Le membrane autoformanti permettono di unire la filtrazione meccanica alla degradazione biologica \cite{Borea_2019}. Esse si realizzano sovrapponendo una serie di strati di materiale a bassa ed alta porosità; il flusso d’acqua, passando all’interno del corpo della membrana favorisce la creazione di uno strato di materiale biologico che diminuisce la dimensione dei pori e promuove la degradazione biologica del refluo \cite{Millanar_Marfa_2020}. Il permeato, ovvero il liquido che si preleva dopo questo trattamento, presenta un incremento dei parametri di qualità \cite{Naddeo_2020a}.
I batteri nitrificanti e denitrificanti svolgono un ruolo importante nel sistema acquaponico, al contrario, i batteri patogeni costituiscono un pericolo per le specie vegetali e animali \cite{Naddeo_2021a}. Per questo motivo, si è scelto di adottare un sistema di disinfezione sia con ozono che con UV. I batteri patogeni sono microrganismi in grado di moltiplicarsi velocemente, quindi è bene individuarli ed eliminarli. Dal momento che essi non sono facilmente rilevabili, si utilizzano degli organismi indicatori come gli Escherichia Coli, solitamente presenti in grande numero, e quindi semplici da identificare e usare come indice della presenza di altri patogeni \cite{Al_Ali_2020}. Con il trattamento di disinfezione UV si penetra la membrana cellulare dei batteri e ne si causa la morte. Con l’ozono, invece, si creano dei radicali liberi che inattivano gli organismi in breve tempo. Combinando i due processi si ha un miglioramento dell’efficienza di trattamento\cite{Buonerba_2021}.
Lo scopo principale dell’attività è stato quello di valutare e confrontare l’efficienza dei trattamenti avanzati sulla qualità delle acque e sul ciclo dei nutrienti in esse presenti \cite{2020}.
Recenti studi hanno dimostrato la necessità di recuperare i nutrienti dai reflui a causa della crescente domanda di fertilizzanti \cite{Xie_2016}. Le tecniche per il recupero dei nutrienti possono essere di diverso tipo \cite{Oladoja_2015}, \cite{Zhang_2020}, la maggior parte si basa sulla separazione del refluo dai fanghi, ad esempio è possibile utilizzare membrane per realizzare osmosi inversa, distillazione, ultrafiltrazione ed ottenere un fango ricco di nutrienti da utilizzare come fertilizzante \cite{Sch_tte_2015}. Un’alternativa promettente è la precipitazione della struvite, un minerale di fosforo e magnesio, che può essere poi utilizzato come fertilizzante.
Una tecnica per il recupero di nutrienti può essere la loro conversione in biomassa tramite l’utilizzo delle microalghe: dei microrganismi unicellulari che, utilizzando la radiazione solare come fonte energetica e l’anidride carbonica, sintetizzano molecole organiche. Le microalghe assorbono i nutrienti e li convertono in biomassa che può essere utilizzata per realizzare farina di pesce o fertilizzanti, "chiudendo il ciclo" dei nutrienti \cite{Milhazes_Cunha_2017}\cite{Jung_2017} . Le microalghe, infatti, presentano un adeguato contenuto di proteine, lipidi e carboidrati, tali da essere impiegate in sostituzione del mangime ottenendo buoni risultati nella composizione corporea dei pesci \cite{Nie_2020}
In questa sperimentazione sono state allevate Tilapie del Nilo e coltivata insalata Trocadero e del Sarno. Per garantire la crescita ottimale delle tilapie e delle insalate è necessario garantire specifici range di parametri di qualità delle acque. Per monitorare tali grandezze, si è svolto un campionamento bisettimanale delle acque nelle diverse vasche al fine di valutare parametri fisico-chimici (pH, temperatura, potenziale redox (ORP), ossigeno disciolto (%DO, ppmDO), conducibilità e salinità, torbidità, carica batterica patogena, contenuto di carbonio, di anioni e di azoto ammoniacale). L’organizzazione del lavoro sperimentale è stato pianificato in modo dettagliato suddividendo l’attività in due cicli di quattro settimane. Il ciclo tipo ha previsto trattamenti diversi ogni settimana: solo membrana, membrana e UV, membrana e ozono, membrana e ozono+UV. I trattamenti sono stati applicati solo al sistema innovativo per valutarne l’efficacia rispetto a quello convenzionale. La differenza tra i due cicli sperimentali è di tipo tecnologico, infatti nel secondo ciclo sono state apportate delle correzioni: sostituzione della membrana (che era arrivata a fine vita), aumento del numero di piante, aumento del numero e del volume di acqua di ricircolo (per migliorare l’interazione tra le diverse unità).