L'agricoltura è il comparto produttivo che consuma più acqua in assoluto arrivando fino al 55% dell'acqua dolce del suolo italiano (dati Legambiente).
Il clima sta cambiando, consegnandoci ondate di calore e periodi di siccità sempre più estremi, ragion per cui la disponibilità di acqua non è più da dare per scontata. Per questo è necessaria la creazione di infrastrutture per l'accumulo capaci di garantire una maggior ottimizzazione della risorsa irrigua, a cui va associato l'efficientamento degli impianti di irrigazione.
Utilizzare acque da fonti superficiali come invasi e depositi, così come acque correnti o provenienti da pozzi, richiede, infatti, un'attenta valutazione delle sue proprietà chimico-fisiche , ma non solo. Anche le proprietà microbiologiche sono estremamente importanti per la produzione vegetale, ancor più nel caso dell'utilizzo di acqua reflue, pratica sempre più diffusa.
Assistiamo quindi ad un aumento generale della complessità del sistema irriguo che deve, al tempo stesso, efficientarsi e garantire la qualità delle acque in termini chimico fisici e microbiologici.
Monitoraggio della qualità dell'acqua irrigua
Per il controllo delle caratteristiche chimico fisiche dell'acqua sono disponibili vari sistemi che operano una sua filtrazione a monte dell'impianto di irrigazione, attraverso l'utilizzo di differenti tecnologie.
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Per quanto riguarda il trattamento microbiologico, chiamato disinfezione, la pratica prevede l'addizione di composti chimici con effetto biocida. Tali sostanze hanno tuttavia un effetto dannoso sull'ecosistema in quanto presentano un residuo che può essere tossico non solo per i microrganismi ma per tutti gli esseri viventi. A tale inconveniente può porre rimedio una tecnologia piuttosto d'avanguardia che prevede l'utilizzo dell'ozono, privo di residui.
Ozono nell'impianto di irrigazione
L'utilizzo dell'ozono in agricoltura rappresenta un'avanguardia. Alcune sperimentazioni sul campo, hanno dimostrato l'efficacia dei trattamenti fogliari con acqua ozonizzata nella lotta a fitopatologie legate a funghi e batteri.
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Mentre, sono ancora discussi gli effetti dell'addizione di ozono nell'acqua irrigua anche se il suo utilizzo per disinfettare i componenti dell'impianto di irrigazione risulta estremamente efficace. Ma facciamo un passo indietro, cosa rende l'ozono migliore rispetto ad altre sostanze chimiche?
Ozono, effetto biocida e meccanismo d'azione
L’ozono è una molecola composta da 3 atomi di ossigeno legati tra loro a formare una struttura con un potenziale ossidativo (2.07 Volt) alto e superiore a quello del cloro (1,36 Volt) e del perossido di idrogeno (1,8 Volt). L'ozono ha dunque un'alta reattività. Tra i prodotti del suo decadimento - si consideri che, a seconda del pH, il tempo di dimezzamento a 20 gradi centigradi è di circa 20 minuti -, vi è ossigeno molecolare e radicali liberi dell'ossigeno (ROS), gli agenti che conferiscono il forte potere ossidante.
L'effetto ossidativo dei ROS è il responsabile degli effetti biocida e disinfettante. L'eliminazione di batteri e funghi è determinata dall'effetto dell'ossidazione della componente lipidica della membrana cellulare che causa decompartimentalizzazione e lisi. La forte azione ossidante non si ha solo sui grassi (lipidi) ma su tutte le macromolecole, con la conseguente alterazione della loro struttura e funzione. Inoltre, l'ossidazione inattiva numerosi composti organici ed inorganici.
Meccanismo d'azione della formazione di radicali liberi dell'ossigeno (ROS) dal decadimento della molecola di ozono e conseguente lisi cellulare delle membrane cellulari dei microrganismi
(Fonte foto: Microbiologia Italia e ResearchGate, rielaborazione Agronotizie)
Le proprietà disinfettanti dell'ozono sono sfruttate in numerosi ambiti industriali e sanitari ma sono sempre più utilizzate anche in agricoltura per il trattamento delle acque irrigue. Le soluzioni che prevedono la miscelazione di ozono nell'impianto di irrigazione offrono infatti numerosi vantaggi.
Vantaggi dell'addizione di ozono nell'impianto di irrigazione
"Il successo di utilizzare acqua irrigua ozonizzata è da inserire in una logica di prevenzione del rischio" - afferma nel corso del seminario "L’ozono in irrigazione" Giorgio Zaffani, biotecnologo di Ecofarm. "L'acqua irrigua, sia essa proveniente da bacini di accumulo meteorici, pozzi o fiumi, agisce da agente di captazione di microrganismi provenienti anche da coltivazioni prossimali ed è spesso fonte di contaminazione per le colture - continua l'esperto. In quest'ottica, il trattamento dell'acqua con ozono rappresenta una barriera in ingresso molto efficace in termini di prevenzione e protezione dalle fitopatologie".
Seminario di Ecofarm Storti a titolo "L'ozono in irrigazione" presso Orticoltura Tecnica in Campo
L'effetto biocida dell'ozono, addizionato all'impianto di irrigazione, riduce anche la necessità a ricorrere a trattamenti chimici sulle colture per il controllo delle fitopatologie, in un'ottica di sostenibilità.
