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Le
macchine viventi di John Todd
da wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Living_machines
traduzione di Franca Bossalino
Le macchine ecologiche accelerano
il processo di purificazione dell’acqua proprio della natura.
A differenza dei sistemi basati sulla chimica, le macchine ecologiche
incorporano batteri, funghi, piante, lumache, bivalvi e pesci che
prosperano distruggendo e digerendo gli inquinanti organici, inquinanti
che normalmente rubano all’acqua l’ossigeno. Questo
approccio pulito e semplice trasforma in modo efficace l’acqua
di scarico delle industrie e delle fognature in acqua tanto pulita
da essere riciclata e riusata.
Le macchine viventi
sono una forma di trattamento biologico
dell’acqua progettato per imitare le funzioni purificanti
delle zone umide. Sono sistemi che producono anche sottoprodotti
utili come il gas metano, piante commestibili e ornamentali e pesci.
Piante acquatiche, batteri, alghe, protozoi, plancton, lumache,
bivalvi, pesci e altri organismi sono usati nel sistema per le loro
funzioni filtranti o trofiche. Nei climi temperati, il sistema di
serbatoi, condotte e filtri, viene alloggiato in una serra affinché
la temperatura aumenti e di conseguenza il tasso di attività
biologica. Il sistema delle macchine viventi, elaborato originariamente
da J.Todd è derivato dal concetto di bioshelter (bio-dimora)
dell’Istituto New Alchemy del New Mexico.
La scala delle macchine viventi va
da quella del giardino di casa a quella dell’edificio pubblico.
Alcune trattano le acque di scarico domestiche
in piccoli villaggi eco-consapevoli, come Findhom Community in Scozia
e altre trattano le acque di scarico miste
pubbliche delle aree semi-urbane come a South Burlington,
Vermont.
Ogni sistema è progettato per gestire un certo volume di
acqua al giorno, ma è anche calibrato sulla qualità
specifica degli affluenti. Per esempio se l’affluente contiene
livelli alti di metalli pesanti, la macchina deve essere progettata
per includere il biota adatto all’accumulo dei metalli. Durante
la stagione delle ‘pulizie di primavera’ ci possono
essere livelli alti di varechina nell’acqua. Questa improvvisa
concentrazione di una tossina è un esempio di steep gradient.
Gli steep gradients sono cambiamenti
drastici nelle condizioni del sistema che sfidano
l’ecosistema a diventare resiliente e stabile.
Una macchina vivente ben progettata richiede poca manutenzione,
perciò si possono intenzionalmente creare cambiamenti improvvisi-
ambientali o biochimici- per provocare l’auto-regolazione
del sistema. Con ciò si imita il potere della natura ed esercita
l’ecosistema ad adattarsi alle variazioni dell’affluente.
I progettisti cercano di aumentare l’area della superficie
di contatto tra il biota e il liquame per ottenere elevati tassi
di reazione. Quando gli organismi hanno facile accesso al liquame,
lo possono trattare più a fondo.
La macchina vivente è modulare nel disegno, e non monolitica.
Se cambia il volume dell’affluente o la sua natura, nuove
cellule possono essere aggiunte o tolte senza fermare o disturbare
l’ecosistema.
Piante ed alghe fotosintetiche sono importanti per ossigenare l’acqua,
fornire un supporto per i biofilm, sequestrare i metalli pesanti
e per molte altre funzioni.
La diversità delle specie
è un obiettivo del progetto che promuove la complessità
e la resilienza in un ecosistema. La ridondanza funzionale (la presenza
di molteplici specie che compiono le stesse funzioni) è un
importante esempio della necessità della biodiversità.
Il micro-ecosistema della macchina
vivente può con altri. Questa connessione è comunemente
realizzata con una zona umida esterna, artificiale o naturale, (che
riceve) in cui scorre l’effluente. Alcune macchine sono parzialmente
o completamente aperte verso l’esterno, con ciò promuovendo
l’interazione con l’ambiente circostante […]
Le componenti costruttive
Nei climi caldi le macchine viventi possono stare all’aperto,
poiché la temperatura sosterrà una attività
biologica sufficiente durante tutto l’inverno. Nei climi temperati,
si userà una serra per mantenere calda la temperatura affinché
le piante non si preparino all’inverno. Nei climi freddi può
essere necessario un riscaldamento supplementare.
