Descrizione della commessa "Risanamento in situ mediante processi microbici e chimico-fisici di acquiferi contaminati (TA.P07.017)"

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  • Descrizione della commessa "Risanamento in situ mediante processi microbici e chimico-fisici di acquiferi contaminati (TA.P07.017)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Le tecnologie oggetto di studio, applicate in piena scala, permettono il trattamento di reflui / recupero ambientale di larghe aree oggi contaminate, e ne consentono il riutilizzo in base alla normativa corrente, che prevede in base al grado di decontaminazione raggiunto, un uso industriale o residenziale. Analogamente le competenze acquisite nell'ambito della commessa sono trasferite a possibili utilizzatori finali (quali gestori/operatori di impianti di trattamento) mediante l'organizzazione/partecipazione a corsi di formazione o mediante convenzioni di ricerca con piccole/medie imprese. (literal)
Strumentazione
  • Nell'ambito della commessa viene impiegata la seguente strumentazione: - gas cromatografi GC-TCD, GC-ECD/FID, GC-MS, GC-FID - microscopi in contrasto di fase e ad epifluescenza (Zeiss Axioscope , Olympus BX51) dotati di telecamera digitale per l'acquisizione di immagini e relativi software di analisi. - cappe aerobiosi/anaerobiosi - bioreattori e chemostati - micromanipolatori per l'isolamento di microrganismi - PCR - Real Time PCR - Sistema di quantificazione DNA/RNA Nanodrop - Apparati elettroforesi - Termostati ed incubatori - Autoclave per la sterilizzazione - Centrifughe e microcentrifughe refrigerate (literal)
Tematiche di ricerca
  • Il recupero della qualità di matrici ambientali contaminate ( acqua, suolo e sedimenti) e del corretto trattamento biologico delle acque di rifiuto richiede la conoscenza delle popolazioni microbiche e dei meccanismi di rimozione che avvengono all'interno delle biomasse, sia che esse operino in reattori biologici confinati, che all'interno di matrici contaminate. Tali tematiche richiedono un approccio di ricerca di tipo multidisciplinare che rappresenta il punto di forza delle attività svolte nell'ambito della commessa. L'esperienza e le competenze per lo studio dei processi di decontaminazione biologica acquisiti tradizionalmente sui processi di rimozione dei contaminanti nei reattori biologici, è direttamente trasferita sui processi che si possono stimolare o condurre direttamente all'interno di matrici ambientali contaminate. Le classi di contaminanti oggetto di studio sono di varia natura (idrocarburi, alcani ed alcheni alogenati, MTBE, PCB ecc.) e le tecnologiche di biorisanamento in esame comprendono sia processi consolidati che innovativi (quali ad es. i processi bioelettrochimici). (literal)
Competenze
  • Le competenze nell'ambito della commessa sono multidisciplinari e sono relative alla microbiologia ambientale e alla chimica e biochimica dei processi di degradazione di inquinanti. In particolare le competenze fanno riferimento all'approccio sperimentale coltura-dipendente che comprende sia lo studio della versatilità metabolica/cinetica di colture pure di batteri coinvolti nei processi di biodegradazione di inquinanti in matrici ambientali sia la definizione di colture arricchimento in grado di trattare acque di rifiuto municipali ed industriali e di degradare composti xenobiotici. Entrambi gli approcci sono applicati in un ambito multidisciplinare ai fini dello studio dei meccanismi ed ottimizzazione di processi biologici quali quelli coinvolti nella depurazione delle acque di rifiuto e nel biorisanamento di siti contaminati. Le competenze riguardano inoltre la biologia molecolare, soprattutto relativamente all'impiego e sviluppo di tecniche biomolecolari per l'identificazione in situ ed il monitoraggio di batteri di interesse direttamente in matrici ambientali. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • L'attività di ricerca nel suo complesso è mirata al trasferimento diretto delle conoscenze per lo sviluppo e l'ottimizzazione di processi biotecnologici. In particolare, vanno menzionate: -selezione di specie e/o arricchimenti microbici altamente versatili nella biodegradazione di contaminati da applicare nel trattamento di reflui urbani ed industriali, fanghi di supero e nel biorisanamento di siti contaminati; -selezione di specie e/o arricchimenti microbici con elevate efficienze nella produzione di composti di interesse commerciale (ad es. bioplastiche); -sviluppo ed ottimizzazione di metodologie di indagine per il monitoraggio di batteri indicatori di contaminazione e/o patogeni nei processi di trattamento e di decontaminazione. - strategie operative per l'ottimizzazione dei processi biologici di rimozione dei contaminanti organici e dell'azoto dalle acque reflue di impianti in piena scala - tecnologie innovative per il biorecupero di matrici ambientali inquinate (literal)
