Rilievo

L’incremento della disponibilità delle risorse informative in formato digitale, legato alla crescita esponenziale dei dispositivi elettronici, genera un fabbisogno di ricerca ed innovazione particolarmente utile per la valorizzazione di tali risorse conoscitive.
Disporre di quantitativi enormi di informazioni, in qualsiasi formato e di differente tipologia senza poterli interpretare e leggere in maniera integrata equivale a non averli affatto. Tuttavia non è possibile immaginare di gestire con le sole forze intellettive umane le conoscenze di cui si dispone, sia per limiti di tempo che per l’impossibilità di analizzare compiutamente quantitativi così ampi di informazioni favorendo aggregazioni e confronti ed estraendo aspetti di più evidente utilità. Per tali motivazioni nella gestione della conoscenza complessa, la tecnologia è un fattore irrinunciabile e le metodologie di analisi integrata offrono un importantissimo supporto per l’estrazione di informazioni preziose ai fini della comprensione dei processi ambientali. La stessa valorizzazione delle informazioni raccolte nel passato, rappresenta un’importante sfida allo scopo di evitare il rischio di disperdere preziose risorse informative. E’ necessario sviluppare strumenti utili ad estrarre sistematicamente la conoscenza utile per la gestione del ciclo integrato delle acque, nella complessità legata alla variabilità delle pressioni naturali ed antropiche che quotidianamente si esplicano, affrontando importanti sfide che muovono dalla più completa interoperabilità tra dataset e sistemi informativi eterogenei.
Gli obiettivi avanti richiamati rivestono una funzione di carattere trasversale adeguandosi a numerosissime esigenze di modellizzazione e studio delle risorse ambientali in senso lato ed idriche in particolare. Lo sviluppo di potenti infrastrutture ITC per la misura “real time” in “remote control” e sistemi di storage ed elaborazione di “big data” possono avere ricadute in ambito industriale e dello “human health”

Ambito internazionale

Il CNR-IRSA da tempo svolge un ruolo centrale nella gestione delle risorse idriche, collaborando alla implementazione e gestione di banche dati di livello internazionale, con un costante impegno orientato allo sviluppo di applicazioni innovative sui temi dell’Open Access, del Data Management e dell’Interoperabilità.
Tra i principali programmi a cui l’IRSA collabora citiamo:

• Il programma EU Copernicus
• La GEOSS Common Infrastructure (GCI)
• La Direttiva Europea INSPIRE
• Le iniziative e flagship GEOSS: coordinamento dell’iniziativa GMOS (Global Mercury Observation System); promozione dell’iniziativa GEO-GNOME (Global Network for Observations and information in Mountain Environments)
• I PON e POR legati ai temi della gestione integrate delle informazioni per la tutela delle acque
• L'European Territorial Cooperation Programme WATER.GUARD

Ambito nazionale

Il CNR-IRSA si fa promotore dello sviluppo ed integrazione di dispositivi di acquisizione dati a basso costo attraverso l'implementazione di software dedicato. Sulle tematiche dell’Open Access, Data Management e Interoperability l’IRSA ha partecipato al progetto interdipartimentale GIIDA (2008-2010), collaborando a progettualità coordinate dal CNR tra cui il progetto NextData e il progetto bandiera RITMARE, oltre che il progetto dipartimentale VIGOR quest’ultimo riferito alla valutazione delle potenziali fonti di utilizzazione dell'energia geotermica nelle Regioni della Convergenza, attraverso studi geologici, idrogeologici e idrodinamiche.
A livello nazionale l’IRSA gestisce LIMNO: una banca dati delle principali caratteristiche morfometriche, chimiche, biologiche e antropiche degli ambienti lacustri italiani (laghi naturali, naturali ampliati e artificiali).
Sono attive collaborazioni nell'ambito dell'Accordo Quadro con la Guardia di Finanza per la gestione integrata delle informazioni e con la Marina Militare, per la realizzazione di dispositivi di monitoraggio di variabili ambientali per la messa a punto di tecnologie a basso impatto ambientale per la decontaminazione di suoli. Nell'ambito della smart education le attività in corso si pongono quale obiettivo strategico la connessione tra mercato del lavoro, occupazione dei giovani, stabilizzazione degli occupati e patrimonio di competenze necessario alle imprese per il miglioramento del vantaggio competitivo, nel settore ambientale.
Il CNR-IRSA gestisce numerose banche dati ambientali della Regione Puglia, tra cui l’Anagrafe dei siti da bonificare, le banche sui siti posti sotto sequestro giudiziario, il Sistema informative delle acque sotterranee, n.5 banche dati previste dal "Piano regionale di protezione dell’ambiente, decontaminazione, smaltimento e bonifica ai fini della difesa dai pericoli derivanti dall’amianto in Puglia”, le banche dati per l’assistenza agli agricoltori (irrigazione, trattamenti fitosanitari e piani di concimazione, etc.) e banche dati sulle acque ad uso irriguo e sui suoli agrari.
Infine, la realizzazione della Banca dati tossicologica del suolo e dei prodotti derivati rappresenta un utile strumento di prevenzione dell’inquinamento del suolo, di sostegno alla pianificazione territoriale e di monitoraggio dello stato dell’ambiente e che contiene specifiche informazioni sui principali inquinanti del suolo, oltre a un archivio cartografico del territorio pugliese, e la banca dati delle tecniche di bonifica.

