La chimica per l’ambiente: dalla caratterizzazione analitica alla

valutazione della qualità ambientale

R. Pastres pastres@unive.it

Negli ultimi trent’anni, è costantemente crescita l’attenzione dei ricercatori chimici

verso:

lo studio dei cicli degli elementi chimici (C, N, P, S ecc..) e dei processi chimici che hanno luogo nelle diverse matrici ambientali;

la determinazione della dinamica degli inquinanti e dei loro potenziali effetti tossici

la messa a punto di processi per la mitigazione dell’inquinamento, la depurazione delle acqua, la bonifica di siti contaminati, ecc…

Struttura chimica

Proprietà chimico-fisiche

Reattività chimica

Interazioni con i comparti “abiotici” delle matrici ambientali

Biodisponibilità

Interazioni con l’ecosistema

Microinquinanti (metalli in tracce, POP )

IMMISSIONI DI MATERIA

ED ENERGIA SOLARE

METABOLISMOLAGUNARE

Produzioneprimaria

e secondaria

Degradazionedella biomassa

Emissioni

(energia termica, composti recalcitranti)

Interferenza deicontaminanti

NP

C

Chimica

Ecologia Ecotossicologia

Fisica dei processi trasporto

Microbiologia

L’interazione tra esperti delle diverse discipline consente di formulare modelli

concettuali ….

Radiazioneluminosa

Energia eolica

Scambiotermico

Temperaturadell'acqua

Comunitàfitobentonica

Input di N e P PO4

3-NH4+ NO3

-

Comunitàfitoplanctonica

Rilasci dalsedimento

CO2

N2

sedimentazione

Detrito N,P,C

Energia mareale

Degradazione aerobica

Denitrificazione

Solforiduzione

Sepellimento

O2Materia organica +

+ NO3- NH3Materia organica

SO42-+ HS-Materia organica

Che possono poi essere “tradotti” in linguaggio

matematico.

Verifica della correttezza del modello concettuale;

Valorizzazione dei dati sperimentali in chiave predittiva;

Sviluppo di strumenti di valutazione (ad es. analisi di rischio ecologico) e gestione (DSS).

Stima di indici e indicatori di qualità ambientale

MASTERMASTER

Master Universitario di Master Universitario di II livello in livello in

REACH: Registration, Evaluation, Authorisation and REACH: Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemical substances Restriction of Chemical substances

(EC 1907/2006).(EC 1907/2006).

Segreteria:Tel. 041/2348973

e-mail MASTER.REACH@unive.it

Il progetto è stato co-finanziato nell’ambito del Programma Operativo Regionale FSE Ob. CRO Asse IV 2007-2013 con Decreto Dirigenziale

87 del 16/09/2008

La nostra Facoltà ha una “lunga” tradizione nel campo della ricerca “chimica” applicata a problematiche ambientali.

Determinazione di microinquinanti (POP, metalli, “endocrine disruptor”, nanoparticelle) in diverse matrici ambientali

Sviluppo di modelli

biogeochimici, di modelli “fate and transport”di microinquinanti, analisi di rischio, DSS

Prof. Cescon

Prof. Marcomini

Prof. Pavoni

Prof. Marcomini

Prof. Pastres

Studio dei

cambiamenti climatici

Prof. Cescon

Prof. Marcomini

Prof. Pastres

La determinazione sperimentale della concentrazione dei microcontaminanti nelle diverse matrici ambientali è il primo, fondamentale, passo verso la comprensione della loro dinamica.

Problematiche legate a:

concentrazioni di analiti molto basse;

eterogeneità delle matrici ambientali

variabilità spazio temporale delle concentrazioni

Metodologie analitiche molto avanzate

strategie di campionamento articolate e mirate

Facoltà di Scienze MM.FF.NN. 11

Determinazione di microcontaminanti Determinazione di microcontaminanti organici in matrici naturaliorganici in matrici naturali

e studio dei livelli di contaminazione in aree a e studio dei livelli di contaminazione in aree a diverse tipologie di impatto antropicodiverse tipologie di impatto antropico

(R. Piazza, I. Moret, A. Gambaro, G. Capodaglio, M. Vecchiato)(R. Piazza, I. Moret, A. Gambaro, G. Capodaglio, M. Vecchiato)

• Obbiettivi:• -Valutare lo stato di contaminazione di aree del pianeta a

potenziale rischio.• -Valutare la distribuzione dei contaminanti nei differenti comparti

ambientali (Aria, microlayer, acqua, particellato, sedimento), e definizione di possibili meccanismi di diffusione e di trasporto degli inquinanti in ambiente; stima di flussi di contaminanti.

