| Sede | Bari |
| Tipologia di contributo | Progetto |
| Tipologia di progetto | Progetti di ricera nazionali |
| Titolo | FOtocatalizzatori NanosTrutturati e RAdiazioNe UV per un’Acqua più PULItA |
| Acronimo | FONTANAPULIA |
| Abstract ITA | Gli obiettivi principali del progetto FONTANAPULIA sono: i) studio e applicazione di procedure innovative per la sintesi di nanomateriali ad elevata attività fotocatalitica, ii) definizione di mezzi e processi per la produzione dei nanomateriali, già sperimentati su scala di laboratorio, su scala pilota (1-5 Kg), iii) studio di tecniche di immobilizzazione dei nanomateriali fotocatalitici su opportuni supporti solidi, iv) progettazione e caratterizzazione di sistemi fotocatalitici prototipali integrabili su impianti di abbattimento pilota, v) progettazione e realizzazione di un impianto pilota per l’abbattimento fotocatalitico di inquinanti organici prioritari ed emergenti in varie tipologie di acque (acqua di falda contaminata, acque di scarico urbane, acque di scarico industriali), vi) sviluppo di sistemi ultrasonori per il controllo del processo di abbattimento (con particolare riferimento al controllo della stabilità del sistema fotocatalitico), vii) sviluppo di nuove metodiche per l’analisi qualitativa e quantitativa del carico inquinante in acque di scarico e viii) studio di impatto ambientale e di Life Cycle Assessment (LCA) sempre più richiesto dalla Comunità Europea per la valutazione dell’impatto ambientale di nuove tecnologie di depurazione quali la tecnologia FONTANAPULIA.
Nel corso del progetto FONTANAPULIA verrà realizzato un impianto pilota innovativo, con capacità depurativa pari a 1-10 m3/h, per l’abbattimento di inquinanti prioritari ed emergenti in diverse tipologie di acqua contaminata: acqua di falda contaminata, acque di scarico urbane e acque di scarico industriali.
L’impianto pilota verrà collaudato su siti industriali realmente inquinati, dove esistono effettive esigenze di depurazione delle acque difficilmente risolvibili con tecnologie convenzionali, per verificare l’efficacia depurativa della soluzione tecnologica proposta. Si prevede di utilizzare il prototipo pilota per: i) la bonifica di acqua di falda contaminata da inquinanti organici prioritari (policlorobifenili presenti in alcuni pozzi dell’Area di Crisi Ambientale di Taranto – si veda la Lettera d’Interesse sottoscritta dalla Dott.ssa Corbelli, Commissario Straordinario per gli interventi urgenti di bonifica, ambientalizzazione e riqualificazione di Taranto), ii) la rimozione di inquinanti organici emergenti in acque reflue urbane (come stadio di affinamento dopo un trattamento biologico innovativo attualmente in fase di realizzazione presso il depuratore della città di Putignano) e/o iii) la rimozione di tensioattivi da un’acqua di scarico di un insediamento industriale nell’area di Bari. |
| Abstract ENG | * |
| Descrizione estesa ITA | Circa la metà delle nazioni Europee sono interessate da situazioni di “water stress” nelle quali si registrano
scarsità di acqua oppure deterioramento della qualità delle risorse idriche. Di conseguenza, diverse
nazioni Europee hanno considerato la possibilità di riutilizzare acque di scarico urbane, dopo opportuno
trattamento di depurazione, per usi agricoli, industriali ed urbani (non potabili). Il riutilizzo delle acque deve
anche essere considerato nell’ambito del continuo deterioramento delle acque causato dalla sempre crescente
diversificazione dei contaminanti.
È noto che le acque di scarico urbane depurate di tutte le nazioni occidentali contengono residui di farmaci ed
altri inquinanti emergenti a concentrazioni comprese tra i ng/l e i μg/l. La presenza di tali contaminanti nelle
acque reflue depurate conferma che i processi convenzionali di depurazione delle acque reflue non sono
efficaci nel rimuovere completamente i vari inquinanti organici presenti in tali acque e, pertanto, è necessario
disporre di tecnologie di trattamento delle acque più avanzate al fine di ridurre sia il potenziale impatto
ambientale negativo degli effluenti depurati che di attenersi alla legislazione che sta diventando sempre più
restrittiva.