Attività in corso

Numerose attività in corso puntano alla costruzione di quadri conoscitivi territoriali complessi, articolati in banche dati e sistemi informativi territoriali ed analizzabili con il supporto di tecniche di gestione integrata dell’informazione. Tra le numerose progettualità citiamo:

• il progetto Nazionale SWARMNET che punta a coniugare la domanda d’innovazione nel settore della tutela delle risorse idriche attraverso la scelta strategica delle “smart cities” che prevedano un coinvolgimento attivo dei cittadini nella gestione del territorio e nell’attuazione delle politiche ambientali, in stretto raccordo con la strategia Europa 2020
• il progetto Jonico-Salentino per la realizzazione dell'Infrastruttura di dati territoriale utile al Centro Salute e Ambiente per un monitoraggio epidemiologico della popolazione residente nelle Province di Taranto, Brindisi e Lecce in collaborazione con ARPA Puglia ed Università degli Studi di Bari

Più in generale, gli obiettivi dell’area tematica sono oggetto di numerose collaborazioni nazionali ed internazionali, con università, istituti di ricerca e PMI. In particolare, sono in corso attività di ricerca in collaborazione con ricercatori dell’Università di Lancaster (Regno Unito), di Valparaiso (Cile), Davis (California-USA), Università di Bari, CONISMa, Politecnico di Bari, Università del Salento, Università di Reggio Calabria, Università di Padova, Università di Torino, CREA-SCA, oltre che di carattere istituzionale con Ministeri, Regioni, Province, Comuni, Commissari di Governo, Guardia di Finanza, Carabinieri, Corpo Forestale dello Stato, etc.

Sviluppi futuri

Nel prossimo futuro sarà conferito un forte impulso alle attività strettamente connesse con le Smart Technologies, utilizzandole efficacemente sia per l'acquisizione delle informazioni che per la gestione in tempo reale di decisioni, oltre che per scambi bidirezionali delle informazioni con le Smart Communities. Le attività future sono orientate alla socializzazione delle informazioni ambientali ed alla acquisizione distribuita. In tale direzione saranno sviluppate forme di coprogettazione allo scopo di porre essere strumenti in grado di rispondere efficacemente alle esigenze della utenza pubblica e privata. In continuità con quanto realizzato negli ultimi anni, nelle attività future si farà fortemente ricorso alle metodologie dei Living Labs anche per orientare le attività di ricerca verso applicazioni ritenute di interesse sia da parte della Pubblica Amministrazione che delle imprese e dei cittadini. Le attività di ricerca previste mirano a relazionare aspetti di Smart environment (gestione consapevole, responsabile ed intelligente delle risorse e la lotta all'inquinamento per favorire la qualità della vita) con quelli dello Smart living (salute, educazione, sicurezza, coesione sociale) e Smart economy (fornire al cittadino un ambiente di lavoro innovativo), utilizzando il tessuto connettivo della gestione dell'informazione. Operando in questo modo, si intende supportare i processi di apprendimento collettivo (social learning), che sono alla base dei cambiamenti comportamentali degli attori, sviluppando un marketplace, in grado di facilitare il match tra informazioni ed information need e di supportare la creazione di comunità di interesse. La gestione delle informazioni terrà conto delle seguenti priorità: 1. Puntare all'innovazione aperta ("open innovation"), favorendo il coinvolgimento degli stakeholders in processi trasparenti, collaborativi e sovente non codificati, in cui l'uso delle tecnologie ICT assume spesso un ruolo preponderante. 2. Essere utili per situazioni di vita reale ("real-life settings"). Le informazioni ambientali sono estremamente utili alla collettività per le applicazioni più variegate della vita reale oltre che per la gestione dei processi partecipativi informati. 3. Il coinvolgimento attivo degli utenti finali ("end user engagement") attivando percorsi di "innovazione centrata sugli utenti" ("user centred innovation"), in cui gli stessi utenti possono fornire dati, che dopo essere opportunamente validati o inter-calibrati possono concorrere a generare informazione diffusa 4. La co-creazione e l'innovazione guidata dagli utenti ("user-driven innovation") per i processi di ricerca e sviluppo "co-creativi" o di "innovazione guidata dagli utenti".

Rilievo

La rimozione di inquinanti organici da siti contaminati è una problematica di rilievo sia nazionale che internazionale e la disponibilità di soluzioni tecnologiche alternative ai trattamenti di risanamento ex-situ convenzionalmente utilizzati suscita notevole interesse. In questo contesto si collocano sia le tecnologie ex situ avanzate, in grado di rispondere in tempi rapidi e in modo efficiente a necessità di interventi di bonifica spinti, sia le tecnologie innovative di biorisanamento in situ, che sfruttano le potenzialità metaboliche dei microrganismi presenti nelle matrici contaminate con un maggior controllo della velocità e della resa del processo biodegradativo. Inoltre, il biorimedio fito-assistito è un intervento di risanamento naturale di particolare rilievo nei casi di aree interessate da contaminazione superficiale, diffusa e multipla

Ambito internazionale

Biorisanamento di acque e sedimenti marini contaminati da petrolio: Progetto Europeo FP7 “KILL-SPILL” “Integrated biotechnological solutions for combating marine oil spills”

Ambito nazionale

In ambito nazionale, per le attività inerenti alla tematica in oggetto sono stati attualmente ottenuti i seguenti principali finanziamenti: Progetto bandiera “Ritmare”; Progetto Cariplo bando 2015 “BEVERAGE” (“Bioelectrochemical remediation of groundwater plumes”); progetti con Pubbliche amministrazioni/istituzioni (Commissario Straordinario per le bonifiche di Taranto, Assessorato all’ambiente, rifiuti e bonifiche della Regione Puglia, Autorità di Bacino della Regione Puglia; Policlinico di Bari, Protezione Civile; Provincia di Taranto, Comune di Gallipoli) ed Industrie e imprese del territorio nazionale quali, ASI, Sitael spa, CISA Spa, SIT spa, Progeva s.r.l., tutte le imprese afferenti al DIPAR (distretto produttivo ambiente e riutilizzo), Sysman Progetti & Servizi srl, Ingloba360 srl, Siconet srl, SIT srl.

