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Acqua desalinizzata. Aspetti da tenere in considerazione

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Javier Méndez Lorente
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Indice dei contenuti: Acqua desalinizzata. Aspetti da tenere in considerazione

L'importanza dell'uso agricolo dell'acqua su scala globale è di 70%, mentre nelle regioni aride e semi-aride con un'agricoltura altamente tecnologizzata si raggiungono cifre superiori a 85%, come nel caso della Spagna sud-orientale (PHDS, 2022). L'intensificarsi della scarsità d'acqua rappresenta un rischio per il ruolo dell'agricoltura irrigua nella sicurezza alimentare globale nel medio e lungo termine, associato all'impossibilità di soddisfare la domanda di acqua per l'irrigazione utilizzando le risorse idriche convenzionali in futuro. Pertanto, sono necessarie nuove soluzioni per mantenere o migliorare la produzione agricola sostenibile, tra cui fonti idriche nuove o alternative, strategie innovative per la conservazione dell'acqua o sistemi di irrigazione più efficienti e produttivi, in linea con le linee guida del Patto Verde Europeo. 

Impianto di desalinizzazione previsto a Taweelah, Abu Dhabi. Alimentato con energia solare.

Potenziali vantaggi e svantaggi dell'acqua di mare desalinizzata  

In generale, il principale vantaggio dell'AMD è il suo status di risorsa idrica inesauribile non soggetta a variazioni climatiche, nonché la sua bassa salinità, con una conducibilità elettrica di circa 0,5 dS m-1, che le consente di compensare l'elevata salinità di altre fonti idriche. Tuttavia, l'uso e l'accettazione della AMD per l'irrigazione agricola sono limitati principalmente dai costi di produzione e da una composizione fisico-chimica unica. L'applicazione agricola della AMD è più costosa a causa dell'elevato prezzo dell'acqua rispetto alle fonti convenzionali e richiede programmi di fertirrigazione più specializzati e la gestione di rischi agronomici specifici, come la fitotossicità da boro o l'alcalinizzazione del suolo. I principali vantaggi e svantaggi dell'uso di AMD per l'irrigazione sono riassunti nella Tabella 1. 

Tabella 1. Sintesi dei vantaggi e degli svantaggi dell'AMD.

Vantaggi  Svantaggi  
Una risorsa idrica inesauribile  Elevati consumi energetici ed emissioni di CO2  
Bassa salinità dell'acqua, con valori che tipicamente si aggirano intorno a 0,5 dS/m ((Martinez-Alvarez et al. 2017).  Mancanza di nutrienti e requisiti di fertilizzazione. 
Valore di mitigazione del rischio siccità e riduzione dell'incertezza per gli irrigatori Acque acide con elevato potere corrosivo  
L'AMD aumenta la qualità e la quantità dei raccolti Il QUALITÀ DELL'ACQUA per l'irrigazione non è regolamentato  
L'AMD aiuta a preservare il suolo e le falde acquifere Rischi agronomici come la tossicità delle colture e l'alcalinizzazione del suolo. 
Invertire le tendenze problematiche della salinizzazione del suolo Conformità ai severi standard B3+, Na+ e Cl- per l'irrigazione agricola 

Problemi di fitotossicità e rischio di alcalinizzazione del suolo

Questo perché circa 55% e 31% del contenuto di sali disciolti nell'acqua di mare è dovuto a questi ioni, che continuano a predominare in proporzione dopo il processo di osmosi inversa. Inoltre, la concentrazione di B presentata è molto elevata nell'AMD, il che è dovuto a due fattori: l'elevata concentrazione di questo elemento nell'acqua di mare (4,5-6 mg/L) rispetto all'acqua convenzionale (generalmente molto vicina a 0 mg/L nelle acque superficiali e fino a 1,5 mg/L nelle acque sotterranee) e l'elevata permeabilità delle membrane RO al passaggio di B in mezzi neutri e acidi (Yermiyahu et al, 2007; Raveh e Ben-Gal, 2016) rispetto a tutti gli altri ioni. Infatti, mentre l'efficienza di separazione a singolo stadio delle membrane a osmosi inversa è superiore a 98% per gli ioni Na, Mg, Ca, K, Cl e SO4, l'efficienza per il B è solo 71% (Martinez, 2009).  

