Cianobatteri: cosa sono e come prevenire le fioriture

Che cosa sono i cianobatteri? 

I cianobatteri sono microrganismi che strutturalmente simili ai batteri, quindi privi di nucleo e organelli. A differenza di altri batteri, possono condurre la fotosintesi ossigenica e contenere clorofilla a (chl-a). 

I cianobatteri hanno una notevole capacità di adattarsi ai cambiamenti globali. Possono sopravvivere ad alti livelli di radiazioni ultraviolette, disidratazione, ipersalinità e temperature estreme, anche per molti anni. 

Questi organismi crescono in laghi d’acqua dolce, ruscelli, oceani, suoli umidi, rocce umide e altro ancora. Nel corso di miliardi di anni di evoluzione, hanno formato associazioni simbiotiche uniche con microrganismi, piante, fanerogame marine, funghi, spugne e cicadee. Vivono persino nella pelliccia di bradipi e orsi polari. 

I singoli cianobatteri sono troppo piccoli per essere visti senza un microscopio. Tuttavia, possono crescere fino a diventare colonie massicce, formando dense fioriture e aggregazioni planctoniche, che possono essere osservate anche dallo spazio. Le fioriture cianobatteriche possono essere estremamente pericolose per la salute umana, gli organismi acquatici, gli animali e gli ecosistemi.

Pericoli delle dannose fioriture cianobatteriche

La diffusione delle fioriture cianobatteriche (cyanoHABs) è diventata una preoccupazione significativa per le società di tutto il mondo. Queste dannose fioriture possono compromettere gravemente la sicurezza dell’acqua potabile, della pesca, dell’irrigazione e del valore ricreativo. I CyanoHAB esauriscono l’ossigeno nell’acqua, rilasciando Tossine, e degradano la qualità dell’acqua negli ambienti acquatici. 

Impatti ambientali

Le fioriture cianobatteriche possono danneggiare gravemente gli ecosistemi acquatici, causando la morte per soffocamento di pesci e piante. Compromettono la qualità e la sicurezza dell’acqua per animali e persone rilasciando cianotossine. Quando i cianobatteri nella fioritura iniziano a decomporsi, producono sapori e odori sgradevoli.

Impatti economici 

I CyanoHAB possono portare perdite economiche a molti settori commerciali. Causano danni finanziari significativi al settore agricolo, alla pesca, agli impianti di trattamento dell’acqua, alle industrie turistiche, ai servizi ricreativi e ai prezzi immobiliari nelle zone colpite. 

Impatto sulla salute delle fioriture cianobatteriche 

Alcuni cianobatteri possono rilasciare tossine (cianotossine), che vengono prodotte e contenute all’interno della cellula. Le cianotossine vengono rilasciate dopo la morte cellulare o se le cellule vengono danneggiate da trattamenti chimici. Queste tossine possono essere pericolose per esseri umani, animali, vita acquatica e ambiente, contribuendo a fioriture dannose di alghe e fioriture tossiche. 

Se le persone entrano in contatto con le cianotossine bevendo acqua contaminata, inalandole mentre nuotano o mangiando pesce contaminato, esse possono danneggiare il fegato (epatotossine), sul sistema nervoso (neurotossine) e sulla pelle (dermatossine). Inoltre, possono causare danni ai reni, dolori addominali, difficoltà respiratorie e possono influire sulla crescita tumorale. I casi segnalati di malattie e morti di animali domestici e selvatici legati alle cianotossine aumentano ogni anno, evidenziando le conseguenze negative delle fioriture algali cianobatteriche nocive sulla salute umana e sugli ecosistemi acquatici. 

Sia l’esposizione a lungo termine a bassi livelli di tossine sia il contatto breve con alti livelli di tossine hanno un impatto negativo sulla salute. Per i gestori dell’acqua, è fondamentale sapere se l’acqua potabile contiene alghe blu-verdi e tossine associate. Pertanto, è fondamentale rispettare le attuali linee guida per le tossine nell’acqua potabile, riducendo al minimo i rischi per la salute pubblica. 

La produzione di cianotossine dipende dalle condizioni ambientali e dalle caratteristiche della specie. I tassi di apporto di nutrienti (azoto – N, fosforo – P e metalli), l’intensità luminosa e le alte temperature hanno un impatto significativo sull’abbondanza dei cianobatteri e sul rilascio di tossine. Anche le interazioni con altri cianobatteri, batteri, virus e pesci possono stimolare il rilascio di cianotossine nei corpi idrici. 

Conformità all’acqua potabile 

Le cianotossine nella tua acqua di origine minacciano la conformità alle linee guida sulla microcistina? 

Quando i cianobatteri raggiungono l’assunzione, gli impianti di trattamento devono affrontare una scelta difficile: dosare più carbone attivo e rischiare una rimozione incompleta, oppure gestire la fioritura alla fonte prima che si formino tossine. Le utility che gestiscono i cyanoHAB stagionali nei serbatoi di acqua potabile stanno utilizzando sempre più il monitoraggio in tempo reale e il controllo ultrasonico a livello di sorgente per rimanere entro i limiti dell’OMS e nazionali — senza picchi di trattamento reattivi. 