Attività in corso

• Individuazione di configurazioni reattoristiche e condizioni di processo idonee allo “scaling-up” delle tecnologie bioelettrochimiche di risanamento
• Isolamento di ceppi microbici altamente performanti per la biodegradazione di contaminanti quali solventi clorurati, PCB, idrocarburi e contaminanti emergenti; definizione di specifici biomarcatori ambientali (microrganismi, e geni funzionali) per la valutazione predittiva del potenziale di biorecupero di falde acquifere e sediment marini contaminati
• Applicazione della tecnica di ozonizzazione in fase eterogenea, anche potenziata mediante l’aggiunta di acqua ossigenata, per la bonifica di suoli e sedimenti marini contaminati da PoliCloroBifenili (PCB)
• Applicazione di polimeri assorbenti al biorisanamento ex-situ di suoli contaminati mediante un processo di estrazione-biorigenerazione
• Realizzazione di eco-diagnosi di aree interessate da inquinamento, finalizzate all’identificazione della tipologia di contaminazione e della valutazione dei relativi impatti sulle matrici ambientali. A tal riguardo, la creazione di geodatabase sito-specifici per la gestione dei dati ambientali è funzionale alla definizione di un quadro conoscitivo territoriale integrato, utilizzabile per l’identificazione delle più opportune strategie di mitigazione/bonifica per contrastare problematiche ambientali in atto nelle aree investigate (inquinamento, ecc)
• Principali meccanismi di degradazione di xenobiotici organici (catecolo e pentalocrofenolo) in interazioni meccanochimiche con substrati catalitici quali alcune specifici minerali argillosi (smectiti di- e tri-ottaedriche)

Sviluppi futuri

• Scale-up delle tecnologie in esame ed applicazione per la degradazione di contaminanti ambientali emergenti mediante la selezione di ulteriori composti tra i più diffusi, valutandone la potenziale biodegradazione da parte dei microrganismi nativi delle diverse matrici ambientali, e caratterizzando i consorzi microbici dotati di capacità degradative
• Tecnologie ex situ: scale-up della tecnologia AOP e biorisanamento ex-situ per il recupero di matrici ambientali contaminate mediante l’esecuzione di sperimentazioni in scala pilota e valutazione di dettaglio dei costi operativi del trattamento di bonifica
• Definizione dei principali meccanismi di interazione tra le specie vegetali saggiate ed i microorganismi della rizosfera direttamente coinvolti nei processi di biodegradazione dei policlorobifenili (PCB) e di fitostabilizzazione degli inquinanti inorganici (metalli pesanti)
• Sviluppo di nuovi protocolli sperimentali per la caratterizzazione e il monitoraggio di siti contaminati e degradati, attraverso l'integrazione di dati acquisiti mediante tecniche investigative differenti (tecnologie chimiche, biomolecolari, tecniche di proximal and remote sensing ed indagini geofisiche con georadar, ERT)
• Messa a punto di nuovi protocolli sperimentali meccanochimici per trattamenti di decontaminazione dei suoli inquinati da xenobiotici organici clorurati, da sviluppare in reattori meccanochimici a scala semi-industriale

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.

Rilievo

L’incremento demografico e dell’urbanizzazione, i cambiamenti climatici, i cambiamenti negli stili di vita e la scarsità di risorse necessarie per sostenerli, hanno indotto cambiamenti sostanziali nella gestione e nei trattamenti depurativi dei reflui urbani che si riflettono nello sviluppo di processi e tecnologie in grado di raggiungere elevate efficienze depurative con ridotti consumi energetici, limitato ingombro e ridotta produzione di fanghi. La rimozione dei nutrienti prevede, in particolare per il fosforo, oltre alla rimozione spinta, il loro recupero e il riutilizzo quale fonte di fertilizzanti in agricoltura. Inoltre, viene promosso il riutilizzo delle acque reflue che, opportunamente trattate, sono una fondamentale risorsa idrica integrativa delle fonti convenzionali, soprattutto nelle zone a forte vocazione agricola. Altro aspetto di rilievo è costituito dagli inquinanti organici emergenti, la cui rimozione richiede un trattamento spinto realizzato con reattori biologici ad alta efficienza, trattamenti di ossidazione avanzata (AOPs) o anche la combinazione di trattamenti chimico-fisici e biologici. Tra i contaminanti emergenti vanno considerati anche i determinanti dell’antibiotico resistenza alla cui diffusione contribuiscono in maniera rilevante gli effluenti scaricati nell’ambiente. Una delle principali criticità del trattamento di reflui industriali è costituita dalla presenza, anche ad elevate concentrazioni, di composti xenobiotici scarsamente biodegradabili, che possono esercitare effetti inibitori e/o tossici sui microorganismi cha catalizzano i processi biologici di trattamento. Soluzioni tecnologiche innovative, quali i reattori a doppia fase TPPBs (Two-Phase Partitioning Bioreactors) e il potenziamento della degradazione biologica con l’ossidazione chimica (processo BIO&CHEM sviluppato dall’IRSA) sono in grado di ridurre i problemi legati alla ridotta biodegradabilità e tossicità del refluo consentendo il raggiungimento dei limiti di qualità allo scarico nel rispetto del bilancio tecnico-economico. Gli ambiti di ricerca per le acque destinate al consumo umano comprendono lo sviluppo di metodi di monitoraggio di parametri indicatori dello stato di qualità e del rischio chimico-biologico associato per il controllo delle fasi di trattamento e distribuzione e lo studio di processi di rimozione e di materiali innovativi per il trattamento. In questo contesto si colloca l’impiego di nanoparticelle di ferro quale mezzo adsorbente testato con successo per la rimozione di arsenico. Il recente sviluppo di metodologie avanzate (citofluorimetria, tecniche biomolecolari incluse le omiche, microscopia ad alta risoluzione ecc.), per la descrizione delle comunità microbiche e per il monitoraggio della qualità delle acque, permette di definire la struttura e le potenzialità metaboliche/cinetiche delle biomasse. Tali informazioni sono fondamentali per definire i meccanismi di rimozione e per lo sviluppo di nuove tecnologie.

