Le terre rare dell'industria e degli ospedali finiscono nelle acque reflue

Senza i metalli delle terre rare, oggi non funzionerebbe quasi nulla. Non ci sarebbero smartphone, schermi piatti, lampade a LED, batterie, motori elettrici e molti altri dispositivi elettronici. Nell'industria high-tech, ad esempio nei settori dell'automobile, dell'elettronica, dell'energia e della medicina, non è più possibile immaginare la vita senza queste preziose materie prime. È quindi sempre più interessante sapere dove le terre rare scompaiono dopo l'uso.

Su incarico dell'Ufficio federale dell'ambiente (UFAM), l'Istituto di ricerca sulle acque Eawag ha analizzato per la prima volta da vicino le terre rare presenti nelle acque reflue svizzere. Un team di ricercatori dei due dipartimenti di Ingegneria dei processi e di Risorse idriche e acqua potabile ha esaminato i fanghi di depurazione di 63 impianti di trattamento delle acque reflue svizzeri (WWTP). Prima di tutto, le terre rare utilizzate nell'industria e negli ospedali finiscono spesso nelle acque reflue.

Sfida: distinguere tra fonti naturali e fonti antropiche

In primo luogo, il team di ricerca ha stimato le quantità di terre rare provenienti da fonti naturali. Questo è l'unico modo per valutare la percentuale aggiunta dall'uomo. Per farlo, i ricercatori hanno analizzato campioni di terreno provenienti dalla Svizzera, prendendo in considerazione i cosiddetti valori PAAS (scisti australiani post-arcaici), che riflettono la composizione media delle terre rare nella crosta terrestre. In questo modo hanno ottenuto la composizione naturale delle terre rare in Svizzera - il modello di fondo. Inoltre, il team di ricerca ha sviluppato due nuovi metodi per dedurre la percentuale di fonti industriali dalle concentrazioni misurate nelle acque reflue e dal modello naturale.

Il risultato: Nei fanghi di depurazione della maggior parte degli impianti di depurazione, le concentrazioni di terre rare trovate corrispondono al modello di fondo naturale. Tuttavia, in alcuni impianti di depurazione, in particolare quelli di Yverdon, Bioggio, Hofen e Thal, le concentrazioni di singole terre rare sono risultate significativamente elevate. Il team di ricerca conclude che le terre rare non sono utilizzate su larga scala, ma provengono da applicazioni altamente specializzate nell'industria.

Le concentrazioni più elevate sono state registrate per Cerio (chiamato anche cerio) è stato rilevato. Il biossido di cerio è spesso utilizzato come abrasivo nell'industria. Estrapolando il dato per la Svizzera, ogni anno più di 4000 chilogrammi di cerio raggiungono gli impianti di trattamento delle acque reflue, circa la metà dei quali provenienti da applicazioni industriali. Una percentuale molto elevata, circa il 95%, rimane nei fanghi di depurazione. Il resto finisce nell'ambiente. I ricercatori ipotizzano quindi che nel prossimo futuro si troveranno concentrazioni elevate di cerio anche nei laghi, nei fiumi e nelle acque sotterranee.

Le terre rare, come il cerio (Ce) e il Gadolinio (Gd) presenti in natura, ma sempre più utilizzati anche in ambito industriale e ospedaliero. Le terre rare entrano negli impianti di trattamento delle acque reflue attraverso le acque reflue. Gran parte del cerio viene separato nei fanghi di depurazione. Il gadolinio, tuttavia, viene difficilmente trattenuto nell'impianto di trattamento delle acque reflue e fluisce nell'acqua con le acque reflue trattate. 

Sospetti agenti di contrasto medico come fonte

Un caso particolare è quello del gadolinio: già 20 anni fa sono state rilevate concentrazioni elevate nei corpi idrici in Europa. Si è ipotizzato che la fonte siano le acque reflue degli ospedali. Nell'attuale studio dell'Eawag, i ricercatori hanno trovato circa l'80% del gadolinio totale proveniente da fonti industriali nell'impianto di trattamento delle acque reflue di Ramsen, vicino al lago di Costanza, al confine tra Germania e Svizzera. L'ARA tratta le acque reflue della città di Singen, in Germania, dove si trova un centro oncologico con strutture per la risonanza magnetica. Nella regione vengono prodotti anche agenti di contrasto a base di gadolinio. I risultati confermano quindi la precedente ipotesi che il gadolinio trovato nei fanghi di depurazione sia dovuto alla produzione o all'uso di mezzi di contrasto. Sono già state adottate misure appropriate per ridurre l'immissione di gadolinio industriale nelle acque reflue da parte dell'industria, che porteranno a una netta riduzione del carico di gadolinio.

A differenza delle altre terre rare, la concentrazione di lantanio è elevata nei fanghi di depurazione di quasi tutti gli impianti di depurazione analizzati. Una possibile causa potrebbe essere rappresentata dai processi biologici che alterano la ritenzione del lantanio nei fanghi di depurazione. Un'altra spiegazione potrebbe essere l'uso di fertilizzanti arricchiti di lantanio in agricoltura. Tuttavia, la misura in cui i processi biologici o i fertilizzanti sono responsabili dell'aumento dei valori deve ancora essere studiata più in dettaglio.

Pubblicazione originale: Ralf Kaegi, Alexander Gogos, Andreas Voegelin, Stephan J. Hug, Lenny H.E. Winkel, Andreas M. Buser, Michael Berg: Quantificazione di singoli elementi di terre rare provenienti da fonti industriali nei fanghi di depurazione. Ricerca sull'acqua X. https://doi.org/10.1016/j.wroa.2021.100092

Scheda informativa a cura di Eawag e del Centro Ecotox: Ecotossicità delle terre rare

Informazioni su Bafu: Metalli tecnici rari