Cosa causa le fioriture cianobatteriche? 

L’arricchimento antropico dei nutrienti, i modelli idrologici alterati e i cambiamenti climatici accelerano l’intensità, la durata e la frequenza dei cyanoHAB. Un apporto eccessivo di nutrienti (N e P), l’aumento dei livelli di CO₂ atmosferico e l’aumento delle temperature dell’acqua intensificano la crescita cianobatterica. Inoltre, la stratificazione verticale, il tempo di permanenza dell’acqua e le interazioni con altri organismi sono anch’essi fattori ambientali che permettono ai cianobatteri di prosperare e formare fioriture dannose. 

L’inquinamento da fertilizzanti nutre i cianobatteri 

I cianobatteri stanno attivamente sfruttando l’inquinamento umano dei sistemi idrici. Prosperano grazie all’inquinamento da nutrienti e all’eutrofizzazione. Le attività urbane, agricole e industriali aumentano l’inquinamento da nutrienti, la salinizzazione e l’eutrofizzazione dei corsi d’acqua. Tutto questo stimola HAB più frequenti e persistenti. 

Il cambiamento climatico aggrava le fioriture cianobatteriche 

Il cambiamento climatico è un altro potente catalizzatore dell’espansione globale delle fioriture di cianobatteri. L’aumento delle temperature e le variazioni di cadenza ed intensità delle precipitazioni stimolano fioriture più frequenti ed estese, alterando le condizioni ambientali e favorendo la proliferazione di cianobatteri galleggianti. Le temperature elevate portano a una anticipazione e a una durata più lunga della stratificazione termica, rendendo i cianobatteri di superficie più competitivi negli ecosistemi acquatici. 

La risposta dei cianobatteri all’aumento delle temperature dipende fortemente dalla disponibilità di nutrienti. Il cambiamento climatico catalizza cambiamenti nelle precipitazioni e nei processi biogeochimici, che aumentano i carichi di nutrienti e li rendono più disponibili ai cianobatteri. Riduzioni efficaci del carico di nutrienti sono essenziali per gestire questa espansione. 

Le fioriture cianobatteriche accelerano il cambiamento climatico 

I cyanoHAB assorbono la CO₂ dall’atmosfera, trasformando i laghi in pozzi di CO₂. Uno studio pubblicato su Science Advances conclude che le cyanoHABs producono quantità significative di metano durante la fotosintesi. Si osservano tassi di produzione di metano sostanziali in condizioni diverse – al buio, alla luce, in ambienti aerobici ed anossici.  

Questo crea un circolo di retroazione positiva: temperature globali più elevate dell’acqua stimolano più cyanoHAB, che emettono più metano, contribuendo al riscaldamento globale. 

Cosa causa odori e gusti di muffa?

Il gusto e l’odore sgradevoli sono principalmente causati da due metaboliti prodotti da una serie di cianobatteri e batteri actinomiceti: il 2-metilisoborneolo (MIB) e la geosmina. Questi composti sono indicatori importanti della qualità dell’acqua potabile e possono essere oggetto di reclami da parte dei clienti. Sono rilevati già a concentrazioni molto basse (da 500 cellule mL-1); pertanto, si consiglia un trattamento precoce dell’acqua. Gusti e odori sgradevoli diventano un problema durante i mesi più caldi, quando temperature più elevate favoriscono la crescita di biomassa cianobatterica e la proliferazione di fitoplancton. 

Nonostante il suo sapore e odore terroso e di muffa, l’acqua potrebbe non essere pericolosa da bere. Contrariamente a quanto si crede, l’assenza di questi composti non garantisce che l’acqua sia sicura per il consumo. Ci sono linee guida da seguire par maggiore chiarezza. Le Linee guida australiane sull’acqua potabile, ad esempio, distinguono due tipi di valori: un valore relativo alla salubrità dell’acqua e un valore per parametri estetici. 

Linee guida sull’acqua potabile

Le linee guida sulla qualità dell’acqua potabile consigliano livelli tollerabili per i componenti che possono minacciare la salute pubblica; perciò, sono essenziali per le autorità di approvvigionamento idrico. I rispettivi stati, regioni o paesi sviluppano linee guida basati sulle Linee Guida dell’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) per la Qualità dell’Acqua Potabile. Queste linee guida si basano su un consenso scientifico relativo ai rischi per la salute presentati da sostanze chimiche e microbi nelle fonti di acqua potabile.

Le linee guida sono fondamentali per sviluppare strategie adeguate di gestione del rischio. Esempi di valori linee guida per la concentrazione totale di microcistine nell’acqua potabile che devono essere rispettati nei singoli paesi sono i seguenti: 

• Australia: 1,3 μg L^-1; 

• Sud America: 1,0 μg L^-1; 

• Canada: 1,5 μg L^-1; 

• OMS: 1,0 μg L^-1; 

• USA: Le cianotossine sono attualmente accettate come contaminanti non regolamentati e potrebbero richiedere regolamentazione ai sensi del Safe Drinking Water Act. 

Cosa dovrebbero monitorare i gestori dell’acqua? 