Ambito internazionale

Gruppi di lavoro L’IRSA partecipa attivamente ai principali gruppi di lavoro internazionali sul riuso delle acque (in particolare in ambito WssTP, EIP Water, EWA, Euraqua) ed è coinvolto nella predisposizione di linee guida e direttive europee in questo settore (“Ad-hoc Task Group on water reuse” della DG ENV).

ProgettiL’Istituto è coinvolto in molteplici progetti di rilevanza internazionale tra cui si segnalano: Water4Crops (www.water4crops.org) e MeProWaRe (Eranet-JPI Water cofunded call “Waterworks2014”) (coordinati dall’IRSA), Demoware (www.demoware.eu), ACWAPUR (Eranet-JPI Water co-funded call “Waterworks2014”), COST WATER2020, COST NEREUS, H2020 BIOWYSE “Biocontamination Integrated cOntrol of Wet sYstems for Space Exploration”

Collaborazioni Sono attive collaborazioni con prestigiose Università ed Istituzioni di ricerca internazionali quali: Dept. of Chemical Engineering, Queen’s University, Kingston, Ontario, Canada; Technical University of Crete (Greece); Accordo di collaborazione internazionale Italia Cina CNR-CAS tra IRSA-CNR e l’Accademia Cinese delle Scienze (CAS); University of Santiago de Compostela (Dept. Chemical Engineering, School of Engineering), Delft University of Technology (Department of Biotechnology), Universitat Autònoma de Barcelona, Universidade Católica Portuguesa, CISA, LENVIROS, Biotech Srl, Plataforma Solar de Almeria, McGill University Montréal, BfG Coblenza, Politecnico Losanna, Università di Porto; CTM Barcelona, Cranfield University, EC-JRC, EAWAG (Switzerland), CIHEAM-IAMB, Instituto Superior Tecnico, Technological Educational Institute of Epirus; Chalmers University of Technology, DHI, INRA (Francia), Notre Dame University (Libano); CNRS (Libano), University of Cyprus. Joint Research Center (EC).

Ambito nazionale

Nel settore specifico dei trattamenti depurativi sono in corso collaborazioni con Università, Istituzioni di ricerca e industrie quali:

• Dipartimento di Chimica dell’Università degli Studi di Bari, Università degli Studi di Palermo, Università degli Studi di Firenze, Università degli Studi di Enna “Kore”, Università degli Studi di Cagliari, Dipartimento di Ingegneria Chimica Università La Sapienza Roma, Università degli Studi di Milano, Università Ca’ Foscari, Università Cattolica del Sacro Cuore, Università di Salerno
• CNR-IPCF, CNR-IENI, POLIMI, CNR-ISM, ENEA
• De Nora Industrie, Centro Ricerche Bracco (CRB), CISA, Iride, CHIMEC, ABVIE, VERITAS

Anche nel settore del riuso delle acque e dei processi di filtrazione di superficie, l’IRSA collabora attivamente con le principali istituzioni di ricerca (Università, CREA, CIHEAM, ENEA), le amministrazioni centrali (ISPRA) e regionali (ARPA Puglia, ARTI), oltre che con numerose aziende, nell’ambito di importanti progetti nazionali (PON Interra, PRIN, PON Aquatec, ecc.). Nel settore di trattamento di acque potabili, l’IRSA ha partecipato ad un progetto PRIN 2010- ed attualmente partecipa al progetto BATA della Fondazione Cariplo in collaborazione con Università degli Studi di Milano per la messa a punto di sistemi di trattamento chimico-biologici di acque destinate al consumo umano contaminate da arsenico.

Attività in corso

Le ricerche in corso sono espressione della multidisciplinarietà che caratterizza l’Istituto e sono riconducibili a diversi ambiti dalla ricerca di base alla sviluppo tecnologico a livello di scale up.

Attività di sviluppo processi e tecnologie di trattamento

- Realizzazione del primo depuratore di reflui urbani in piena scala basato sulla tecnologia SBBGR (Sequencing Batch Biofilter Granular Reactor) caratterizzato da ridotto ingombro e ridotta produzione fanghi. - Studio e sviluppo in scala laboratorio/pilota di processi non-convenzionali per il trattamento dei reflui urbani basati sulla tecnologia SFD MBR (Self Forming Dynamic Membrane BioReactor). - Ottimizzazione di processi e sviluppo di tecnologie per il trattamento fanghi - Rimozione di inquinanti organici emergenti con processi UV potenziati con acqua ossigenata e/o catalizzatori. - Applicazione su scala laboratorio/pilota del processo BIO&CHEM (biologico combinato con ossidazione chimica) sviluppato dall’IRSA per il trattamento di reflui industriali recalcitranti - Sviluppo di bioreattori continui a doppia fase TPPBs (Two-Phase Partitioning Bioreactors) per il trattamento di reflui industriali - Verifica dell’applicabilità di reattori sequenziali TPPBs al trattamento di reflui dell’industria tessile - Applicazioni, metodi e tecnologie per il riuso delle acque reflue depurate, con particolare riferimento ai processi di filtrazione superficiale. - Trattamento di inquinanti inorganici per la produzione di acque potabili: processi chimici e biologici Caratterizzazione microbiologica e controllo di qualità - Studio della rimozione dell’antibiotico resistenza in sistemi biologici di trattamento delle acque reflue e nei trattamenti terziari di disinfezione - Selezione e valutazione di parametri ottimali e metodologie efficaci per il per il monitoraggio della carica patogena e dell’antibiotico resistenza nei processi di trattamento - Utilizzo di metodiche molecolari avanzate e tradizionali nello studio di popolazioni microbiche nei processi biotecnologici di trattamento e nei processi industriali - Metodi di ibridazione in situ associati a microscopia ad alta risoluzione nello studio della dinamica e sviluppo 3D di biofilm microbici - Metodologie avanzate di caratterizzazione per il controllo della qualità microbiologica dell’acqua a bordo della stazioni spaziali Monitoraggio - Sviluppo di metodologie tecniche di monitoraggio per gli impianti di trattamento reflui - Sviluppo di metodologie tecniche di monitoraggio per la determinazione dei parametri di qualità nelle acque destinate ad uso potabile

