SWRIPS, Sensori al carburo di silicio per controllare l’acqua depurata in tempo reale

Recuperare l’acqua, monitorarne la qualità in tempo reale e trasformare gli scarti del processo di depurazione in una risorsa per l’agricoltura. 

È questa la logica che guida SWRIPS, progetto di ricerca che coinvolge Università di Catania, Università di Palermo, CNR e Centro Siciliano di Fisica Nucleare e Struttura della Materia.

Il progetto nasce da una criticità ormai strutturale per il Mediterraneo: la crescente scarsità di risorse idriche. 

In Sicilia, dove gli ultimi anni hanno evidenziato con forza gli effetti della siccità, il riuso delle acque reflue trattate rappresenta una delle strade più promettenti per ridurre la pressione sulle risorse idriche convenzionali.

L’architettura tecnologica di SWRIPS 

L’architettura tecnologica sviluppata da SWRIPS si basa su due elementi complementari. 

Da un lato un sistema di depurazione fondato sulla tecnologia Aerobic Granular Sludge Batch Reactor (AGSBR), un reattore aerobico a fanghi granulari multi-stadio progettato per aumentare l’efficienza dei processi di trattamento. 

Dall’altro un sistema di monitoraggio avanzato basato su spettrometria UV e sensori in carburo di silicio (SiC), sviluppato per controllare in continuo la qualità dell’acqua trattata.

L’elemento più originale è il monitoraggio

«Se si verifica una contaminazione e la si rileva attraverso un campionamento, la si scopre magari dopo ore o dopo giorni. 

Con un monitoraggio online h24, invece, il sistema può emettere immediatamente un warning e informare la sala di controllo, consentendo di bloccare il processo di riutilizzo», spiega Alessia Tricomi, principal investigator di SWRIPS. 

Al centro della ricerca c’è lo sviluppo di uno spettrometro basato su fotodetettori in carburo di silicio, tecnologia oggi associata soprattutto all’elettronica di potenza ma che il gruppo di ricerca sta applicando alla sensoristica ambientale. 

Le proprietà del SiC — tra cui elevata robustezza, stabilità operativa e sensibilità nel range ultravioletto — lo rendono particolarmente interessante per sistemi destinati a lavorare in modo continuativo e in condizioni ambientali complesse.

«La tecnologia del carburo di silicio è relativamente nuova e se ne parla molto come tecnologia per dispositivi di potenza. 

Noi la utilizziamo invece in un’altra maniera, come spettrometro per il monitoraggio delle acque», sottolinea la ricercatrice.

Il test nell'azienda Agrumaria Corleone

Un prototipo del sistema operativo di depurazione è già operativo presso Agrumaria Corleone, azienda che utilizza grandi quantità di acqua nei processi di lavorazione degli agrumi. 

Qui il reattore a fanghi granulari viene impiegato per trattare le acque di processo, mentre nei laboratori del CNR-IMM prosegue lo sviluppo dello spettrometro destinato al monitoraggio continuo della qualità dell’acqua depurata.

Ma SWRIPS non si limita al recupero dell'acqua. 

Uno degli aspetti più interessanti del progetto riguarda la valorizzazione dei residui prodotti durante il trattamento.

Fanghi come fertilizzanti naturali

I fanghi granulari impiegati nel processo assorbono e trasformano le impurità presenti nelle acque reflue. 

I ricercatori stanno studiando la possibilità di riutilizzare il materiale residuo, ricco di nutrienti, come fertilizzante naturale, riducendo il ricorso a prodotti esterni e limitando l’impatto ambientale associato all’impiego intensivo di composti azotati e fosfatici.

«L’idea è utilizzare anche questi nutrienti come fertilizzanti, senza ricorrere ad ulteriori apporti esterni. 

In questo modo tutto resta all’interno dello stesso ciclo produttivo», osserva Tricomi.

L’obiettivo finale è costruire una filiera realmente circolare in cui acqua, nutrienti e sottoprodotti vengano recuperati e reimmessi nel ciclo produttivo.

«Abbiamo una maggiore disponibilità di acqua, una riduzione dell’inquinamento e un miglioramento della salute del suolo grazie al minore utilizzo di fertilizzanti esterni. 

È un vero esempio di economia circolare», conclude Tricomi.