Per minimizzare la presenza degli inquinanti prioritari ed emergenti nelle acque è necessario utilizzare
nuove tecnologie di depurazione, molto più efficaci delle tecnologie convenzionali, quali i processi di
ossidazione avanzata (advanced oxidation processes, AOP). Tra i processi AOP vi sono anche delle
configurazioni tecnologiche che consentono di rimuovere gli inquinanti organici impiegando la combinazione di
radiazione ultravioletta (UV) e catalizzatori (processo noto come fotocatalisi). Tale combinazione risulta
molto interessante in quanto consente di evitare del tutto l’utilizzo di reagenti chimici e, pertanto, risulta essere
particolarmente green. Particolarmente innovativo è l’utilizzo di catalizzatori supportati su o integrati in
matrici solide, al fine di evitare l’impiego dei catalizzatori convenzionali in polvere la cui rimozione alla fine del
trattamento di depurazione risulta essere molto problematica.
Gli obiettivi principali del progetto FONTANAPULIA sono: i) studio e applicazione di procedure innovative
per la sintesi di nanomateriali ad elevata attività fotocatalitica, ii) definizione di mezzi e processi per la
produzione dei nanomateriali, già sperimentati su scala di laboratorio, su scala pilota (1-5 Kg), iii) studio
di tecniche di immobilizzazione dei nanomateriali fotocatalitici su opportuni supporti solidi, iv)
progettazione e caratterizzazione di sistemi fotocatalitici prototipali integrabili su impianti di abbattimento
pilota, v) progettazione e realizzazione di un impianto pilota per l’abbattimento fotocatalitico di inquinanti
organici prioritari ed emergenti in varie tipologie di acque (acqua di falda contaminata, acque di scarico urbane,
acque di scarico industriali), vi) sviluppo di sistemi ultrasonori per il controllo del processo di
abbattimento (con particolare riferimento al controllo della stabilità del sistema fotocatalitico), vii) sviluppo di
nuove metodiche per l’analisi qualitativa e quantitativa del carico inquinante in acque di scarico e viii)
studio di impatto ambientale e di Life Cycle Assessment (LCA) sempre più richiesto dalla Comunità Europea
per la valutazione dell’impatto ambientale di nuove tecnologie di depurazione quali la tecnologia
FONTANAPULIA.
Nel corso del progetto FONTANAPULIA verrà realizzato un impianto pilota innovativo, con capacità
depurativa pari a 1-10 m3/h, per l’abbattimento di inquinanti prioritari ed emergenti in diverse tipologie di
acqua contaminata: acqua di falda contaminata, acque di scarico urbane e acque di scarico industriali.
L’impianto pilota verrà collaudato su siti industriali realmente inquinati, dove esistono effettive esigenze
di depurazione delle acque difficilmente risolvibili con tecnologie convenzionali, per verificare l’efficacia
depurativa della soluzione tecnologica proposta. Si prevede di utilizzare il prototipo pilota per: i) la bonifica di
acqua di falda contaminata da inquinanti organici prioritari (policlorobifenili presenti in alcuni pozzi
dell’Area di Crisi Ambientale di Taranto – si veda la Lettera d’Interesse sottoscritta dalla Dott.ssa Corbelli,
Commissario Straordinario per gli interventi urgenti di bonifica, ambientalizzazione e riqualificazione di
Taranto), ii) la rimozione di inquinanti organici emergenti in acque reflue urbane (come stadio di affinamento
dopo un trattamento biologico innovativo attualmente in fase di realizzazione presso il depuratore della città di
Putignano) e/o iii) la rimozione di tensioattivi da un’acqua di scarico di un insediamento industriale
nell’area di Bari. |
| Rilevanza scientifica e risultati ITA | In un momento di crescente preoccupazione per l’inquinamento ambientale, la realizzazione di tecnologie
innovative in grado di purificare opportunamente le acque contaminate risulta essere particolarmente
importante. L’Italia, come anche circa la metà degli Stati della Comunità Europea, vive difficili problematiche
legate alla scarsità di acqua, sia in termini di quantità che di deterioramento della qualità.