Sviluppi futuri

L’evoluzione delle attività in ambito tecnologico prevede lo scale up di quelle tecnologie al momento sviluppate a diversi livelli di avanzamento in scala laboratorio e/o pilota da realizzare in collaborazione con imprese operanti nel settore depurazione di reflui e della potabilizzazione. Ne settore del trattamento delle acque destinate al consumo umano si prevede di approfondire il ruolo dei processi chimici e biologici nei processi di trattamento e di sviluppare tecniche di monitoraggio diretto ed indiretto per la valutazione dei rischi chimici e biologici connessi alla produzione e distribuzione. Particolare attenzione verrà dedicata all’ ottimizzare dell’efficienza di rimozione di materiali nanostrutturati impiegati per la filtrazione. Per il riuso è prevista l’attivazione di un nuovo sito sperimentale in Puglia (Progetto MeProWaRe). Nello sviluppo di metodologie e tecniche di monitoraggio particolare attenzione verrà dedicata al requisito dell’applicabilità dei sistemi sviluppati che dovranno essere caratterizzati da semplicità e robustezza per consentirne l’impiego diretto sugli impianti.

Rilievo

Prevenire il deterioramento dello stato ecologico dei corpi idrici superficiali è un obiettivo centrale dei paesi della Comunità Europea. L’emanazione della Direttiva 2000/60/EC (WFD) ha individuato nuove modalità secondo cui procedere nella valutazione dello stato ecologico evidenziando la centralità degli Elementi di Qualità Biologica. La comprensione degli aspetti strutturali e funzionali degli ecosistemi acquatici è fondamentale per capire come le diverse comunità si adattino all'habitat che le ospita, reagiscano alle pressioni esterne locali o globali e interagiscano con i cicli biogeochimici del carbonio e dei nutrienti. Elementi caratterizzanti sono, ad esempio, variazioni nella biodiversità, individuazione di bioindicatori, modifiche della biomassa e dei tassi di attività relativi ai processi di trasporto e trasformazione di nutrienti e della sostanza organica di origine autoctona ed alloctona.
La continua immissione di nuovi contaminanti nell’ambiente acquatico minaccia ulteriormente il fragile equilibrio degli ecosistemi. Ricerche focalizzate a comprendere le interazioni tra gli effetti ecologici legati ai cambiamenti climatici e le pressioni antropogeniche, come il destino finale di contaminanti organici persistenti e gli effetti sulle comunità biotiche, risultano di interesse prioritario per la conservazione dell’integrità degli ecosistemi acquatici.
Queste conoscenze sono utili al fine di approfondire le relazioni di causa-effetto che mettono a rischio l'integrità degli ecosistemi, prodromiche alla definizione di strategie di gestione e recupero. L'accertamento delle eventuali deviazioni di parametri strutturali e funzionali delle diverse comunità di interesse rispetto ai valori tipici in condizioni di riferimento, integrate da valutazioni sugli stati chimico e idromorfologico del sistema, sono inoltre alla base della classificazione ecologica prevista dalla WFD.
Se la WFD ha l’indubbio pregio di aver affrontato la gestione del patrimonio idrico in un modo finalmente integrato, per contro è sempre più evidente la sua difficoltà di controllare l’esposizione degli organismi acquatici alle sostanze tossiche avvalendosi del monitoraggio di un numero ristretto di esse, e cioè quelle considerate di interesse prioritario. È stato stimato che centinaia, ma più realisticamente migliaia di sostanze chimiche, hanno un ruolo importante nella nostra vita quotidiana o sono comunque di uso comune. Gran parte di esse ha nel corpo idrico il recapito finale esercitando sugli organismi acquatici molteplici effetti tossici, come è stato dimostrato per gli interferenti endocrini.
Inoltre, è cruciale estendere le indagini ad altri elementi di alterazione dei corpi idrici, quali ad esempio gli aspetti di connettività spaziale delle popolazioni di specie acquatiche a scala di bacino, espressi nel concetto di rete ecologica, in linea con l’implementazione della Rete Natura 2000 e dello Schema di Sviluppo dello Spazio Europeo (SSSE).

Ambito internazionale

Le tematiche sono pienamente inserite nel contesto delle attività internazionali come può dedursi dal coordinamento e partecipazione a diversi progetti europei quali INHABIT, FUTMON, TempQsim, MIRAGE, SESAME, PERSEUS, MicroCokit, COST-SMIRES, 1000 rivers.
È attiva la partecipazione a gruppi di lavoro internazionali (e.g. ECOSTAT, Intercalibrazione, CIS-WFD WG Chemicals, CIS Ad-hoc Task Group on water reuse, Multilateral Meetings on EQS) per l’implementazione di alcune Direttive europee e ai lavori della Commissione CIPAIS (Commissione per la protezione delle acque italo-svizzere) per il Lago Maggiore e quello di Lugano.
Sono in corso numerose collaborazioni scientifiche con enti di ricerca prestigiosi quali: University of Barcelona, CEAB Centre d’Estudis Avancats de Blanes (Spagna), Institute of Arctic and Alpine Research - University of Colorado, University of Giessen (Germania), University of Girona (Spagna), University of Tromsø (Norvegia), Environmental Protection Agency (USA), Balaton Limnological Institute (Ungheria), University of Aveiro (Spagna), King Abdullah University of Science and Technology (KSA), Institut de recherche pour le développement (IRD, Francia), Institut national de Recherche en Sciences et Technologies pour l'Environnement et l'Agriculture (IRSTEA, Francia)