Ulteriore vantaggio derivato dall'utilizzo di acqua irrigua miscelata con ozono, è una minore manutenzione dell'impianto stesso. I componenti - aspersori, tubazioni, ali gocciolanti e filtri - succede si ostruiscano a causa della formazione di biofilm batterici o a causa di occlusioni da accumulo di materia organica. La spiccata azione ossidante dell'ozono risulta essere efficacie nella disgregazione del biofilm e della materia organica, a garanzia di una continua efficienza dell'impianto nel tempo.
Filtri di un impianto di irrigazione prima e dopo il trattamento con acqua ozonizzata
(Fonte foto: ZonoSystem)
Al contrario di altre molecole chimiche con azione disinfettante quaole ad esempio il cloro, l'ozono non rilascia residuo in ambiente. Il principale prodotto di reazione, come descritto nel paragrafo precedente, è rappresentato dall'ossigeno molecolare. L'effetto che si osserva è un aumento del contenuto di ossigeno nell'acqua che diventa addirittura interessante nel caso di approvvigionamento da bacini irrigui stagni, dove l'aumento delle temperature produce una diminuzione drastica del contenuto di ossigeno.
Macchine per la generazione dell'ozono
Osservati i numerosi vantaggi dell'addizione di ozono nell'impianto di irrigazione, andiamo a vedere un po' più da vicino l'architettura di un generatore di ozono. La corta emivita della molecola di ozono, composta da 3 atomi di ossigeno, non consente al gas di essere immagazzinato o trasportato, occorre generarlo in loco.
Generatore di ozono per l'irrigazione di Ecofarm Storti
(Fonte foto: Ecofarm Storti)
I generatori di ozono sono macchine che convertono l'ossigeno in ozono attraverso una reazione endoergonica, cioè che richiede energia per avvenire. Come fonte di ossigeno si può utilizzare l'aria atmosferica opportunamente filtrata ed essiccata (punto di rugiada -50 gradi) per favorire la reazione evitando la produzione di ossidi di azoto (NOx). Per ovviare tali reazioni indesiderate è diffuso l'utilizzo di una soluzione di ossigeno puro (95%) in ingresso, con l'ulteriore effetto di incrementare le rese di produzione.
Determinata la fonte di ossigeno, la reazione è condotta attraverso l'applicazione di un campo elettrico ad alto voltaggio. I due atomi della stabile molecola di ossigeno (O2) si separano ed ognuno si lega con un'altra molecola di ossigeno molecolare (O2), formando l'ozono (O3).
Meccanismo di formazione della molecola di ozono
(Fonte foto: Fluid03 e DMT, modificata)
A questo punto, il gas prodotto viene iniettato in acqua attraverso un sistema Venturi a cui segue un processo di miscelazione per raggiungere la concentrazione desiderata che varia a seconda della qualità dell'acqua in ingresso e della portata del sistema di irrigazione.
Le concentrazioni necessarie per un'azione efficacie - indicate da Ecofarm, azienda del gruppo Storti, produttrice di generatori di ozono per l'ambito agricolo - sono tra i 700 e i 900 millivolt. L'unità di misura in volt indica il potenziale di ossidoriduzione dell'acqua ozonizzata, cioè la tendenza ad acquisire elettroni, ovvero ad essere ridotta.
Un peculiarità dei generatori di ozono è la capacità di trattare grandi portate di acqua, anche fino a 200 metri cubi l'ora, caratteristica che rende il sistema adatto anche ad impianti di ampie dimensioni.
Dove inserire il generatore di ozono nell'impianto di irrigazione
Generalmente un generatore di ozono, una volta applicato e impostata la concentrazione desiderata, funziona automaticamente. Ovvero, il sistema si occupa di produrre ozono, iniettarlo nelle tubazioni e controllarne la quantità, senza che sia necessario intervenire manualmente. Sono presenti sensori per garantire che non ci siano perdite di ozono dal sistema, potenzialmente tossiche per l'uomo a seconda della concentrazione.
Sul mercato esistono diverse scelte di generatori di ozono per l'ambito agricolo, più o meno personalizzate a seconda delle esigenze. La caratteristica che le accomuna è la facilità di implementazione e la compatibilità con gli impianti preesistenti. Non è quindi necessario riprogettare l'impianto di irrigazione, basta semplicemente allacciare l'acqua in ingresso e in uscita, inserendo il generatore di ozono direttamente in linea o all'interno di un serbatoio di irrigazione.
Differenti strategie di collocamento di un generatore di ozono all'interno dell'impianto di irrigazione
(Fonte foto: ZonoSystem, modificata)
Nel primo caso, non si ha la necessità di avere un bacino di accumulo, nel secondo l'acqua viene trattata prima che entri nei tubi, con la conseguenza positiva di limitare la formazione di biofilm ed eventuali ostruzioni da sostanza organica.
Una terza possibilità è di inserire il generatore di ozono all'interno dell'invaso/stagno utilizzato come fonte di acqua irrigua. Procedendo in tal senso si previene il fenomeno di eutrofizzazione dell'acqua e si migliorano i livelli di ossigeno disciolto, a tutto favore del controllo delle specie invasive.
