Analisi microbiologica fanghi attivi

L’analisi microbiologica dei fanghi attivi
come strumento di supporto per la gestione degli impianti di depurazione

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A cura della Divisione Ambiente
Area Sostenibilità e Valorizzazione SSICA

La qualità delle acque reflue effluenti da un impianto industriale di depurazione biologico dipende da un corretto settaggio dei parametri operativi e gestionali che influiscono sul corretto funzionamento sia del reattore biologico sia del sedimentatore secondario al fine di massimizzare l’efficienza biologica di depurazione. Pertanto, il ruolo della biomassa microbica costituente i fanghi attivi è duplice: metabolizzare la sostanza organica contenuta nei reflui e costituire dei fiocchi di fango aventi caratteristiche idonee e funzionali ad un’adeguata sedimentazione.

In questo contesto, il riconoscimento delle varie forme di microrganismi che costituiscono la microfauna risulta di fondamentale importanza al fine della valutazione delle performance del reattore biologico. Inoltre, la comprensione dei meccanismi implicati nei processi metabolici dei nutrienti e, soprattutto, delle numerose disfunzioni che possono generarsi negli impianti di depurazione a fanghi attivi non può prescindere da un’accurata analisi di identificazione dei microorganismi che colonizzano il fango attivo stesso.

Negli ultimi 40 anni si è sviluppata un’area di studio e di ricerca che, con approcci differenti, ha fatto luce sulla biologia dei reflui e dei fanghi attivi, sui meccanismi che presiedono la degradazione dei composti inquinanti, sulla comparsa di anomalie del processo depurativo e sulle loro possibili cause.

Una delle tecniche di indagine più promettente e sorprendente è l’osservazione microscopica del fango attivo. Da questo tipo di analisi si possono ottenere informazioni relative alla morfologia del fiocco di fango, alla composizione della comunità batterica e alla rete trofica operante nella miscela areata.

L’elemento fondamentale sui cui si basa il processo biologico di depurazione è il fiocco di fango attivo, quale agglomerato gelatinoso costituito da sostanze sospese organiche e inorganiche, e colonizzato da microrganismi viventi (Batteri, Protozoi, Metazoi) il cui equilibrio biologico e funzionale è di primaria importanza per il conseguimento di un’adeguata rimozione delle sostanze inquinanti.

L’analisi microscopica di un campione di fango attivo prelevato dal comparto biologico dell’impianto oggetto di valutazione, consente di valutare:

 

• Forma e dimensione dei fiocchi: essi presentano forme irregolari, con presenza o meno di zone vuote oppure avere un centro pieno e compatto, oppure apparire poco strutturati o frantumati. È possibile misurarne le dimensioni, che possono essere piccole (diametro <150 μm), medie (diametro compreso tra 150 e 500 μm) e grandi (diametro > 500 μm). La taglia del fiocco dipende principalmente dal carico del fango, dalla qualità dell’affluente e dalla turbolenza nella vasca di aerazione. La valutazione delle dimensioni medie del fiocco di fango si effettua eseguendo una valutazione statistica dei dati derivanti dell’osservazione di un numero adeguato di campioni (Fig. 2a).
• Presenza di cellule libere nella soluzione: all’interno dei campioni di fango attivo può accadere di osservare la presenza di cellule libere (batteri, protozoi) tra i fiocchi oppure di filamenti liberi più o meno numerosi (Fig. 2b).
• Presenza di particelle organiche o inorganiche: oltre alle cellule batteriche, possono essere presenti materiali organici e inorganici, provenienti dal refluo, che presentano strutture fibrose (es. fibre vegetali) oppure strutture organizzate (es. cisti, uova, pollini, altro).
• Presenza, abbondanza ed effetto degli organismi filamentosi sulla struttura del fiocco: l’analisi permette anche di stimare la classe di abbondanza (da Classe 0 a Classe 6) dei batteri filamentosi ottenuta contando il numero dei filamenti che fuoriescono dai fiocchi (Fig. 2b).
  È proprio il numero e la specie di questi organismi che concorre a definire la struttura conformazionale del fiocco di fango dalla quale dipende l’efficienza depurativa.
• Presenza e abbondanza di Protozoi e Metazoi: l’ecosistema del fiocco di fango e quindi la sua funzionalità dipendono anche in gran parte dalla presenza e dalla distribuzione della popolazione di altri microorganismi unicellulari e pluricellulari appartenenti al gruppo dei Protozoi e dei Metazoi (Fig. 2c, 2d, 2e, 2f, 3a, 3b, 3c, 3d). Questi organismi sono importanti costituenti delle comunità implicate nella rimozione di sostanza organica biodegradabile.
  Come in ogni altro sistema biologico, la biocenosi che si sviluppa nella vasca di aerazione di un impianto a fanghi attivi, ha una peculiare struttura: la componente biotica è rappresentata dai decompositori (batteri, funghi) che prendono l’energia per il loro sviluppo dalla sostanza organica disciolta nel liquame, e dai consumatori (Protozoi flagellati eterotrofici, ciliati, rizopodi, e piccoli metazoi) che predano i batteri dispersi e altri organismi.

Le relazioni di competizione e predazione creano oscillazioni e successioni di popolazioni sino al raggiungimento di una stabilità dinamica.
Ciò è strettamente dipendente dalle manovre gestionali e dalle caratteristiche progettuali dell’impianto atte a garantire la maggior efficienza depurativa (Madoni, 1986).
Ricerche effettuate sulla modalità di colonizzazione e sulla successione delle popolazioni nei fanghi attivi, hanno evidenziato il ruolo dei protozoi come indicatori di efficienza degli impianti e hanno dimostrato l’effetto determinante delle condizioni ambientali nella vasca di aerazione sulla comunità di ciliati (Curds, 1971; Madoni & Poli, 1981; Madoni, 1982).
La struttura in specie della microfauna è quindi un valido strumento diagnostico ad integrazione dei parametri con cui solitamente si valuta la efficienza biologica di un impianto.
Per eseguire questo tipo di valutazione e fornire un dato oggettivo, è possibile calcolare per ciascun campione di fango attivo un parametro definito Indice Biotico del Fango SBI (Madoni, 1994) che consente di definire la qualità biologica del fango oggetto di studio mediante valori numerici convenzionali (indice biotico).

In conclusione, la pratica costante dell’osservazione microscopica del fango attivo, associata al continuo monitoraggio dell’andamento del processo depurativo, consente di caratterizzare ogni specifico impianto e fornisce un raffinato sistema di analisi e risoluzione delle problematiche.
Presso la Divisione Ambiente della Stazione Sperimentale per l’Industria delle Conserve Alimentari (SSICA), questo tipo di analisi è stata implementata e viene eseguita per le aziende del comparto agroalimentare all’interno dell’attività quotidiana di supporto che la Divisione offre riguardo alla caratterizzazione e alla gestione dei reflui, alla corretta applicazione delle relative normative e al controllo e la gestione di impianti di depurazione e trattamento.