Immagine 2. Impianto di desalinizzazione dell'acqua a Carboneras, Almería.

Le concentrazioni di Na nelle IDAM del sud-est della Spagna variano tra 76 e 115 mg/L, pertanto questi valori nelle AMD non dovrebbero causare problemi di fitotossicità nelle colture. Tuttavia, elevate concentrazioni di Na possono danneggiare alcune proprietà fisiche del suolo attraverso la dispersione di argille che può portare a: (i) collasso strutturale dei microaggregati del suolo, (ii) diminuzione della permeabilità e (iii) diminuzione della sostanza organica del suolo. conducibilità idraulica (iii) più suscettibili di erosione, (iv) compattazione del suoloe (v) impoverimento dell'ossigeno nel suolo a causa della ridotta aerazione (Mandal et al., 2008; Muyen et al., 2011). 

Per ridurre la sodicità del suolo è importante che i cationi divalenti Ca e Mg siano presenti in concentrazioni adeguate nell'acqua. Pertanto, il RAS, che mette in relazione l'equilibrio della concentrazione di Na con quella di Ca e Mg, deve essere valutato nell'acqua di irrigazione per conoscere i rischi di sodicità a medio e lungo termine. 

Boro in AMD 

Il boro, quando è naturalmente presente nell'acqua, si trova a formare un equilibrio tra l'acido borico [B(OH)3] e lo ione borato [B(OH)4-], in cui prevale la forma di acido borico. Questo perché la costante di dissociazione del boro è pKa= 9,15, che lo rende un acido molto debole. A pH più elevati, a partire da pH 10, la specie dominante diventa l'anione metaborato [B(OH)4-].  

La concentrazione di boro nell'acqua di mare è di circa 4 mg/L. Quest'acqua, quando viene desalinizzata mediante osmosi inversa, riduce la sua concentrazione di boro a 0,8 mg/L - 1,5 mg/L, a seconda delle condizioni e dei metodi utilizzati per la desalinizzazione. Affinché il boro venga efficacemente respinto nelle membrane, è essenziale evitare il boro sotto forma di acido borico, poiché l'assenza di carica e di idrogeni acidi lo rende capace di formare legami idrogeno con i gruppi attivi delle membrane. (María Fernanda Chillón Arias, 2009) 

In generale, esiste un intervallo ristretto tra le concentrazioni di carenza di boro 0,5 mg/L nelle colture legnose come gli agrumi e (1-4 mg/L) nelle colture orticole.  

Le acque di irrigazione di superficie hanno in genere concentrazioni di boro inferiori a 0,1 mg/L, il che significa che spesso sono necessari apporti aggiuntivi di fertilizzanti (tramite complessi di micronutrienti) per garantire uno sviluppo ottimale delle colture. Tuttavia, le risorse idriche non convenzionali, come l'acqua di recupero e l'acqua di mare desalinizzata, sono caratterizzate da concentrazioni di boro significativamente più elevate rispetto alle acque di superficie. La concentrazione di B nelle AMD prodotte nelle IDAM della Spagna sud-orientale varia tra 0,56 mg/L e 0,92 mg/L, valori superiori alle tolleranze massime indicate per le colture legnose come gli agrumi e che potrebbero quindi causare problemi di tossicità e riduzioni della resa.  

Immagine 3. Impianto di desalinizzazione a Palmachim, Israele.

Nel caso in cui l'uso finale delle AMD sia l'irrigazione agricola, anche il controllo della concentrazione di boro (B) nell'acqua prodotta può essere oggetto di un post-trattamento specifico. Il B nell'acqua di irrigazione può essere ridotto a un livello inferiore alla soglia di tossicità delle colture sensibili con l'osmosi inversa e le resine a scambio cationico per rimuovere il boro dalle AMD su scala parcellare (Imbernon-Mulero et al., 2022).  

La concentrazione di B nell'acqua di mare desalinizzata prodotta in Spagna è stata tradizionalmente limitata a 1 mg/L, che era il valore massimo stabilito nel Real Decreto 140/2003, che stabiliva i criteri sanitari per la qualità dell'acqua destinata al consumo umano. Questo valore è stato recentemente innalzato dal Real Decreto 3/2023 a 1,5 mg/L, tranne quando l'origine totale dell'acqua è di transizione o costiera e il trattamento di potabilizzazione è la desalinizzazione, nel qual caso verrà applicato un valore massimo di 2,4 mg/L.  

