Titleof the research fellowship: “Adaptation of facultative lagoons to the treatment of wastewaters and drainage waters of northern African countries”
Research project and plan.
The research activity will be carried out in the frame of the H2020 research project “Development and application of integrated technological and management solutions for wastewater treatment and efficient reuse in agriculture tailored to the needs of Mediterranean African Countries” (MADFORWATER).
The general objective of the research will be to develop, and to adapt to the specific conditions of Tunisia and Egypt,facultative canalized lagoon systems for the treatment of i) effluents of the biological treatment step of municipal wastewater treatment plants, and ii) drainage water of the Nile delta canals, in order to obtain irrigation-quality water. The aim of the first phase of the research will be to characterize the indigenous aerobic chemoorganotrophic, ammonium- and nitrite-oxidizing chemolithotrophic and facultative anaerobic denitrifying bacterial communities, as well as the microalgal community, of the waters under study. To this aim, the bacterial fraction of the community will be cultivated repeatedly in synthetic water containing organic matter and ammonium in mechanically stirred bioreactors under aerobic/anoxic alternating conditions, whereas the microalgal community will be enriched and cultivated separately in saline medium under light. The enriched communities will be characterized in terms of composition, by using molecular biology approaches (e.g., fingerprinting methods, clonal libraries and/or NGS of the SSUrRNA coding genes), growth, COD removal, nitrification and denitrification kinetics. A second phase will be dedicated to the simulation of the biodegradation processes occurring in canalized lagoons within a mechanically stirred bioreactor inoculated with a mixture of the different components of the indigenous microbial community under batch conditions. During this phase, the effect of light intensity, temperature and turbulence regime on the dissolved oxygen concentration, the BOD, total nitrogen (nitrification and denitrification) and phosphorous removal rates, as well as on the growth and composition of the bacterial and microalgal communities (by means of conventional microbiology and molecular biology methods), will be investigated. Particular attention will be given to the chemical characterization of the final effluent in relation to the main international standards (FAO, EPA and ISO) for the reuse of wastewaters in agriculture. This information will then set the basis for the design and realization of a laboratory-scale canalized lagoon plant, that will be used in continuous feeding mode to assess the process performances in terms of BOD, total nitrogen and phosphorous removal under conditions mimicking the day/night alternation (cyclic variations in light intensity and temperature)typicalof the considered country. The BOD, nitrogen and phosphorous removal rates will be analyzed by means of kinetic biodegradation models, taking into account possible limitations due to oxygen scarcity in microaerobic zones.
As far as training aspects are concerned, the research fellow will have the opportunity to interact, in a highly interdisciplinary environment, with researchers from different disciplines that will offer him the opportunity to expand his/her scientific and cultural background.
Titolo dell’assegno di ricerca: “Adattamento di lagunaggi facoltativi al trattamento di acque reflue e di drenaggio di paesi nordafricani”
Progetto di ricerca e piano di attività.
L’attività di ricercasaràsvoltainteramentenell’ambito del progetto di ricerca Horizon 2020 “Development and application of integrated technological and management solutions for wastewater treatment and efficient reuse in agriculture tailored to the needs of Mediterranean African Countries” (MADFORWATER).
La ricerca avrà l’obiettivo generale di sviluppare ed adattare, alle condizioni specifiche di Tunisia ed Egitto, sistemi canalizzati di lagunaggio facoltativo i) per il finissaggio degli effluenti di impianti di trattamento secondario di acque reflue municipali, e ii) per il trattamento di acque di drenaggio del delta del Nilo. al fine di ottenere acque idonee all’uso irriguo. La prima fase della ricerca avrà l’obiettivo di caratterizzare le comunità batteriche indigene aerobiche chemoorganotrofe, chemiolitotrofe ammonio- e nitrito-ossidanti e anaerobie facoltative denitrificanti, nonché la componente microalgale delle acque oggetto di studio. A tale scopo, la frazione batterica della comunità microbica verrà coltivata ripetutamente in acque sintetiche contenenti sostanza organica e ammonio in bioreattori miscelati meccanicamente alternando fasi aerobiche a fasi anossiche, mentre la frazione microalgale sarà arricchita separatamente in terreno salino in vasche illuminate. Le comunità arricchite saranno caratterizzate in termini di composizione, tramite approcci di biologia molecolare (tecniche di fingerprinting, librerie di clonaggio e/o NGS dei geni che codificano l’RNA ribosomiale) e cinetica di crescita, rimozione del COD, nitrificazione e denitrificazione. In una seconda fase, il processo di biodegradazione che avviene lungo i canali lagunari sarà simulato in bioreattori miscelati meccanicamente inoculati con una miscela delle diverse componenti microbiche indigene e alimentati in discontinuo. In questa fase verrà in particolare studiato l’effetto di variazioni dell’intensità luminosa, di temperatura e del regime di turbolenza sulla concentrazione di ossigeno disciolto, la velocità di rimozione del BOD, dell’azoto totale (nitrificazione e denitrificazione) e del fosforo, nonché sulla crescita e composizione della popolazione microalgale e batterica (mediante metodi microbiologici convenzionali e tecniche di biologia molecolare). Particolare attenzione verrà rivolta alla caratterizzazione chimica dell’effluente finale in relazione ai principali standard internazionali (FAO, EPA e ISO) per il riutilizzo di acque reflue in agricoltura. Tali informazioni costituiranno la base per la progettazione e realizzazione di un impianto di lagunaggio canalizzato in scala di laboratorio alimentato in continuo, nel quale saranno verificate le performances in termini di rimozione di BOD, azoto e fosforo in condizioni che riproducono l’alternanza giorno/notte tipica del paese considerato (variazioni cicliche di irraggiamento luminoso e temperatura). Le velocità di rimozione di BOD, azoto e fosforo saranno interpretate tramite modelli cinetici di biodegradazione, tenendo conto delle eventuali limitazioni dovute alla scarsità di ossigeno nelle zone microaerobiche.
Per quanto riguarda gli aspetti di formazione l’assegnista avrà la possibilità di interagire, in un ambiente fortemente interdisciplinare, con ricercatori di aree disciplinari diverse che gli offriranno l’opportunità di ampliare il proprio bagaglio scientifico e culturale.