Innanzitutto, è fondamentale sapere quali specie di alghe sono presenti nel corpo idrico, così come il livello di tossine disciolte, il conteggio delle cellule cianobatteriche e i composti del gusto e dell’odore. Quest’ultima non è direttamente collegata al livello di tossicità; può essere utilizzata solo come parametro valutativo e non come base per un sistema di allerta. La valutazione facilita una migliore comprensione del problema e delle dinamiche ecosistemiche coinvolte. A seconda dei risultati iniziali, la direzione può implementare il Quadro dei Livelli di Allerta, linee guida sull’acqua potabile, misure di controllo o trattamento dell’acqua. 

L’esame microscopico e l’enumerazione sono comunemente utilizzati per determinare le specie di alghe presenti e stimare la concentrazione cellulare di cianobatteri coloniali e filamentosi. I risultati sono frequentemente indicati come cellula mL-1 e possono essere successivamente utilizzati nel Framework dei Livelli di Allerta per valutare il bacino in termini di biomassa cianobatterica e fioriture. 

Sulla base di queste informazioni, è possibile implementare tecniche analitiche adatte a determinare i livelli di tossine. Un altro metodo per rilevare le cianotossine sono i programmi di monitoraggio in tempo reale che raccolgono dati relativi ai parametri di qualità dell’acqua, come la concentrazione di ficocianina. In questo modo, i gestori idrici possono ricevere avvisi su imminenti fioriture cianobatteriche nocive.

Caso studio — serbatoio di acqua potabile 

Come Anglian Water ha ridotto le fioriture cianobatteriche ad Alton Water (UK) — servendo 92.000+ proprietà 

Le fioriture stagionali di cianobatteri stavano portando le operazioni di trattamento al limite del bacino di Alton Water, che tratta fino a 10 milioni di galloni (ca. 45,5 milioni di litri) di acqua potabile al giorno. LG Sonic ha schierato 13 MPC-Buoy per monitorare e sopprimere lo sviluppo delle fioriture algali alla fonte — riducendo il rischio di tossine e stabilizzando le prestazioni del trattamento durante tutta la stagione di fioritura. 

Trattamento delle fioriture cianobatteriche 

I cyanoHAB rappresentano sfide significative per la gestione ambientale dei corpi idrici. Garantire il sano funzionamento degli ecosistemi acquatici e la sicurezza delle attività ricreative richiede una gestione efficace dei cyanoHAB. 

Esistono vari metodi per trattare i cyanoHAB, tra cui la rimozione fisica, procedure chimiche, inattivazione biologica e controllo ultrasonico. 

Trattamento chimico 

Il trattamento chimico è il metodo di trattamento più comune e anche il più dannoso per l’ambiente. Consiste nell’uso di solfato di rame e perossido di idrogeno, che causano morte immediata o lisi delle cellule cianobatteriche. Enormi quantità di cianotossine vengono rilasciate nuovamente nell’acqua. L’intervento chimico non risolve il problema principale dei cyanoHAB, che ricompaiono dopo il trattamento. 

Riduzione dei nutrienti 

Ridurre il carico di nutrienti che entra nei nostri sistemi idrici potrebbe aiutare a limitare la crescita del cyanoHAB. Tuttavia, ciò richiede cambiamenti radicali nelle attività urbane, agricole e industriali – le principali cause di inquinamento da nutrienti. Le fonti di inquinamento da nutrienti includono agricoltura, acquacoltura, allevamento, acque reflue, acque meteoriche, combustibili fossili ed abitazioni. Questa grande varietà di fonti rende estremamente difficile controllare l’inquinamento da nutrienti con la rapidità ed efficacia necessaria. 

Controllo a ultrasuoni 

Per evitare l’uso di sostanze chimiche nocive e ottenere un trattamento rapido ed efficace, LG Sonic ha sviluppato una tecnologia a ultrasuoni per gestire le fioriture algali e le fioriture cianobatteriche nocive. Questo sistema a ultrasuoni crea una barriera acustica sugli strati superiori dell’acqua per controllare la crescita di cianobatteri e cianobatteri planctonici. In tali condizioni, i cianobatteri non possono raggiungere la superficie dell’acqua, quindi non possono continuare a crescere. Per mantenere l’equilibrio ecologico negli ecosistemi acquatici, la tecnologia non elimina i cianobatteri; Riduce la biomassa cianobatterica fino al 90%. In questo modo, l’ecosistema acquatico viene ripristinato in sicurezza mantenendo livelli sani di cianobatteri e supportando la biodiversità e la dinamica degli ecosistemi. 

Raccomandazioni 

La mitigazione efficace delle fioriture cianobatteriche nocive deve basarsi su una comprensione approfondita dei principi della dinamica degli ecosistemi acquatici. Deve basarsi su sorveglianza affidabile, allarmi, metodi di trattamento ecologici e adeguati piani d’azione. Una mitigazione inadeguata dei cyanoHAB porta a gravi danni agli ecosistemi acquatici. Questo può causare perdite socio-economiche significative che possono essere persino peggiori degli impatti delle fioriture cianobatteriche stesse.