È stimato che una percentuale compresa tra il 20 ed il 40% dell’acqua disponibile, in Italia come in Europa,
viene smaltita come acqua di scarico. Inoltre, vari inquinanti prioritari (cioè inclusi nelle normative vigenti)
ed emergenti (cioè non inclusi nelle normative vigenti, ma che la letteratura scientifica internazionale descrive
come potenzialmente pericolosi) sono continuamente immessi nei corpi idrici superficiali, in quanto non
completamente rimossi dagli impianti di trattamento delle acque reflue urbane ed industriali, causando la
compromissione degli ecosistemi. Di conseguenza, la problematica della contaminazione delle acque da
inquinanti organici riguarda sia le acque di falda che l’efficace depurazione delle acque reflue.
Relativamente alle acque di falda, il problema dell’inquinamento delle falde in acquiferi alluvionali e/o
fratturati da parte dei contaminanti organici di svariata natura chimica (idrocarburi aromatici ed alogenati,
composti acrilici alogenati, pesticidi, ecc.) è particolarmente rilevante in numerose zone dell'Italia (in
particolare, in quelle industrializzate in tempi recenti o remoti) e molto spesso aggravato per l’elevata
persistenza e tossicità di numerosi di questi composti con i connessi rischi anche a livello sanitario. Accanto alle
tecnologie di tipo convenzionale utilizzate per la purificazione delle acque (attualmente le tecnologie
maggiormente impiegate in Italia per la rimozione di inquinanti organici sono basate su carboni attivi: questa
tecnologia non risulta essere appropriata dal punto di vista ambientale in quanto: i. consente solo il
trasferimento del carico inquinante da una fase – acquosa - ad un’altra – solida - senza risolvere il
problema ambientale e ii. i carboni attivi esausti devono essere poi smaltiti o rigenerati con conseguenti costi
operativi e ricadute ambientali), si stanno progressivamente affermando tecnologie innovative denominate AOT
(Advanced Oxidation Technologies), particolarmente efficaci nel rimuovere inquinanti organici difficilmente
biodegradabili quali trialometani, solventi organici, fitofarmaci, ecc.
Relativamente all’efficace depurazione delle acque reflue, diverse autorità nazionali degli Stati membri
della Comunità Europea stanno prendendo in considerazione l’utilizzo di acque reflue depurate, sia in ambito
urbano che industriale, per mitigare il problema della scarsità di risorse idriche.
È opportuno sottolineare che gli impianti di trattamento delle acque reflue, che normalmente
comprendono un trattamento primario (chimico-fisico) e un trattamento secondario (biologico ossidativo) ed
una disinfezione, non sono progettati per la rimozione efficace di inquinanti prioritari e/o emergenti e
risulta quindi necessario ricorrere alla tecnologia AOT che consentirebbe la rimozione di vari contaminanti
organici inclusi quelli emergenti. In particolare, gli inquinanti emergenti, che sono normalmente presenti nelle
acque reflue a concentrazioni comprese tra pochi ng/l e diversi μg/l, consistono in una moltitudine di composti
organici di origine antropogenica che includono residui di farmaci, di prodotti per la cura personale, di
ormoni steroidei, di composti usati nell’industria e di molti altri. La loro presenza a basse concentrazioni
non solo complica la loro rilevazione e le procedure di analisi, ma pone anche notevoli sfide per i trattamenti di
depurazione delle acque. Tali composti sono stati presi in considerazione dalle direttive comunitarie quale la
Direttiva 2013/39/EU che rinforza diversi aspetti tra cui: i) la valutazione della qualità dei comparti
acquatici, ii) il principio “chi inquina paga”, iii) la necessità di disporre di tecnologie di trattamento delle acque
innovative ed economicamente praticabili, iv) l’identificazione delle cause dell’inquinamento e di una lista di
inquinanti prioritari da monitorare. Inoltre, con la Decisione 2015/495 del 20/03/2015, è stata definita
una watch list di altri 10 composti inquinanti.