Queste concentrazioni soddisfano ampiamente le esigenze delle colture, ma possono indurre fitotossicità, soprattutto nelle colture più sensibili come gli agrumi. I sintomi più comuni di tossicità da B sono bordi bruciati sulle foglie più vecchie, ingiallimento delle punte delle foglie e decadimento accelerato, che può anche portare alla morte della pianta (Martinez-Alvarez et al., 2017).  

I primi stadi della tossicità da boro si manifestano di solito con un ingiallimento o una screziatura della punta delle foglie. Nei casi più gravi, sulla superficie inferiore delle foglie compaiono macchie di gomma con caduta prematura delle foglie. I sintomi più gravi possono includere la morte dei rametti. 

Immagine 4. Tossicità del boro negli agrumi.

Stabilire i limiti di tolleranza del boro (B) nell'acqua di irrigazione per diverse colture è un compito complesso che richiede un meticoloso lavoro sperimentale. Diversi fattori, come la varietà di coltura, le caratteristiche del suolo, la chimica dell'acqua, le condizioni climatiche e le pratiche di gestione dell'irrigazione, hanno un'influenza significativa sulla risposta delle colture al B e quindi sui risultati ottenuti (Grattan et al., 2015). 

La Tabella 2 illustra la diversa sensibilità delle colture a B. La tabella mostra che le colture più sensibili sono quelle legnose, in particolare gli agrumi e le drupacee, mentre le colture con cicli vegetativi brevi, come gli ortaggi e le graminacee, sono meno colpite. 

Tuttavia, nell'interpretare la Tabella 2, è essenziale considerare che i valori si riferiscono alla massima concentrazione di B tollerata nell'estratto di saturazione del suolo, senza alcuna riduzione della resa o della crescita vegetativa. Questi valori sono generalmente superiori a quelli riscontrati nell'acqua di irrigazione, stimati tra 1,4 e 1,9 volte superiori in condizioni di moderato drenaggio (circa 25%) (Jame et al., 1982).  

Come si può notare, l'intero genere di agrumi e drupacee è particolarmente sensibile e vulnerabile all'irrigazione con acqua contenente alte concentrazioni di boro, come nel caso dell'AMD.

Tolleranza al boro di diverse colture.

Tolleranza al boro Coltivazione Nome scientifico 
Molto sensibile (<0,5 mg/l) Limone Citrus limon 
Sensibile (0,5 - 0,75 mg/l) Avocado Persea americana 
 Pompelmo Citrus X paradisi 
 Arancione Citrus sinensis 
 Albicocca Prunus armeniaca 
 Pesca Prunus persica 
 Ciliegia Prunus avium 
 Prugna Prunus domestica 
 Cachi Diospyros kaki 
 Fico Ficus carica 
 Uva Vitis vinifera 
 Noce Juglans regia 
 Cipolla Allium cepa 
Sensibile (0,75 - 1,0 mg/l) Aglio Allium sativum 
 Grano Triticum eastivum 
 Orzo Hordeum vulgare 
 Girasole Helianthus annuus 
 Fragola Fragaria spp. 
Moderatamente sensibile (1,0 - 2,0 mg/l) Pepe  Capsicum annuum 
 Pisello Pisum sativa 
 Carota Daucus carota 
 Patata Solanum tuberosum 
 Cetriolo Cucumis sativus 
Moderatamente tollerante (2,0 - 4,0 mg/l) Lattuga Lactuca sativa 
 Cavolo Brassica oleracea capitata 
 Sedano Apium graveolens 
 Mais Zea mays 
 Carciofo Cynara scolymus 
 Zucchina Cucurbita pepo 
 Melone Cucumis melo 
Tollerante (4,0 - 6,0 mg/l) Sorgo Sorgo bicolore 
 Pomodoro Lycopersicon lycopersicum 
 Barbabietola da zucchero Beta vulgaris 
Molto tollerante (6,0 - 15,0 mg/l) Cotone Gossypium hirsutum 
 Asparagi Asparago officinale 

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