Le macchine viventi usano schermi, biofiltri, tubazioni, grandi
serbatoi di plastica, letti di canne, rocce, ventilatori, pompe
e altri dispositivi meccanici. Ogni sistema è calibrato sul
volume e sulla natura del liquame. Alcuni sono serre isolate, mentre
altri sono costruiti all’interno di edifici più grandi.
John Todd e James
Shaw hanno un brevetto di un dispositivo che si chiama "letto
fluido ecologico” che è essenzialmente un serbatoio
riempito di pomice con un altro concentrico al suo interno che contiene
piante acquatiche. L’acqua ricircola rapidamente per mezzo
di pompe per massimizzare il tasso di filtrazione del dispositivo.
Processi biologici
• Il primo processo avviene in un serbatoio chiuso, di decantazione
anaerobica. Questo serve a un pre-trattamento che consente
ai solidi di cadere dalla sospensione e precipitare al fondo del
reattore per ridurre la torbidezza dell’acqua. In questo serbatoio
è presente una varietà di batteri anaerobici che generano
acidi e fermentano metano. Questa fase può non essere necessaria
se l’influente ha un basso livello di solidi.
• Successivamente, il liquame fluisce attraverso un bio-filtro
di corteccia e di materiale terroso. Qui il liquame subisce
il suo primo filtraggio e una riduzione degli odori principali che
si producono nelle condizioni anaerobiche.
• Nella terza fase il liquame passa dentro una serie di serbatoi
aerobici. Il primo è un reattore aerobico buio, chiuso
superiormente che serve come fase di transizione. Il secondo è
un reattore aerobico aperto che contiene alghe fotosintetiche che
rifissano l’ossigeno nell’acqua torbida che ne era priva.
Con ciò viene fornito ossigeno e
cibo organico per il metabolismo biologico e per la respirazione.
Le comunità microbiche proliferano e in seguito debbono consumare
tutte le alghe fotosintetiche affinché queste non soffochino
i macrofiti nelle successive fasi.
• Molti tipi di batteri immobilizzano minerali inquinanti,
ma certe specie di batteri sono cruciali per la conversione
nutritiva. In particolare, il nitrosomona e il nitrobatterio
lavorano gradualmente a nitrificare l’ammoniaca,
trasformandola in nitrati che vengono assorbiti da piante e microbi.
Questi batteri hanno bisogno di carbonato
di calcio per catalizzare questa reazione; pertanto, il livello
del calcio nell’acqua deve essere mantenuto in misura sufficiente.
Batteri denitrificanti come lo pseudomonas fluorescens converte
i nitrati in nitrogeno gassoso, che si volatilizza nei serbatoi
a cielo aperto. I protozoi si sono dimostrati capaci di sopprimere
i batteri coliformi e patogeni. La distruzione
dei microbi è il primo trattamento biologico sia nei
processi tradizionali che in questi reattori acquatici.
• Le piante superiori vengono coltivate
idroponicamente nei serbatoi aerobici e forniscono molteplici
servizi. La pianta più comunemente usata è il giacinto
che ha radici acquatiche filamentose con una superficie specifica
alta. Queste radici a forma di penna forniscono un habitat stabile
per i microbi e nel tempo attorno alle radici si crea un bio-film.
I giacinti d’acqua, il giunco di palude e altri macrofiti
sequestrano i metalli pesanti. Gli
steli di queste piante possono essere raccolti e bruciati e i metalli
pesanti possono essere chimicamente isolati per portarli fuori dall’ambiente.
La Brassica Junsea che cresce nei canali di scolo contiene piombo
nella misura del 60 % del suo peso a secco.