Analiti studiati: (POP’s):Policlorobifenili (PCB), Policlorodibenzodiossine (PCDD),Policlorodibenzofurani

(PCDF),Idrocarburi Policiclici Aromatici (PAH)

Facoltà di Scienze MM.FF.NN. 12

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1A 2A 3A 4A 6A Site

PCB

hom

olog

ue c

ompo

siti

on (

ng g-1

)

1-CB 2-CB 3-CB 4-CB 5-CB 6-CB

11

6

35

9

3

0

50

100

150

200

250

300

350

5A 5B 5C 5DSite

PCB

hom

olog

ue c

ompo

siti

on (

ng g-1

)

1-CB 2-CB 3-CB 4-CB 5-CB 6-CB

621

64

156

253

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

7A 7B 7C 7DSite

PCB

hom

olog

ue c

ompo

siti

on (

ng g-1

)

1-CB 2-CB 3-CB 4-CB 5-CB 6-CB

76

13

42

Table 1. Sample location, possible PCB sources and PCB concentrations (ng g-1).

Sample Location Anthropogenic sources Total PCBs

Normalised PCBs*

1a Laguna Verde, Ver. Nuclear power plant 11.1 NA 2a Gulf of Mexico Oil and natural gas distribution 5.72 NA 3a Gulf of Tehuantepec Oil and natural gas distribution 35.5 NA 4a Culiacan River Municipal untreated wastes 9.34 170** 5a Chalco Lake (Pozo) Garbage deposit and sanitary land fi ll 621 636 5b Texcoco Lake Highways 63.7 69.3 5c Chalco lake (San Martin) Clay bricks production 156 298 5d Espejo de los Lirios Lake I ndustrial area 253 257 6a Mazatlán sewage outf all Primary treatment plant 3.18 74.6** 7a Yavaros Lagoon Fisheries, meal f actories, agriculture 7.13 520** 7b Santa Maria Lagoon Fisheries, shrimp f arming, agriculture 5.97 161** 7c Mazatlán port Untreated sewage, fi sh and shrimp

f actory, shrimp f arming, shipyards 12.9 17.5

7d Navachiste Lagoon Fisheries, shrimp f arming, agriculture 42.0 50.6

*Normalised concentrations represent PCB content of fines, assuming no sorption capacity of sands and gravels. **Concentration increments higher than one order of magnitude. NA = not available.

Aree indagate:Aree indagate:

Laguna di VeneziaLaguna di VeneziaLagune ed aree costiere del VietnamLagune ed aree costiere del Vietnam

Aree costiere del MaroccoAree costiere del MaroccoAree costiere del MessicoAree costiere del Messico

Cd Water conc. µg/L

0.01-0.12

Sediment conc. µg/g

0.02-0.46

Distance, km

0 10 20 30

Con

duct

ivit

y, m

S

0

10

20

30

Cd

Con

cent

rati

on, µ

g/g

0.0

0.2

0.4

Determinazione di metalli Determinazione di metalli pesanti in sedimenti pesanti in sedimenti

provenienti dalla laguna provenienti dalla laguna Tam Giang-Cau Hai Tam Giang-Cau Hai Lagoon (Vietnam).Lagoon (Vietnam).

(G. Capodaglio, (G. Capodaglio, C.Turetta, E. Morabito, P. C.Turetta, E. Morabito, P.

Cescon)Cescon)

Microcontaminanti organici nelle deposizioni e nell’aerosol atmosferico, nelle nevi e nei ghiacci polari

(A. Gambaro, P. Cescon, C. Barbante, R. Zangrando, A. Stortini, A. Benitez Macias, S. De Pieri, M. Radaelli, E.

Zuccon, V. Zampieri)

Analiti studiati:

Policlorobifenili (PCB), Polibromodifenileteri (PBDE), Policloronaftaleni (PCN),Idrocarburi Policiclici Aromatici (PAH)

Levoglucosan, Mannosan, Galactosan (indicatori di emissioni da combustione di biomassa)

• Obbiettivi:• Studio del ruolo dell’aerosol nel trasporto di

microinquinanti organici in aree sottoposte a diverso grado di antropizzazione.

