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descrizione delle 6 aree tematiche dell'istituto

ANALISI E GESTIONE INTEGRATA DELL’INFORMAZIONE E SMART TECHNOLOGIES

La rapida evoluzione delle tecnologie digitali dell’informazione e della comunicazione (ICT), accentuano considerevolmente le necessità e le potenzialità di integrazione con la finalità di rendere i dati fruibili ed intellegibili. La curva iperbolica di crescita di tali tecnologie, lascia intravedere scenari di interesse scientifico sempre più interessanti con sistemi più potenti ed universali, con opportunità inedite anche nel settore della ricerca ambientale ed in particolare delle acque, che trasversalmente attraversano ed interessano tutte le matrici ambientali. Le innovazioni più significative riguardano i “modelli di computing” che sono alla base della gestione integrata delle informazioni, la cui concreta applicazione passa attraverso l’acquisizione e la gestione del più ampio numero di dati digitali (con tecniche big data, di business intelligence, etc.) attraverso strategie che vedono impegnati i Governi del mondo

Obiettivi

Tra gli obiettivi di interesse consideriamo:

  1. la messa a punto di metodologie e processi da standardizzare relativi alle fasi di acquisizione, trattamento e successiva elaborazione e gestione integrata di dati provenienti da fonti eterogenee di diversi dispositivi di acquisizione gestiti in data base strutturati (smart technologies and sensors, telerilevamento, proximal sensing, GPS, etc.) e non strutturati (fotografie, email, informazioni prese dai social network, etc.)
  2. “machine learning” e “soft computing” per la modellizzazione di fenomeni ambientali e la previsione di scenari futuri
  3. infrastrutture di “cloud computing” per l’elaborazione di dati a scale spaziali multiple
  4. metodologie di “spatial data mining” ambientale basato su paradigmi “open source” regolamentato dai “creative commons”
  5. calcolo ed interpretazione di test statistici basati sul paradigma della “visual statistics” con applicazioni in ambito industriale e di “human health”
  6. sensoristica di nuova generazione per l’analisi in tempo reale delle caratteristiche fisico-chimiche di sistemi idrici naturali e artificiali

CARATTERIZZAZIONE E BONIFICA DI SITI CONTAMINATI

Le urgenze legate al risanamento ambientale di un numero sempre crescente di matrici contaminate spingono verso lo sviluppo di tecnologie innovative di caratterizzazione e di intervento che consentano un rapido ed efficiente recupero delle aree da bonificare e di esplorare nuove potenzialità microbiche per la biodegradazione di contaminanti inclusi quelli emergenti

Obiettivi

  1. Sviluppo di nuove tecnologie di bonifica
    • tecnologie di biorisanamento in situ con minimo impatto ambientale e costi sostenibili basate sulla capacità dei microrganismi ambientali di metabolizzare un gran numero di sostanze organiche di origine xenobiotica quali solventi clorurati, pesticidi, PCB e, recentemente, contaminanti emergenti
    • nuove e più sostenibili tecnologie di risanamento basate sull’impiego di elettrodi come donatori o accettori di elettroni nel metabolismo microbico
    • biorimedio fitoassistito o fitorimedio bioassitito o pianta assistito, che sfrutta l’azione sinergica che si instaura nella rizosfera tra l’apparato radicale delle piante e i microorganismi per rimuovere, trasformare o contenere sostanze tossiche presenti nei sedimenti, acque e suoli
    • trattamenti di ossidazione avanzata (AOP), basati principalmente su processi di ozonizzazione potenziati con acqua ossigenata e processi UV potenziati con acqua ossigenata e/o catalizzatori, per la bonifica di acque e/o suoli/sedimenti contaminati da composti organici tossici
    • trattamenti con polimeri adsorbenti per il biorisanamento ex situ di suoli contaminati
    • trattamenti di macinazione meccanica ad alta energia in grado di incrementare le potenzialità catalitiche dei substrati naturali e gli ossidi/idrossidi, nella degradazione di xenobiotici organici e nell’immobilizzazione di quelli inorganici
  2. Definizione e sfruttamento delle potenzialità metaboliche di batteri ambientali e loro impiego ai fini del biorisanamento di matrici contaminate mediante l’applicazione di tecnologie biomolecolari avanzate incluse le tecniche omiche
  3. Sviluppo di metodologie innovative per la caratterizzazione, il monitoraggio ed il recupero ambientale di aree inquinate e/o interessate da altri rilevanti fenomeni di degrado (erosione, impoverimento sostanza organica, desertificazione, ecc)