Ambito nazionale

Le collaborazioni nazionali fanno riferimento a progetti finanziati da Regioni, Province, Comuni, ARPA/APPA, MIUR (PRIN, PON, POR-FESR, RITMARE), convenzioni con ISPRA, Università, Dipartimento Protezione Civile, Autorità di Bacino, Consorzi e Società Private.
Le ricerche condotte dall’IRSA in ambito polare sono inserite in diversi programmi nazionali, quali il Programma Nazionale di Ricerche in Antartide (PNRA), il Gruppo di Lavoro Artide del DTA del CNR e programmi internazionali multidisciplinari (TUNU Euro-Arctic Marine Fishes - Diversity and Adaptation -TEAM-Fish).
Il ruolo avuto da IRSA nel contesto internazionale sul tema della WFD e l’esperienza maturata si rivelano patrimonio utile per il trasferimento a scala nazionale e l’Italia, tramite il Ministero dell’Ambiente (MATTM), si avvale del supporto tecnico dell’Istituto nella predisposizione di alcuni decreti attuativi. I prodotti sono maggiormente legati al contributo per la definizione di testi normativi - quale, ad esempio, quello fornito per la stesura degli allegati tecnici del DM 260/2010 -, oltre alla stesura di Notiziari IRSA, linee guida, report e manuali, molto importanti in particolare per l’attività degli Enti operanti sul territorio (e.g. ARPA/APPA). Nel recente caso di sversamento di idrocarburi che ha interessato i fiumi Lambro e Po, l’IRSA ha avuto la responsabilità di pianificare le indagini aventi come obiettivo la valutazione dei danni ambientali conseguenti questo incidente di natura dolosa. L’esperienza maturata sugli effetti ecotossicologici e sul ruolo dei sedimenti nei corpi idrici sono stati elementi essenziali per la gestione del caso di studio.
La partecipazione al Progetto Bandiera RITMARE ha contribuito alla migliore conoscenza dell’effetto degli impatti antropici ad un duplice livello. Da un lato ci si è focalizzati sui processi mediati dalle comunità biologiche naturali, utile alla pianificazione di azioni di gestione sostenibile della fascia costiera nella prospettiva di recupero delle criticità e di allerta, in accordo con la Gestione Integrata della fascia Costiera e la Marine Strategy (Direttiva 2008/56/EC). Dall’altro, sugli impatti del carico dei contaminanti del bacino padano sugli ecosistemi lagunari del delta del Po, aree in cui è necessario far coesistere esigenze gestionali legate alla forte valenza naturalistica, fruitiva, ma anche produttiva

Attività in corso

• Attività finalizzate allo studio di alcuni aspetti della funzionalità degli ecosistemi acquatici quali i processi responsabili della ciclizzazione dei nutrienti e della capacità di auto depurazione dei fiumi a diversi livelli funzionali: dal microhabitat, alle fasce riparie fino alla scala di bacino idrologico.
• Attività finalizzate alla messa a punto di sistemi di valutazione dello stato ecologico in diversi tipi fluviali basati sulla componente macrobentonica. L’approccio analitico prevede la definizione di strumenti per la caratterizzazione degli habitat e la quantificazione delle pressioni antropiche.
• Ricerca in pesci ed altri organismi acquatici di marcatori molecolari di esposizione o di danno che abbiano valore diagnostico nelle valutazioni di rischio ecotossicologico in ambienti esposti a contaminazione di origine antropica.
• Ricerca di approcci ed indicatori, su base molecolare, per la valutazione della connettività ecologica degli organismi di ecosistemi acquatici, nell’ambito della pianificazione e realizzazione delle reti ecologiche.
• Valutazione delle fonti di contaminazione per gli inquinanti organici e i metalli nel bacino del Lago Maggiore in relazione alla rete trofica.
• Sviluppo di strumenti chimici ed ecotossicologici per definire la diluizione non tossica nel caso di fluitazioni di sedimenti da invasi utilizzati a scopo idroelettrico.
• Sviluppo e validazione di metodiche analitiche per la determinazione di microinquinanti organici e metalli in acqua, sedimento, particolato, suolo, organismi e di metodi per la caratterizzazione delle comunità microbiche a vita libera e in biofilm.
• Studio dell’impatto di apporti di origine antropica sulla struttura e funzionalità di comunità microbiche naturali, con l’obiettivo di descrivere il possibile legame tra il livello di contaminazione e gli effetti sul flusso di carbonio e nutrienti nell’ecosistema.
• Studi di caratterizzazione dimensionale e qualitativa della sostanza organica disciolta in relazione alla ripartizione e biodisponibilità di contaminanti organici ed inorganici;

Sviluppi futuri

Il rilievo delle evidenze scientifiche conseguite sulla funzionalità degli ecosistemi fluviali e sulla dinamica dei contaminanti ne rende auspicabile il trasferimento sui piani normativo e gestionale. Gli sviluppi futuri sono in gran parte orientati alla messa a punto di strumenti previsionali, modelli concettuali e metodi di indagine che supportino direttamente l’implementazione integrata dei Piani di Gestione dei bacini fluviali.
Lo studio degli habitat acquatici e ripari ha consentito di evidenziare come alcuni di essi rivestano un ruolo cruciale nella rimozione dei nutrienti, nel supportare il raggiungimento di uno stato ecologico buono e, più in generale, nel consentire la comprensione dei processi in atto. A tal riguardo si prevede la definizione di strumenti applicativi per indirizzare gli interventi di riqualificazione mirati a garantire specifici servizi ecosistemici (e.g. rimozione degli inquinanti, quantificazione di e-flows, tutela della biodiversità). Indispensabile per un efficace gestione delle risorse idriche sarà la messa a punto di tools per migliorare l’accuratezza della classificazione dello stato ecologico nei fiumi mediterranei e alpini, ad esempio in relazione al loro carattere lentico-lotico.
I risultati ottenuti dallo studio delle risposte delle comunità microbiche hanno dato la possibilità di descrivere modificazioni adattative delle comunità residenti che sottintendono alterazioni dei flussi di carbonio e nutrienti con potenziali ripercussioni sulla funzionalità dell’intero ecosistema acquatico. Questi risultati riguardano comunità non considerate nella WFD per la definizione del buono stato ambientale e gli sviluppi futuri riguardano la sensibilizzazione delle politiche gestionali e legislative sull’importanza di tali osservazioni per una migliore definizione di un buono stato ambientale.
Le evidenze scientifiche fin qui acquisite sulla dinamica dei contaminanti prioritari e emergenti negli ecosistemi suggeriscono di concentrare le ricerche sui possibili rischi ecologici dovuti alla loro presenza nell’ambiente acquatico. Ciò consentirà di incrementare il grado di conoscenza su destino ambientale e reale livello di contaminazione nei diversi comparti ambientali e, di conseguenza, sui livelli di esposizione degli organismi e sui possibili effetti ecotossicologici a lungo termine, anche a fini gestionali.