• Messa a punto di metodologie analitiche per la determinazione di composti organici indicatori di emissioni in atmosfera.

Il flusso orizzontale di PCB entrante dal mare è circa 1/4 di quello

entrante dall’entroterra

Stima del flusso medio istantaneo entrante nella Laguna di venezia

0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8

marina

industriale

rurale

stazione

flusso istantaneo orizzontale medio, ng m-2 s-1

Aree indagate:Lagune di Venezia, Grado e MaranoAree urbane: Milano, Belgrado, SarajevoAree remote: Antartide, Groenlandia, Himalaya

Laboratorio di Chimica dell’Ambiente

Responsabile: Prof. Bruno PavoniCollaboratori: Marco Bernardello, Elena Centanni, Sonia Ceoldo,

Marco Girardini, Seta Noventa, Nadejda Zharova

1. Inquinamento dell’ambiente marino:CASO DI STUDIOStudio degli effetti indotti dall’insieme degli inquinanti presenti in aree costiere degradate su specie comuni di gasteropodiUtilizzo di un set di biomarkers per il rilevamento del danno genotossico (Comet assay), citotossico (Neutral Red Retention assay), ossidativo (FRAP assay), e del disturbo endocrino (intersex/Imposex) al fine di cercare delle relazioni con il bioaccumulo di inquinanti organici nei tessuti

CASO DI STUDIOFenomeno di Imposex Imposex: comparsa di caratteri sessuali maschili in femmine di molluschi gasteropodi in presenza di inquinamento da composti organostannici rilasciati dalle vernici antivegetative applicate agli scafi di imbarcazioniIndagini epidemiologiche sulla diffusione del fenomeno in laguna di Venezia, in aree marine protette (Porto Cesareo), lungo le coste slovena e croataValutazione del contributo di composti organici persistenti (PCB, IPA, Pesticidi clorurati) nell’induzione del fenomeno di imposex

SEDIMENTIStudio delle variazioni spazio-temporali delle concentrazioni di composti organici (PCB, IPA, Pesticidi clorurati) e metallorganici (composti organostannici) in sedimenti marini

CASI DI STUDIOLaguna di Venezia, costa slovena, Mar Baltico

3. Inquinamento atmosferico

CASO DI STUDIO: Campionamento di materiale particolato e di inquinanti gassosi in diverse stazioni dell’area Veneziana (vedi figura)

Campionamento di materiale particolato con diametro aerodinamico inferiore a 2.5 m (PM2.5); determinazione gravimetrica della massa raccolta e quantificazione delle concentrazioni di Idrocarburi Policiclici Aromatici (IPA), di Carbonio Organico e Carbonio Elementare nel PM2.5

Campionamento e determinazione analitica di composti organici volatili (VOC). Uso di schiume adsorbenti di poliuretano (polyurethane foam adsorbent, PUF) e quantificazione con GC-MS di benzene, toluene, xileni, etilbenzene e IPA più leggeri.

Gruppo di ricercaGruppo di ricercaProf. A. MarcominiProf. A. Marcomini

(marcom@unive.it)(marcom@unive.it)

Dipartimento di Scienze AmbientaliDipartimento di Scienze Ambientali

Tematiche di ricerca e attività del gruppoTematiche di ricerca e attività del gruppo

INDIRIZZI DI RICERCAINDIRIZZI DI RICERCA

• Applicazione di Applicazione di tecniche statistiche di tecniche statistiche di analisi spaziale dei dati analisi spaziale dei dati ambientaliambientali

• Sviluppo e Sviluppo e applicazione di applicazione di procedure di analisi di procedure di analisi di rischio ecologico e per rischio ecologico e per la salute umanala salute umana

• Indici ed indicatori di Indici ed indicatori di qualità ambientalequalità ambientale

• Sviluppo di sistemi Sviluppo di sistemi esperti (supporto alle esperti (supporto alle decisioni) su base GISdecisioni) su base GIS

• Modelli Modelli fate&transportfate&transport per i per i contaminanti nell’ambientecontaminanti nell’ambiente

• Modelli di bioaccumulo Modelli di bioaccumulo

• Identificazione e studio Identificazione e studio del comportamento del comportamento ambientale di nuovi ambientale di nuovi contaminanti in acqua, contaminanti in acqua, suolo e organismisuolo e organismi