RECUPERO DI RISORSE ED ENERGIA DAL TRATTAMENTO DI REFLUI, RIFIUTI, BIOMASSE

Al fine di contribuire all’implementazione di una economia circolare, si consolida la necessità di processi e tecnologie, ambientali e sostenibili, volti a valorizzare reflui, rifiuti e biomasse attraverso il riutilizzo, il riciclo ed il recupero sia in forma energetica sia in forma di prodotti ad alto valore aggiunto. Tale approccio si integra perfettamente nel concetto di “bio-raffineria” intesa come piattaforma tecnico-scientifica che opera la trasformazione di scarti, rifiuti, reflui in componenti quali biogas, prodotti chimici, biomolecole, mediante appunto una serie di processi e tecnologie sostenibili

Obiettivi

  • Incrementare il trattamento anaerobico di biomasse, reflui e fanghi tramite la messa a punto e lo sviluppo di tecnologie innovative per massimizzare il recupero di biometano e/o bioidrogeno e di nutrienti
  • Valorizzare sia la componente lipidica (dove significativamente presente) che la componente ligno-cellulosica di biomasse e rifiuti tramite l’ottimizzazione di trattamenti chimici per la produzione di prodotti ad elevato valore aggiunto, con potenziale applicativo in molti settori
  • Sviluppare modelli di simulazione per la valutazione dei potenziali recuperi in termini di energia e/o risorse dal trattamento di fanghi, reflui e rifiuti
  • Minimizzare il rischio per la salute umana in processi di riuso delle acque reflue trattate attraverso un’attenta valutazione del destino dell’antibiotico resistenza e della carica patogena.

PROCESSI E TECNOLOGIE INNOVATIVE PER IL TRATTAMENTO DELLE ACQUE

I processi e le tecnologie per il trattamento delle acque devono rispondere a nuove sfide determinate dalla salvaguardia della salute umana e dell’ambiente quali l’incremento dei costi dell’energia, la minimizzazione della produzione di residui solidi, la necessità di rimozione di composti pericolosi presenti in tracce o in concentrazioni molto elevate, la rimozione di inquinanti persistenti e di nutrienti imposta da limiti legislativi progressivamente più stringenti, l’esaurimento di alcune risorse quali il fosforo, il raggiungimento di elevati standard di qualità per le acque destinate al consumo umano e al riuso.

Obiettivi

Gli obiettivi delle attività afferenti all’area tematica sono volti, pertanto, allo sviluppo di processi e tecnologie di trattamento caratterizzati da:

  • Sostenibilità intesa come migliore gestione e recupero delle risorse a tutela della salute umana e alla riduzione dell’impatto ambientale
  • Efficiente rimozione e recupero di nutrienti per la protezione dei corpi idrici ricettori e per incentivare il riuso degli effluenti depurati
  • Gestione ottimale dell’energia volta alla riduzione dei consumi e al recupero del potenziale energetico presente nel refluo
  • Rimozione di inquinanti caratterizzati da tossicità e persistenza presenti sia in reflui urbani che industriali a diversi livelli di concentrazione
  • Elevati standard di qualità per garantire la sicurezza delle acque destinate ad uso potabile e alle diverse forme di riutilizzo
  • Selezione e caratterizzazione delle comunità microbiche finalizzata all’ottimizzazione delle prestazioni dei processi biologici.

Il raggiungimento di tali obiettivi è supportato da attività trasversali quali lo sviluppo di tecniche avanzate di monitoraggio e la modellizzazione dei processi con l’obiettivo di avere una caratterizzazione completa dei sistemi investigati ai fini della valutazione delle loro potenzialità applicative.

FUNZIONALITÀ DEGLI ECOSISTEMI ACQUATICI, COMPORTAMENTO DEI CONTAMINANTI E RELATIVI EFFETTI

L’obiettivo generale della tematica riguarda il funzionamento degli ecosistemi acquatici in condizioni naturali e in relazione alle pressioni antropiche.

