Biologico 2,4,6

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 9053 (2023) Citare questo articolo

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Gravi problemi di salute possono derivare dall’esposizione a un inquinante azotato come il 2,4,6-trinitrotoluene (TNT), che viene emesso nell’ambiente dalle munizioni e dalle industrie militari, nonché dalle acque reflue contaminate da TNT. La rimozione del TNT mediante fanghi attivi ad aerazione estesa (EAAS) è stata ottimizzata nel presente studio utilizzando la modellazione della rete neurale artificiale. Per ottenere la migliore efficienza di rimozione, in questo studio sono stati utilizzati 500 mg/L di domanda chimica di ossigeno (COD), 4 e 6 ore di tempo di ritenzione idraulica (HRT) e 1-30 mg/L di TNT. La cinetica della rimozione del TNT da parte del sistema EAAS è stata descritta mediante il calcolo dei coefficienti cinetici K, Ks, Kd, ​​max, MLSS, MLVSS, F/M e SVI. Il sistema di inferenza neuro fuzzy adattivo (ANFIS) e gli algoritmi genetici (GA) sono stati utilizzati per ottimizzare i dati ottenuti attraverso l'eliminazione del TNT. Per analizzare e interpretare i dati forniti è stato utilizzato l'approccio ANFIS, con una precisione pari a circa il 97,93%. L'efficienza di rimozione più efficace è stata determinata utilizzando il metodo GA. In circostanze ideali (concentrazione di TNT di 10 mg/l e 6 ore), l'efficacia di rimozione del TNT del sistema EAAS era dell'84,25%. I nostri risultati hanno dimostrato che l’ottimizzazione EAAS basata sul sistema di rete neurale artificiale (ANFIS) potrebbe migliorare l’efficacia della rimozione del TNT. Inoltre, si può affermare che il sistema EAAS potenziato ha la capacità di estrarre le acque reflue con concentrazioni maggiori di TNT rispetto agli esperimenti precedenti.

La qualità dell’acqua e la scarsità delle risorse sono due problemi che il mondo oggi deve affrontare a causa delle influenze geografiche, antropologiche e socioeconomiche1. Di conseguenza, il recupero e il riutilizzo sostenibili delle risorse delle acque reflue sono stati a lungo considerati come gli approcci promettenti per superare questi problemi. Tuttavia, la presenza di un’ampia gamma di composti pericolosi nelle acque reflue, tra cui pesticidi, idrocarburi policiclici aromatici, composti polifenolici, olio, tensioattivi e nitroaromatici, hanno reso più difficile lo sviluppo di strategie con l’efficienza auspicabile per rimuovere questi contaminanti2,3. Per quanto riguarda molti composti organici e inorganici nelle acque reflue domestiche e industriali, sono stati applicati diversi processi biologici e chimici di trattamento delle acque reflue per superare la rimozione dell'inquinamento dalle acque reflue4,5,6,7,8.

Tra i contaminanti sopra menzionati, i composti nitroaromatici (NAC) sono considerati una delle principali fonti di contaminazione delle risorse idriche reflue che possono causare seri problemi se non rimossi adeguatamente9. Questi composti sono una classe particolare di molecole aromatiche con almeno un gruppo nitro (–NO2) sul loro anello benzenico. È stato dimostrato che i NAC sono ampiamente distribuiti nell'ambiente10 e 1,3,5-trinitrobenzene (TNB), 2,4,6-trinitrotoluene (TNT), trinitrofenolo, tetril nitramina, esanitrobenzene sono tra i NAC più noti1 .

Il TNT (2,4,6-trinitrotoluene) è una sostanza aromatica multifunzionale utilizzata in un'ampia varietà di campi tra cui medicinali, insetticidi, fungicidi, erbicidi, schiume poliuretaniche e coloranti. Inoltre, è tra gli esplosivi più tradizionali ancora utilizzati nell'industria mineraria11. Il processo di produzione del TNT comprende diverse fasi che generano materiali di scarto che vengono infine rilasciati nell’ambiente circostante e potrebbero potenzialmente contaminare le risorse idriche e il suolo. Anche il mono-nitro toluene (MNT), il di-nitro toluene (DNT), i solfati, il dinitro toluene solfonato (DNTS) e vari altri nitrobenzeni (NB) sono i principali derivati ​​del TNT con potenziali rischi per la salute. È noto che quantità variabili di queste sostanze azotate sono presenti nelle acque reflue contaminate da TNT e responsabili della colorazione (es. acqua arancione, acqua rossa, acqua gialla, ecc.)9. Sono stati segnalati anche livelli di elevata domanda chimica di ossigeno (COD) nelle acque reflue inquinate da TNT, che variano da 600 a 6000 mg/L12. Di conseguenza, è stato dimostrato che la presenza di TNT e di altre sostanze chimiche aromatiche correlate nelle acque reflue influisce in modo massiccio sull’ecologia regionale. In base alle linee guida dell'Environmental Protection Agency (EPA), la concentrazione massima di TNT nell'acqua e nel suolo non deve superare rispettivamente 2 µg/L e 17,2 mg/L13,14. Altri hanno anche dimostrato che la presenza di più derivati ​​del nitrobenzene (MNT, DNT, solfonati e altri) potrebbe aumentare i livelli di contaminazione11,12,13,14,15. Considerando queste note, le acque reflue contaminate da TNT dovrebbero essere trattate adeguatamente prima del loro scarico nei corsi d'acqua.