Ente o Amministrazione
Consiglio Nazionale delle Ricerche - CNR
Progetto
Controllo dell'inquinamento e recupero ambientale
Titolo
Meccanismi e processi di rimozione di inquinanti dalle acque
Descrizione e sintesi dei contenuti
Nel settore della depurazione delle acque una delle principali motivazioni
che sostiene la domanda di tecnologie e processi innovativi è l’esigenza di
doversi adeguare rapidamente a normative, europee, nazionali e/o regionali
che progressivamente impongono limiti sempre più severi alla qualità degli
scarichi (industriali e/o urbani) e delle risorse idriche destinate alla
potabilizzazione. Le normative che si susseguono, infatti, spesso prendono
in considerazione “nuove” classi di inquinanti organici, frequentemente
non-biodegradabili e tossici, per la cui rimozione i trattamenti di
depurazione convenzionali risultano inefficaci e/o poco sostenibili. A causa
dell’aumento crescente della popolazione residente nelle grandi città, altre
motivazioni pressanti sono la necessità di aumentare la capacità depurativa
degli impianti esistenti (progettati e costruiti molti anni fa per un numero
minore di residenti) senza poterne però aumentare le dimensioni poiché
oramai si trovano al centro di quartieri densamente popolati, nonché
l’esigenza di abbattere gli odori sgradevoli emessi da questi impianti con
tecnologie d’avanguardia. Infine, per quanto riguarda l’inquinamento da
metalli, notevole è l’interesse legato alla possibilità di rimuoverli e
recuperarli da reflui, fanghi e/o suoli con tecnologie a basso impatto
ambientale.
Tutto ciò giustifica l’interesse verso lo sviluppo di processi di
depurazione innovativi che siano più efficienti dal punto di vista
tecnologico e/o più sostenibili dal punto di vista economico e
socio-ambientale.
Obiettivi / Finalità
- Sviluppo e utilizzo di nuovi materiali (es. nano-materiali) che,
sfruttando la luce (solare e/o artificiale), degradano inquinanti
difficilmente biodegradabili; identificazione dei sottoprodotti della
degradazione al fine di valutarne l’eventuale tossicità; progettazione di
reattori che utilizzino tali materiali
- Identificazione ed isolamento dei microrganismi responsabili della
biodegradazione di solventi industriali tossici presenti in molte falde
acquifere al fine di consentire il risanamento delle stesse falde tramite
semplice immissione in falda di tali microrganismi; messa a punto di
strumenti rapidi per l’identificazione di batteri specifici in campioni
ambientali (acqua, suolo, fanghi, ecc.); sviluppo di tecniche specifiche
(markers molecolari) per la valutazione dell’attività dei
microrganismi
- Studio di bioreattori a membrana (MBR) per il ripristino
dell’efficienza depurativa di quegli impianti di depurazione comunali che
trattano scarichi urbani (reflui fognari) e che, a causa del loro attuale
sottodimensionamento dovuto all’aumento della popolazione servita rispetto
a 10-20 anni fa quando furono costruiti, oggi risultano inadeguati;
l’impiego di sistemi a membrana consente di aumentare le efficienze
depurative senza dover aumentare le dimensioni di tali impianti che oramai,
spesso, si trovano al centro di quartieri densamente popolati e quindi
senza spazi disponibili per poterne aumentare le dimensioni
- Studio dei sistemi a membrana per il riuso dei reflui urbani depurati
in agricoltura; tramite tali sistemi è possibile riusare in agricoltura
enormi volumi di acqua che attualmente, invece, vengono scaricati in corpi
idrici superficiali contribuendo peraltro al loro inquinamento
- Studio dei processi di abbattimento dei composti maleodoranti (CO)
provenienti dagli impianti di depurazione di reflui fognari; attualmente
quello dei cattivi odori è un problema molto avvertito dalle popolazioni
residenti nelle vicinanze degli impianti di depurazione; questi studi
intendono sviluppare, caratterizzare e testare un metodo molto semplice ed
efficace per rimuovere tali odori tramite degradazione biologica
- Studio di nuovi processi per il recupero di metalli pesanti da acque
reflue e fanghi; in particolare, per rimuovere i metalli pesanti dai fanghi
di depurazione si ritiene che la “lisciviazione batterica” rappresenti
un'alternativa economica a basso impatto ambientale di cui occorre
approfondire gli aspetti tecnologici
Competenze e tipologia risorse umane impegnate
- chimico-fisica
- ingegneristica
- biologica
- microbiologica
- biochimica
- elettrochimica
- biometallurgica
Le tecnologie, processi e tecniche utilizzate e/o investigate sono le
seguenti:
- Processi Avanzati di Ossidazione chimica (AOP): raggi UV in presenza o
meno di O3, H2O2 o TiO2 (convenzionale o nanostrutturato)
- Fluorescence In Situ Hybridization (FISH), DGGE (Denaturing Gradient
Gel Electrophoresis) e PCR (Polymerase Chain Reaction)
- Reattori biologici a membrana (MBR)
- Sistemi di filtrazione a membrana (MF)
- Processo Activated Sludge Diffusion (AS Diffusion)
- Processo di lisciviazione batterica
Risorse umane impegnate: 18 unità di personale di cui 9 ricercatori
Partners esterni
Oltre a tutti i partner dei progetti Europei FP6/FP7 (AQUASTRESS;
INNOWATECH, RECLAIM-WATER, NEPTUNE, MBR-TRAIN) e Regionali-Pugliesi
(AS-DIFFUSION, WEDECO, TiO2-NANOMATERIALI), attualmente in corso, cui i
ricercatori della ricerca partecipano, gli stessi ricercatori continuano ad
avere come partner esterni stabili: Istituto di Chimica-Fisica/Università
degli Studi di Bari; EPFL-Politecnico Federale di Losanna; NRC-Egitto;
Università La Sapienza/Roma; University of Queensland/Australia;
Universidade Nova de Lisboa/Portogallo; University of Minnesota/USA;
Università di Bari (Dipt. Scienza delle Produzioni Vegetali, Dipt. di
Clinica Medica Immunologia e Malattie Infettive); Politecnico di Milano
(DIIAR sez. Ambientale); ENEA Trisaia; Politecnico di Bari (Dipt.