Tecnologie
  • Nell'ambito delle tematiche affrontate, sono messi a punto dei protocolli di indagine e di intervento per il biorisanamento di acquiferi contaminati. Tale necessità deriva dal fatto che, per la natura dei contaminanti che per le caratteristiche idrogeologiche, ogni sito contaminato rappresenta un caso a sé stante ed è pertanto necessario di disporre di protocolli di indagine/intervento specifici. L'approccio scientifico è tipicamente multidisciplinare,coinvolgendo aspetti idrogeologici, idrochimici, modellistici di trasporto, diffusione e biodegradazione, chimici e chimico analitici (per quanto riguarda la trasformazione dei vari contaminanti, ed ingegneristici infine, in quanto si rendono necessarie analisi costi/benefici per valutare le più efficaci tecnologie, in relazione ai costi da sostenere. Il gruppo di ricerca, grazie anche alla vasta competenza presente in Istituto e alle numerose collaborazioni accese, forma un insieme organico in grado di affrontare le problematiche con una visione complessiva completa. (literal)
Obiettivi
  • - struttura e funzione di comunità microbiche coinvolte in processi di trattamento e di biorisanamento; - definizione di bioindicatori di contaminazione (sia fecale che chimica); - messa a punto di strumenti di indagine innovativi per l'analisi rapida e specifica in matrici ambientali di gruppi funzionali che presiedono i principali processi di rimozione/trasformazione dei contaminanti (ad es. batteri nitrificanti, denitrificanti, solfatoriduttori, decloranti, fermentativi, metanogeni ecc.); - trasferimento delle informazioni ottenute nei precedenti punti, integrate con competenze diverse ricavate nell'ambito di specifiche collaborazioni con altre Istituzioni, finalizzato all'applicazione in piena scala del processo/tecnologia. (literal)
Stato dell'arte
  • Il problema dell'inquinamento delle falde da parte dei contaminanti organici di svariata natura chimica (idrocarburi, etani/etani alogenati, ecc.) è rilevante e molto spesso aggravato per l'elevata persistenza e tossicità di numerosi di questi composti. In questo ambito, destano enorme interesse i processi che accelerano l'attività biodegradativa di microrganismi autoctoni (processi di biorisanamento in situ) che consentono di ottenere la bonifica dei siti in tempi più ridotti ed a costi contenuti rispetto al trattamento chimico –fisico ex situ. Analogamente, nei processi di depurazione delle acque di rifiuto intervengono problematiche relative sia al malfunzionamento del comparto biologico (sedimentazione fanghi, rimozione di nutrienti ecc.) sia alla gestione dei fanghi di supero (ridotta igienizzazione, presenza di contaminanti tossici). In questo ambito possibili soluzioni riguardano lo sviluppo di tecnologie di trattamento acque/fanghi caratterizzate da una maggiore efficienza e sostenibilità o nell'ottimizzazione dei processi tradizionali. Entrambi le soluzioni richiedono una profonda conoscenza dei meccanismi depurativi e dei microrganismi coinvolti. (literal)
Tecniche di indagine
  • Nell'ambito della commessa vengono utilizzate: -bioreattoristica sia in batch che in continuo (i.e. bioreattori sia tradizionali che di tipo bioelettrochimico, chemostati) per lo studio di processo e la caratterizzazione metabolica e cinetica di colture pure e di arricchimento; -metodologie tradizionali di isolamento/coltivazione di batteri ambientali; -tecniche biomolecolari per monitorare in situ specie microbiche coinvolte nei processi di trattamento biologico di acque di rifiuto e di biorisanamento di acquiferi e suoli contaminati. FISH (Fluorescence In Situ Hybridization), CARD-FISH (Catalysed Reporter Deposition FISH), PCR, Real Time PCR (qPCR), Reverse Transcriptase Real Time PCR (RT-qPCR), librerie genomiche (geni 16S rRNA e geni funzionali), analisi REA (Restriction Enzyme Analysis) rappresentano le principali tecniche di indagine biomolecolari utilizzate dal gruppo di ricerca nell'ambito della commessa. (literal)
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