Rilievo

Le problematiche connesse alla produzione di rifiuti hanno assunto negli ultimi decenni proporzioni sempre maggiori in relazione al crescente benessere economico, allo sviluppo industriale e all’incremento significativo della popolazione. Nella gerarchia di azioni premiali volte a disciplinare il settore dei rifiuti al primo posto c’è la prevenzione, seguita dal recupero nelle diverse forme (riuso, riciclo e recupero energetico), e infine dallo smaltimento.
La frazione organica dei rifiuti è una miscela complessa prevalentemente costituita da carboidrati, lignina, proteine e grassi, ed altre biomolecole naturali. L’energia chimica contenuta in questi composti organici può essere potenzialmente recuperata per un ulteriore uso agendo sulle molecole (distruggendole, estraendole, trasformandole, ecc).
La stessa analisi vale per i reflui per i quali le risorse potenzialmente recuperabili sono costituite in primo luogo dall’acqua depurata (igienicamente idonea), ma anche dai nutrienti (azoto e fosforo) da impiegare come fertilizzanti in agricoltura. Inoltre, il contenuto energetico dei reflui, presente in forma di energia termica e di energia chimica, è di circa un ordine di grandezza superiore all’energia richiesta nei trattamenti depurativi aerobici tradizionali e consentirebbe la realizzazione di processi depurativi energeticamente auto sostenibili.
L’aumento mondiale della domanda di acqua per l’uso agricolo, industriale e municipale, associata alla riduzione delle risorse idriche sovra sfruttate, ha portato, negli ultimi decenni, ad un incremento dell’utilizzo di strategie di riuso e recupero delle acque. Una delle principali preoccupazioni legate al riuso delle acque è relativa alla possibile diffusione di microrganismi patogeni (batteri, virus o protozoi) e dell’antibiotico resistenza con il conseguente rischio per la salute umana. Un’efficiente capacità di controllo e monitoraggio del destino di questi contaminati è perciò necessaria al fine di ridurre il rischio al minimo.

Ambito internazionale

I molteplici interventi finanziari, in campo ambientale, mirati allo studio e allo sviluppo di tecnologie innovative per il recupero di risorse, hanno sostenuto la ricerca nell’Unione Europea generando importantissimi risultati a livello internazionale. A tal proposito l’IRSA ha coordinato, dal 2011 al 2014, il progetto europeo EC-FP7 “ROUTES: Novel processing routes for effective sewage sludge management”, e coordina EC-FP7 "WATER4CROPS: Integrating biotreated wastewater reuse and valorization with enhanced water use efficiency to support the Green Economy in EU and India", progetti che hanno contribuito ad approfondire diversi aspetti legati a quest’area tematica, dal recupero di risorse (bio-plastiche, nutrienti, energia) da fanghi di depurazione, al riuso e valorizzazione delle acque reflue.
Inoltre, sono stati appena finanziati su tematiche affini anche EURONET-MED WE-MET, TH.E.R.BIO.R, e EU-ACWAPUR

Ambito nazionale

In ambito nazionale i finanziamenti ottenuti per attività di ricerca inerenti alla tematica in oggetto sono stati: PRIN 2012 “WISE”, BIOPOS, Premiale del CNR “Energia Rinnovabile”, Premiale del CNR “Chimica Verde”, Progetto SWaRM-Net (Smart Water Resource Management-Networks), Progetto Cariplo “Recupero ottimizzato di nutrienti da fanghi di depurazione”, Progetto BRIC-INAIL “Bioprocessi innovativi per la valorizzazione di rifiuti organici”

Attività in corso

1. Processi avanzati di digestione anaerobica per la valorizzazione di biomasse e rifiuti in termini di idrogeno, metano e digestato di qualità
2. Caratterizzazione chimica di biomasse organiche di scarto (fanghi di depurazione, rifiuti, scarti agricoli, alghe, ecc.) e valorizzazione di tali biomasse attraverso processi chimici sostenibili
3. Sviluppo di sistemi innovativi per il recupero energetico da biomasse e acque reflue
4. Sviluppo di sistemi anaerobici avanzati per reflui municipali operanti a temperatura ambiente
5. Recupero di energia dal trattamento di reflui urbani mediante impiego di reattori anaerobici high rate e post trattamento aerobico per la rimozione dell’azoto;
6. Recupero termico da processi di trattamento aerobico di acque reflue a bassa produzione di fango.
7. Recupero di fosforo dal trattamento di reflui urbani: modellizzazione finalizzata all’ottimizzazione delle prestazioni
8. Valutazione dei carichi energetici e dei potenziali impatti ambientali relativi a processi di recupero di energia e risorse da reflui, fanghi e rifiuti.
9. Processi avanzati di trattamento dei fanghi di depurazione civili ed industriali
10. Studio del destino dell’antibiotico resistenza e della carica patogena nelle acque: sviluppo di metodi avanzati di monitoraggio finalizzato all’ottimizzazione di processi di trattamento delle acque

Sviluppi futuri

• Nuove filiere produttive, basate su processi anaerobici e termochimici sostenibili, saranno definite ed ottimizzate al fine di massimizzare il potenziale delle biomasse organiche di scarto di varie origini. Sarà sempre valutata sia la convenienza economica ed energetica che l’integrazione di tali processi negli attuali schemi procedurali (a sostituzione parziale o totale di quest’ultimi), con l’obiettivo di conseguire lo stato di “end of waste” per la maggior parte possibile del rifiuto di partenza.
• Sviluppo di sistemi anaerobici a temperatura ambiente per la produzione di biogas ad elevato contenuto di metano.
• Definizione di strategie ottimali per il monitoraggio e controllo della diffusione di determinanti di antibiotico resistenza e di patogeni nei processi di riuso delle acque reflue.
• Ottimizzazione delle procedure di estrazione e purificazione delle risorse da recuperare: ad esempio purificazione del metano con trattamenti innovativi del biogas, membrane, estrazione di composti bioattivi come olii e/o anti-ossidanti tramite impiego di ultrasuoni a bassa energia.