Idraulica); Environmental and Life Sciences - Austrian Research Center –
Seibersdorf; Moscow State Institute of Steel and Alloys; Inst. of
Microbiology - National Academy of Sciences of Armenia (Armenia); Dumansky
Institute - National Academy of Sciences of Ukraine (Ucraina); Sereco
(Bari); Acquedotto Pugliese (Bari); FederUtility (Roma); Wedeco-Italia
(Bari); Polimeri-Europa (Brindisi); Austep (Milano); ISPA (Milano); Ecometal
(Brescia).
Risultati ottenuti
- Procedure e criteri per la definizione della trattabilità (possibilità
di depurare) di acque e reflui inquinati da contaminanti
- Organici ambientalmente persistenti (POPs) mediante processi AOP
- Determinazione dei parametri cinetici e chimici dei processi
biodegradativi di composti sintetici (xenobiotici)
- Definizione di set di sonde molecolari per il monitoraggio rapido di
microrganismi che presiedono i processi di biodegradazione in matrici
diverse
- Monitoraggio molecolare di microrganismi patogeni tramite tecniche
avanzate (FISH, PCR, Q- PCR)
- Definizione ed ottimizzazione delle condizioni operative di reattori
MBR e di sistemi di filtrazione MF
- Criteri per la pianificazione a scala regionale del riuso delle acque
reflue in agricoltura
- Identificazione dei parametri critici per la l’implementazione del
processo AS-Diffusion
- Definizione dei criteri di fattibilità del processo di lisciviazione
batterica per la rimozione e recupero di metalli dai fanghi
Impianti utilizzati:
- impianto pilota per il trattamento AOP di acque di falda inquinate da
POPs
- impianto dimostrativo (AS-Diffusion) per la rimozione di cattivi
odori
- impianto dimostrativo MF per il riuso in agricoltura di reflui urbani
depurati
- impianto MBR, scala laboratorio, per il trattamento di reflui
urbani
- impianto combinato AOP+MBR per il trattamento di reflui industriali,
scala laboratorio
Ricadute per processi produttivi
- I processi AOP sono impiegati per la rimozione di inquinanti organici,
tossici e di difficile biodegradabilità (POPs) da acque di scarico
industriali e/o civili e da falde inquinate. Questi processi a differenza
di quelli convenzionali (adsorbimento su carbone attivo o filtrazione a
membrana), non rimuovono i POPs semplicemente trasferendoli dall’acqua ad
un’altra fase, bensì li trasformano completamente in sostanze innocue o
biodegradabili. In tali processi inoltre è possibile impiegare materiali
innovativi quali ad es. i nuovi nanomateriali
- Lo sviluppo di nuove sonde molecolari e l’identificazione di
popolazioni microbiche specifiche responsabili di determinati processi
biodegradativi possono essere sfruttati in processi produttivi di vario
tipo nei settori della sensoristica, del risanamento di siti inquinati e
della produzione di plastiche biodegradabili
- I bioreattori a membrana hanno un elevato potenziale di applicabilità
laddove, pur in mancanza degli spazi necessari, è necessario aumentare la
capacità depurativa degli impianti di depurazione. Inoltre, l’elevata
qualità degli effluenti prodotti dai processi a membrana consente di
riusare, per vari scopi, gli effluenti depurati
- Il processo AS diffusion ha un elevato potenziale di impiego per la
rimozione degli odori presso tutti gli impianti di depurazione di reflui
urbani
- Il processo di lisciviazione batterica potrebbe essere sfruttato nel
settore della depurazione delle acque e/o delle industrie galvaniche
Risposte a bisogni individuali e collettivi
- I processi AOP possono essere impiegati anche per la rimozione di
inquinanti organici pericolosi presenti in risorse idriche (superficiali e
sotterranee) destinate ad un uso potabile. Pertanto, in termini di risposte
a bisogni individuali e collettivi, le ricerche in quest’ambito rivestono
particolare rilevanza
- La possibilità di selezionare popolazioni microbiche specifiche in
grado di degradare “in situ” inquinanti tossici e pericolosi, di fatto,
rende realizzabile il risanamento di siti industriali contaminati con
indubbie ricadute positive in termini sociali, economici ed ambientali
- La possibilità di riutilizzare le acque reflue trattate mediante
bioreattori a membrana, incrementa la disponibilità di risorse idriche per
la collettività. L’adeguamento degli impianti esistenti e la realizzazione
di nuovi impianti di ingombro ridotto hanno positive ricadute
occupazionali, energetiche ed ambientali
- La risposta a bisogni individuali e collettivi attiene all’eliminazione
del notevole fastidio olfattivo associato alla presenza di odori sgradevoli
provenienti da impianti biologici situati in aree residenziali
- La possibilità di detossificare (dai metalli) i fanghi di depurazione
per poi utilizzarli in agricoltura contribuisce a vivere in un ambiente più
sano