• Il plancton effettua funzioni
multiple nel sistema con efficacia variabile. Lo zooplancton nutre
particelle estremamente piccole (<25 µm). Negli stadi giovanili
nutrono particelle più piccole di 1 µm. Il trattamento
convenzionale delle acque non riesce a trattare questi solidi sospesi
sottili. Sebbene lo zooplancton consumi queste particelle sottili,
il suo inserimento nel sistema è più importante come
collegamento alimentare. Il plancton può mangiare i microbi
che sono abbondanti nel sistema e il plancton è un cibo ideale
per filtrare il nutrimento di pesci e molluschi. Questa catena alimentare
trasferisce la biomassa ad alti livelli nutritivi e aumenta la diversità
e la complessità degli ecosistemi. John
Todd crede che "Dal momento
che lo zooplancton può scambiare il volume di una quantità
di acqua naturale sette volte al giorno, non si può sottovalutare
la loro importanza nell’ingegneria ecologica."
• Secondo Bjorn Guterstam,
un altro dei più famosi ed esperti ingegneri ecologici, questa
capacità teorica, non ha avuto molto successo nella pratica.
Ammette che le popolazioni di fitoplancton
sono state limitate dalla tossicità dell'acqua e in qualche
modo dalla mancanza di ossigeno nel fondo del serbatoio, e anche
dalla luce. Il fitoplancton è il produttore principale di
cibo per le specie più grandi di zooplancton,
così che la popolazione di zooplancton si riduce con la sua
controparte fotosintetica. Poichè questi principi sono stati
applicati solo a una piccola scala, questi sistemi hanno dimostrato
una bassa capacità filtrante; in parte anche dovuta alla
separazione dai macroecosistemi, sebbene la diversità genetica
e funzionale venga comunque incoraggiata.
• L’acquacultura può
aver luogo a valle, in serbatoi più diluiti, dopo che i contaminanti
che causano la eutroficazione sono stati trattati. Le lumache
scivolano lungo le pareti del serbatoio e pascolano nell’accumulo
di melma e di fanghiglia, pulendo il serbatoio.
• Questa auto-regolazione migliora la penetrazione della luce
che stimola le forme fotosintetiche di alghe,
batteri e plancton.
Gli organismi filtranti -molluschi
come le cozze e le lumache e anche qualche pesce- setacciano grandi
volumi di acqua al giorno e consumano i batteri e il plancton che
sono abbastanza piccoli da attraversarli.
• I pesci che si alimentano
di detriti consumano le particelle più grandi dei biosolidi
sospesi. I pesci erbivori sono esclusi dai serbatoi dove i macrofiti
svolgono funzioni utili (ad esempio quella di ospitare i biofilm),
ma quando le piante vengono raccolte dal sistema, il tessuto della
pianta può essere nutrimento in un serbatoio di pesci erbivori
per la produzione dell’acquacultura.
• Una sola vongola d’acqua dolce come l’anodonta
può filtrare fino a 40 litri di acqua assorbendo materiali
colloidali e altri solidi in sospensione nella misura del
99.5%. Molte vongole d’acqua dolce sono in pericolo di estinzione
in parte perché alcune hanno branchie che non funzionano
bene negli ambienti inquinati.
• Dal momento che alcune di queste vongole possono sequestrare
colloidi dai fiumi o dai laghi, costituiscono un ecosistema di servizio
rallentando l’erosione dei colloidi del suolo. Possono contribuire
anche alla conservazione dei nutrienti nei loro fiumi?
• Gli uomini possono avviare una relazione simbiotica con
le specie di alghe unlo e anodonta,
fornendo un habitat pulito (quando
l’acqua raggiunge il serbatoio è più pulita
di alcuni dei loro habitat naturali.)
• In cambio di una buona casa, le vongole potrebbero aiutare
gli uomini filtrando i colloidi e i solidi sospesi dalle nostre
acque di scolo. Si deve ancora determinare se le vongole distruggono
completamente i colloidi o se è pensabile di riciclare il
concime di vongole nei campi (che accresce la capacità di
scambio di ioni di idrogeno- un beneficio per l’agricoltura.)
L’ingegneria ecologica sostiene le
relazioni simbiotiche tra le specie diverse per servire i bisogni
umani e anche per promuovere la salute dell’ecosistema.
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originale
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