Le tecnologie AOT, come precedentemente citato, sono basate sulla formazione di radicali idrossilici e possono
essere realizzate mediante ozono ed acqua ossigenata, radiazioni ultraviolette ed acqua ossigenata e radiazioni
ultraviolette e catalizzatori basati su biossido di titanio.
Relativamente a quest’ultima opzione, i catalizzatori comunemente utilizzati consistono in polveri di
biossido di titanio che sono di difficile rimozione dalla fase acquosa soggetta a trattamento con tecnologia AOT.
In questa prospettiva, la fotocatalisi eterogenea assistita da biossido di titanio (TiO2), nelle forme
cristalline di anatasio, rutilo e brookite, rappresenta una delle alternative più interessanti, offrendo una
tecnologia sostenibile ed environmental friendly, dato che non richiede l’utilizzo di reagenti chimici, come
avviene durante l’impiego della tecnologia UV/H2O2 che rappresenta il riferimento a livello internazionale e che
sarà comunque presa come riferimento nel progetto FONTANAPULIA. I fotocatalizzatori disponibili in
commercio, come il TiO2 Degussa P25, sono generalmente utilizzati in sospensione acquosa per sfruttare il
massimo numero di siti superficiali disponibili. Tuttavia, le dimensioni micrometriche degli aggregati di
nanoparticelle P25 rende difficile il recupero del catalizzatore al termine del trattamento, impedendone allo
stesso tempo il riciclo. Inoltre, esiste il problema dell’effetto ombra, esercitato dalla sospensione del
fotocatalizzatore rispetto alla radiazione, che risulta in una riduzione dell’intensità della radiazione stessa.
Tra i numerosi sforzi compiuti per superare queste limitazioni, è stata, in particolare, esplorata la possibilità di
immobilizzare il fotocatalizzatore su un opportuno substrato, quale il vetro, l’acciaio, tessuti, fibra di
vetro, carboni attivi, avvalendosi anche di matrici in grado di disperdere ed ospitare il catalizzatore stesso, che
rappresenta una valida e promettente soluzione. Nel progetto FONTANAPULIA, il TiO2 nanostrutturato ed altri
nanomateriali innovativi verranno immobilizzati su substrati opportunamente progettati e le dimensioni
nanometriche del catalizzatore, che risultano in un rapporto superficie/volume estremamente alto e quindi in un elevato numero di siti catalitici attivi alla superficie, consentiranno di ridurre la perdita di performance
fotocatalitica, causata dalla riduzione di superficie dovuta all’immobilizzazione. L’applicazione dei nanomateriali
ad attività fotocatalitica sui substrati selezionati verrà condotta avvalendosi di due strategie fondamentali: i)
utilizzo di matrici in grado di disperdere efficacemente le nanoparticelle di fotocatalizzatore e ii) utilizzo
di metodi chimici per la deposizione del semiconduttore nanostrutturato sul substrato, compresi quelli
aventi geometrie complesse, come i supporti curvi da integrare in reattori e in sistemi per il trattamento delle
acque. |
| Fonte di finanziamento ITA | POR Puglia FESR - FSE 2014-2020. Fondo Europeo Sviluppo Regionale. Azione 1.6 – Avviso pubblico “InnoNetwork” approvato con A.D. n.498 del 19/12/2016 e A.D. n.16 del 23/02/2017. |
| Coordinatore | DHITECH – Distretto Tecnologico High Tech Scarl, Lecce |
| Referente IRSA | Giuseppe Mascolo |
| Altro personale coinvolto | Sapia Murgolo, Cristina De Ceglie, Ruggero Ciannarella, Giuseppe Bagnuolo |
| Periodo di attivita | 01/07/2018 - 31/12/2020 |
| Data | 2020-28-12 |
| Altre informazioni ITA | partener coinvolti:
DHITECH – Distretto Tecnologico High Tech Scarl – Scarl
BIOTEC
ASTRA ENGINEERING
CHEMISERVICE
TCT
ECHOLIGHT
Consiglio Nazionale delle Ricerche (NANOTEC, IPCF, IRSA)
Importo totale del progetto: € 1.739.630,96
Importo totale del finanziamento: € 1.323.435,89 |
