Verifica della funzionalità di un impianto di trattamento di reflui urbani con rimozione biologica dei nutrienti

Gli EPS (sostanze polimeriche extracellulari) sono componenti della struttura del fiocco di fango attivo e rappresentano l’essenza della cellula batterica stessa.
I fiocchi di fango sono costituiti da microrganismi, sostanze polimeriche extracellulari, colloidi, particelle minerali e componenti ionici.
Gli EPS sono biopolimeri prodotti dall’attività di secrezione batterica attraverso la superficie stessa della cellula a seguito di un processo di lisi cellulare o derivanti dall’assorbimento di materiale organico dall’ambiente.
Essi sono costituiti principalmente da proteine e carboidrati unite a sostanze umiche, acidi uronici e acidi nucleici in minore quantità. Essi possono trovarsi sotto forma di fiocchi o biofilm.
Gli EPS bound sono polimeri legati, prodotti dai microrganismi attraverso lisi o idrolisi cellulare come materia assorbita o legata.
Gli EPS solubili (Soluble Microbial Product “SMP”), sono anch’essi sostanze polimeriche solubili rilasciate dai microrganismi come prodotti di lisi o idrolisi cellulari.
Le sostanze polimeriche si trovano comunque all’esterno della superficie cellulare a prescindere dalla loro origine.
Gli EPS possono essere attaccati alla superficie delle cellule batteriche come capsule esterne (EPS bound) o rilasciate nell’ambiente circostante sotto forma di un sostanza amorfa simile ad un limo (SMP ).
Nei fiocchi o nel biofilm, i batteri sono incorporati negli EPS (chiamati bound proprio perché strettamente associati alla cellula), mentre gli SMP non hanno nessun diretto contatto con la cellula.
L’origine degli EPS è complessa e possono essere usati differenti approcci per definire gli EPS legati e solubili.
Ad oggi, il criterio maggiormente usato per distinguerli è quello della metodologia di estrazione e separazione, e successivamente da considerazioni teoriche sulle caratteristiche fisiche dei polimeri.
Nei biofilm o nei fiocchi di fango, gli SMP possono essere estratti con una sola centrifugazione, mentre gli EPS legati ai fiocchi di biomassa richiedono un trattamento addizionale per la loro estrazione.
La funzione fondamentale degli EPS è l’adesione alle superfici, l’aggregazione delle cellule batteriche in fiocchi, la stabilizzazione della struttura del fiocco e la ritenzione di acqua.
Essi, inoltre, formano una barriera attorno la cellula in grado di proteggerla da sostanze nocive; assorbono dall’ambiente composti organici esterni per l'accumulo di sostanze nutritive e accumulano attività enzimatiche come la digestione di macromolecole esterne per l’acquisizione di nutrienti. Infatti la matrice degli EPS è il collante che permette l’unione tra le cellule batteriche al fine di creare aggregati microbici.
Studi condotti da Comte et al. (2007) hanno dimostrato che gli EPS svolgono, inoltre, un ruolo cruciale nel bioassorbimento di metalli pesanti.
Essi dimostrarono che in presenza di metalli pesanti (come il cromo), la biomassa sembrava produrre più materiale polimerico (principalmente SMP); indice del fatto che questo avrebbe potuto contribuire a far fronte allo stress dovuto alla presenza del metallo.
Gli SMP possono, a loro volta, essere suddivisi in due categorie: prodotti associati all’utilizzazione di substrato (UAP, Utilization Associated Product), i quali sono secreti direttamente durante il metabolismo di sostanze nutritive; ed i prodotti associati alla biomassa (BAP, Biomass Associated Product), formati, appunto, dalla biomassa stessa (Laspidou e Rittmann, 2002).
Se consideriamo entrambe some unica cosa, cioè SMP, essi sono prodotti dagli stessi microrganismi come sostanza biodegradabile. Gli EPS bound sono, invece, polimeri legati alla biomassa attiva e inerte e non sono considerati l’unica fonte di BAP.