Obiettivi

Gli obiettivi scientifici si differenziano per il target specifico delle ricerche condotte e si possono ricondurre a:

  • studio dei processi di accumulo, trasformazione e rimozione dei nutrienti nell'ecosistema fluviale;
  • studio delle relazioni strutturali e funzionali tra le comunità macrobentoniche dei fiumi, habitat e gli stressor ambientali, con riferimento all'autoecologia e alla tassonomia di alcuni taxa di particolare importanza e all'individuazione di specifici indicatori ambientali;
  • ottimizzazione dei protocolli di classificazione dello stato ecologico;
  • risposta dei parametri strutturali e funzionali delle comunità microbiche alle variazioni ambientali e agli inquinanti;
  • biodiversità e funzionalità del comparto microbico lungo il continuum tra ecosistemi di acqua dolce e ambienti marino-costieri ed in ambienti estremi (sorgenti di CO2);
  • ecologia molecolare, con particolare riferimento alla conservazione della biodiversità a livello genetico (es. frammentazione degli habitat), alla tossicologia evolutiva (es. effetti transgenerazionali dei contaminanti) ed alla filogenesi molecolare;
  • effetti dei cambiamenti climatici sui cicli biogeochimici in ambienti di alta quota;
  • dinamica ambientale di contaminanti prioritari e emergenti e interazione con gli organismi in ecosistemi acquatici temperati e polari;
  • studio degli effetti tossici dovuti alla contaminazione di tipo chimico sugli organismi acquatici e ricerca di marker di esposizione e di danno applicati a più livelli di complessità biologica;
  • bioaccumulo, metabolizzazione e ripartizioni di inquinanti in corpi idrici superficiali (fiumi e laghi)
  • valutazione del rischio ecologico associato a sedimenti contaminanti;
  • trasporto e caratterizzazione della sostanza organica in relazione allo studio di processi biologici e suo ruolo nella mobilità e trasformazione di inquinanti organici ed inorganici;
  • studio di inquinanti e microinquinanti inorganici in acqua e suolo: sorgenti, diffusione ed impatto ambientale.

GESTIONE SOSTENIBILE DELLE RISORSE IDRICHE

La Gestione Sostenibile delle Risorse Idriche (SWRM) è un processo che promuove l’utilizzo responsabile della risorsa acqua e la conservazione delle risorse ambientali ad essa correlate, al fine di raggiungere e sostenere il benessere economico e sociale, senza compromettere la sostenibilità nel tempo degli ecosistemi dipendenti dal ciclo dell’acqua. La SWRM si esplica a livello territoriale perseguendo gli obiettivi sotto elencati: promuovere un approccio trans-disciplinare e multisettoriale nella gestione della risorsa integrando gli aspetti scientifici, tecnologici, socio-economici, ambientali e sanitari; pianificare l’utilizzazione sostenibile delle risorse idriche sulla base delle necessità delle comunità, delle strategie di sviluppo nazionale e dei possibili scenari di cambiamento climatico; predisporre, valutare ed implementare progetti e programmi economicamente e socialmente sostenibili sulla base di un’ampia partecipazione pubblica; identificare, implementare e rafforzare appropriati meccanismi socio-istituzionali, normativi e finanziari per assicurare che le politiche dell’acqua e la loro attuazione siano un punto focale per il progresso sociale e la crescita economica.

Obiettivi

L’IRSA in questa area tematica si pone i seguenti obiettivi:

  • Sviluppo di conoscenze teoriche e applicative nel campo dell’idrologia delle acque sotterranee finalizzate a valutare le disponibilità idriche ed il destino di sostanze inquinanti nei mezzi saturi e non saturi utilizzando tecniche differenti (traccianti, geofisiche, idrauliche) e sperimentazioni in campo ed in laboratorio.
  • Sviluppo di modelli concettuali e matematici per la valutazione delle disponibilità idriche, dell’impatto antropico, delle concentrazioni di inquinanti e per il bilancio tra disponibilità e domanda idrica anche in realazione aii cambiamenti climatici;
  • Individuazione di tecnologie, elaborazione di liste di misure gestionali ed organizzative adeguate all’ambiente mediterraneo finalizzate al contenimento dei consumi idrici e dell’inquinamento diffuso, per la rinaturalizzazione dei corpi idrici, per il miglioramento della ritenzione idrica nei suoli.
  • Sviluppo di sistemi integrati ed interoperabili per il monitoraggio in continuo quali quantitativo della risorsa idrica anche utilizzando dati provenienti da piattaforme remote; integrazione di soft-data all’interno di sistemi di monitoraggio tradizionali mediante l’utilizzo di metodi partecipativi, e metodologie di collective decision making; metodi per il trattamento, la stima e la riduzione dell'incertezza associata a dati ambientali