uno stadio aggiuntivo contro i microinquinanti è dovuto a una modifica della legge svizzera. In qualità di project manager della società di ingegneria Holinger per molti anni, Michael Thomann ha realizzato diversi aggiornamenti di impianti di depurazione con l'ozonizzazione, supportati scientificamente dal team Eawag. Oggi è professore di ingegneria idrica e ambientale presso l'Università di Scienze Applicate della Svizzera nordoccidentale. Thomann chiarisce la sequenza degli sviluppi: "La modifica della legislazione svizzera sull'eliminazione dei microinquinanti organici, apprezzata a livello internazionale, è stata resa possibile dal lavoro del team Eawag".

L'espansione procede

L'espansione del trattamento delle acque reflue svizzere per includere una fase aggiuntiva per combattere i microinquinanti è in corso. Dal 2014 sono già stati ammodernati circa 25 impianti e per quasi 50 è in corso la progettazione o la costruzione. L'ozonizzazione è uno dei processi utilizzati. Vengono utilizzati anche carbone attivo in polvere, carbone attivo granulare o processi combinati. L'obiettivo è che gli impianti di trattamento delle acque reflue ammodernati raggiungano una media dell'80% di eliminazione delle sostanze in traccia, contribuendo così in modo significativo alla protezione degli ecosistemi acquatici e delle risorse di acqua potabile.
 

L'uomo che si è fatto da sé in Svizzera Traugott Sandmeyer

Il premio Sandmeyer della Società Chimica Svizzera (SCG) viene conferito annualmente per un lavoro eccezionale nel campo della chimica industriale o applicata. È dotato di 20.000 franchi svizzeri per gruppi di ricercatori. Traugott Sandmeyer, originario di Wettingen, nel cantone di Argovia (1854-1922), era originariamente un meccanico di precisione, ma ha ottenuto grandi risultati come chimico grazie allo studio autonomo e come assistente al Politecnico. Lavorò per oltre 30 anni presso Geigy (oggi Novartis) e fu premiato due volte con un dottorato onorario. Un team dell'Eawag ha già ricevuto il premio nel 2019 per la sua ricerca sulla contaminazione delle risorse di acqua potabile con elementi geogenici e la loro rimozione.

Immagine di copertina: l'ozono viene soffiato nelle acque reflue trattate attraverso questi diffusori (ARA Neugut, Dübendorf; foto: Max Schachtler).