Rilievo

L'acqua è un elemento fondamentale per lo sviluppo sociale ed economico di un paese ed ha una funzione fondamentale nel mantenere l'integrità dell'ambiente naturale. E’ ben noto che ci sono grandi differenze nella disponibilità di acqua da una regione all'altra del pianeta, variabilità dovute sia alla variabilità spazio-temporale del clima, esaltata dai cambiamenti climatici in corso, sia ai diversi caratteri idro-geo-morfologici presenti. L’incremento delle risorse disponibili all’utilizzo attraverso la costruzione di opere, in molti casi, può non essere una soluzione praticabile per dare risposta alle richieste crescenti delle grandi aree urbane e dell’agricoltura irrigua anche in vista dei cambiamenti globali. L’incremento dei conflitti per l’uso delle risorse idriche rappresenta un’emergenza in molte parti del pianeta con conseguenze già molto gravi in termini di conservazione delle risorse. Ciò richiede il superamento di approcci frammentari a favore di un approccio olistico che ponga al centro il mantenimento degli ecosistemi naturali (ecosystem services). L’esperienza maturata nel corso degli anni dall’IRSA ha dimostrato che questo è un approccio flessibile, in grado di adattarsi a diversi contesti locali e nazionali.
In questo quadro di riferimento, lo sviluppo di nuovi modelli, di nuovi dispositivi e di tecniche innovative, potrà dare i giusti impulsi ad un trasferimento tecnologico che dovrà essere considerato prioritario per garantire una pianificazione e una gestione responsabile delle risorse tenendo in considerazione gli aspetti di disponibilità, economicità e di impatto ambientale.
L’IRSA assume storicamente un ruolo centrale nella messa a punto di strumenti metodologici, tecnologici, e modellistici in grado di valutare la variabilità nel tempo e nello spazio della risorsa idrica e di minimizzare gli impatti dello sfruttamento; altresì di rilievo è la partecipazione alle attività internazionali di foresight finalizzate alla individuazione delle sfide future nel campo della gestione delle risorse, delle esigenze di ricerca, della necessità di adottare nuove politiche.

Ambito internazionale

L’IRSA svolge un ruolo di primo piano nel panorama internazionale. Assumono particolare rilevanza il ruolo di coordinamento ricoperto in EurAqua, la rete degli Istituti Pubblici di ricerca sull’acqua negli Stati Membri UE, la presenza ed i ruoli ricoperti nella Piattaforma Tecnologica Europea sulle Acque – WssTP, nelle Joint Programming Initiatives, JPI-FACCE e JPI-Water, nella European Innovation Partnership, EIP-Water, e nei relativi Action Groups. L’IRSA è anche rappresentata nei working groups della EU Common Implementation Strategy, WFD CIS, incluso lo Strategic Coordination Group. In qualità di Chair di EurAqua, l’IRSA partecipa alle iniziative della Water Alliance che difende gli interessi ed i punti di vista del mondo industriale e della ricerca in ambito delle risorse idriche operando a livello di Commissari Europei e di Parlamento Europeo.
Numerose collaborazioni internazionali, europee e non, e diversi Memorandum of Understanding:
University of Osnabrück, Institute of Environmental Systems Research (DE), Alterra - Wageningen University and Research Centre (NL), TNO (NL), CEH Wallingford (UK), IRSTEA (FR), Geological Service of Denmark & Greenland (DK), HR Wallingford (UK), International Institute of Applied Systems Analysis (AT), Stockholm Environmental Institute-Oxford Office Limited (UK), USF Kassel (DE), Catholic University Leuven, Centre for Organizational and Personnel Psychology (BE), University of Cranfield (UK), Ecologic Institute for International & European Environmental Policy (DE), CVRM, Instituto Superior Técnico, University of Lisbon (PT), International Center for Integrative Studies, University Maastricht (NL), Institute of Hydrodynamics, Academy of Sciences of the Czech Republic (CZ), Tarleton State University (Texas, US), American Association of Agricultural and Biological Engineers (ASABE), IDEA-CNRC (Spagna), USDA-ARS (Temple, Texas, US), United States Geological Survey (USGS), West Michigan University, Department of Chemistry, Kalamazoo, MI (USA), University of Connecticut, Department on Natural Resources, University of Patras (Greece), Soil Science Lab., University of Barcelona (Spain), California State University, Department of Civil Engineering and Construction Engineering Management, Long Beach, CA (USA), Università di Brno (Slovacchia), Università di Neuchatel (CH), University of Lancaster (UK)

Ambito nazionale

Numerose collaborazioni nazionali con altri Istituti del CNR appartenenti al DTA e ad altri Dipartimenti. Collaborazioni con Università e Politecnici (Università di Bari, Politecnico di Bari, Università del Salento, Università di Padova, Università della Tuscia, Università "La Sapienza" e di Roma Tre, Università dell’Aquila).
INEA, ENEA diversi dipartimenti, IAMB; Ministero dell'Ambiente e della Tutela del Territorio e del Mare, ISPRA, Comitato Nazionale per la Lotta alla Siccità e desertificazione, Dipartimento Nazionale Protezione Civile, CMCC, Fondazione Enrico Mattei.
Regione Puglia e Lazio. ARPA Puglia, Lazio Umbria.
Guardia di Finanza, Comando Tutela Ambiente dei Carabinieri, Corpo Forestale dello Stato.
Autorità di Distretto Idrografico. Autorità di Bacino del Po, del Tevere, della Puglia.
Sono state anche sviluppate collaborazioni con enti gestori locali della risorsa idrica, ed in particolare con Acquedotto Pugliese S.p.A e Gran Sasso Acque S.p.A., AIMAG Mirandola, ACEA S.p.A e Umbria-Acque.

Attività in corso

Le attività in corso possono essere suddivise in:

1. attività di laboratorio: studi sul flusso preferenziale in matrici rocciose fratturate e fessurate; studi su problemi di trasporto dei contaminanti utilizzando approcci sperimentali innovativi; sperimentazione di nuovi dispositivi, nuove sonde e sensori che consentono di determinare le funzioni di conducibilità idraulica e ritenzione idrica per le rocce.
2. attività di campo a scala pilota: pre-processing e processing di dati telerilevati, definizione e progettazione di algoritmi di elaborazione per l'individuazione di sostanza organica e inquinanti nei suoli; sensori di nuova tecnologia (COSMOS, Eddy Covariance, Scintillometer) per la stima del contenuto effettivo idrico del suolo e scambi di energia allo scopo di indirizzare l’irrigazione di precisione
3. attività sperimentali a scala di bacino: studi finalizzati alla definizione dello stato idrologico di acque superficiali e acque sotterranee. Particolare attenzione viene posta ai corsi d'acqua intermittente, strumentati e non strumentati, attraverso analisi di dati di portata; trasporto di nutrienti e sedimenti in ecosistema integrato lago-bacino imbrifero al fine di massimizzare il recupero trofico ed ecologico degli ecosistemi lacustri tenendo conto delle pressioni indotte; metodologie di campionamento per il monitoraggio dello stato chimico delle acque sotterranee e valutazione dei livelli di fondo geochimico naturale. Origine e mobilità di inquinanti geogenici in relazione alla gestione della risorsa idropotabile contaminata; valutazione dell’efficacia delle politiche e misure conseguenti utilizzando tecniche proprie della dinamica dei sistemi, monitoraggio dell’affidabilità delle decisioni e dei conflitti verificatisi; valutazione dei carichi inquinanti veicolati, in corsi d’acqua e in reti artificiali, a scala urbana e di bacino, mediante lo sviluppo di sistemi integrati per il monitoraggio in continuo
4. attività modellistiche: modelli di mitigazione del rischio di contaminazione degli acquiferi costieri utilizzando le equazioni di Navier-Stokes; affinamento di software (M-Sanos) per l’ottimizzazione una rete di monitoraggio; analisi degli impatti primari (climate-induced) e secondari (anthropic) dei cambiamenti climatici sulle risorse idriche sotterranee e superficiale e sulla loro qualità; multi-agent based model a supporto dei processi decisionali collettivi e per la risoluzione di conflitti nella gestione delle risorse idriche; procedure per la valutazione dei valori di fondo geochimico naturale nelle acque sotterranee a diverse scale; modellizzazione delle dinamiche di attivazione degli scolmatori fognari e del loro impatto; modellizzazione del rapporto tra proxy ambientali facilmente monitorabili e parametri chimico-fisici difficilmente monitorabili

Sviluppi futuri

• Test per l’analisi dei meccanismi di trasporto dei contaminanti utilizzando approcci sperimentali innovativi, studio di fenomeni di Back Diffusion e filtrazione attraverso membrane. Studio dei meccanismi del flusso preferenziale nella zona insatura utilizzando tecniche geofisiche e di tracciamento.
• Modelli integrati per la valutazione della sostenibilità a medio-lungo termine in sistemi multi-risorsa e multi-utenza in presenza di impatti primari (climate-induced) e secondari (anthropic) dei cambiamenti climatici e per diverse politiche di utilizzo della risorsa; integrazione di informazioni da telerilevamento nei modelli idrologici.
• Sviluppo di modelli di flusso e trasporto alla scala del poro mediante metodo Lattice-Boltzmann. e di modelli per lo studio di flussi preferenziali. Data assimilation, modellistica della zona insatura e tecniche stocastiche in sottosuoli eterogenei.
• Messa a punto di sistemi di Early warning (EW) mediante l’individuazione della relazione tra eventi ricostruiti e indici standardizzati di precipitazione associati. Estensione alle acque sotterranee degli strumenti per l’EW già sviluppati. Miglioramento dell’efficacia delle strategie di diffusione degli EW verso gli utenti della risorsa.
• Sviluppo di modelli per la simulazione di fenomeni di compattazione e fusione del manto nevoso, stima della densità dello snow-pack e conseguente stima dell’equivalente in acqua.
• Studio ed approfondimento di tecniche di MAR (Managing of Aquifer Recharge) ricaricando gli acquiferi mediante l'utilizzo di acqua piovana o volumi eccedenti quelli destinati al riutilizzo, al fine di ristabilire lo squilibrio fra emungimento e ricarica. Studio delle stime della durata e dell’efficienza della capacità d’infiltrazione delle trincee disperdenti utilizzate come corpi ricettori di acque trattate.
• Geostatistica spazio-temporale: Si esplora l'uso della geostatistica multidimensionale ipotizzando la dimensione temporale come terza dimensione.
• Sperimentazione di metodologie innovative (ad es. fibre ottiche) per la valutazione dell’interazione acque superficiali e sotterranee. Modellazione di sistemi idrogeologici complessi alla scala di acquifero regionale.
• Studio delle relazioni fra ambiente idrogeochimico ed ecosistemi microbici e dei microinvertebrati alla scala di corpo idrico. Comprendere le relazioni fra le dinamiche idrogeochimiche del corpo idrico, inclusi gli stress ambientali ed antropici, e le dinamiche delle comunità autoctone delle acque sotterranee.
• Affinamento dell'analisi di vulnerabilità di infrastrutture e del modello di valutazione della resilienza organizzativa delle water utility.