• Caratterizzazione e Caratterizzazione e

studio del studio del comportamento comportamento ambientale di ambientale di nanoparticelle nanoparticelle ingegnerizzateingegnerizzate

Chimica Chimica ambientaleambientale

ModellisticaModellisticaambientale eambientale e

di rischiodi rischio

Valutazione Valutazione e gestione e gestione del rischio del rischio ambientaleambientale

Le tematiche di ricerca del gruppo sono finalizzate alla valutazione degli Le tematiche di ricerca del gruppo sono finalizzate alla valutazione degli impatti e dei rischi associati alla presenza e circolazione di impatti e dei rischi associati alla presenza e circolazione di

contaminanti/inquinanti nell’ambientecontaminanti/inquinanti nell’ambiente

Valutazione della pericolosità e del comportamento ambientale di Valutazione della pericolosità e del comportamento ambientale di nanoparticelle ingegnerizzatenanoparticelle ingegnerizzate

(A. Marcomini. Responsabili:- Giulio Pojana, (A. Marcomini. Responsabili:- Giulio Pojana, jp@unive.it- Stefano Zuin, - Stefano Zuin, sz.cvr@vegapark.itsz.cvr@vegapark.it

ObiettiviObiettivi• Identificazione di proprietà chimico-fisiche di Identificazione di proprietà chimico-fisiche di

nanoparticelle e nanomateriali di rilevanza nanoparticelle e nanomateriali di rilevanza tossicologica e ambientaletossicologica e ambientale

• Modellazione del comportamento ambientaleModellazione del comportamento ambientale• Stima dei potenziali effetti di nanoparticelle e Stima dei potenziali effetti di nanoparticelle e

nanomateriali sull’uomo e sull’ambientenanomateriali sull’uomo e sull’ambiente• Analisi di rischio per la salute umana e per Analisi di rischio per la salute umana e per

l’ambientel’ambiente

Approccio metodologicoApproccio metodologico• Caratterizzazione e determinazione di Caratterizzazione e determinazione di

nanoparticelle e nanomateriali e loro nanoparticelle e nanomateriali e loro composti correlati in matrici biologiche e composti correlati in matrici biologiche e ambientaliambientali

• Studio del comportamento tossicologico e Studio del comportamento tossicologico e ambientale di nanoparticelle e nanomaterialiambientale di nanoparticelle e nanomateriali

• Definizione degli scenari di esposizione e Definizione degli scenari di esposizione e stima dei potenziali rilascistima dei potenziali rilasci

• Analisi del Ciclo di Vita dei nanomaterialiAnalisi del Ciclo di Vita dei nanomateriali• Sviluppo di metodologie di rischio per la Sviluppo di metodologie di rischio per la

salute umanasalute umana

DESYRE (DEcision Support sYstem for the DESYRE (DEcision Support sYstem for the REhabilitation of contaminated sites)REhabilitation of contaminated sites)

(A. Marcomini. Responsabile: Lisa Pizzol, (A. Marcomini. Responsabile: Lisa Pizzol, pizzol@unive.it)pizzol@unive.it)

Permette una valutazione e gestione integrata di una grande quantità di Permette una valutazione e gestione integrata di una grande quantità di

dati anche georeferenziati.dati anche georeferenziati.

Supporta gli esperti nella valutazione dei risultati del processo di Supporta gli esperti nella valutazione dei risultati del processo di

bonifica.bonifica.

Supporta i decisori e gli stakeholder nella comparazione di scenari Supporta i decisori e gli stakeholder nella comparazione di scenari

alternativi di bonificaalternativi di bonifica

Copre tutti i diversi aspetti del processo di bonifica permettendo lo Copre tutti i diversi aspetti del processo di bonifica permettendo lo

sviluppo di un processo decisionale trasparente. sviluppo di un processo decisionale trasparente.

È un valido strumento per definire le opzioni di gestione di vasti e È un valido strumento per definire le opzioni di gestione di vasti e

complessi siti contaminati come per esempio quello di Porto Marghera.complessi siti contaminati come per esempio quello di Porto Marghera.

DESYRE è stato sviluppato dal Consorzio Venezia Ricerche in collaborazione con l’Università Ca’ Foscari di Venezia, Thetis spa, CNR-ISE e INSIEL spa attraverso un progetto triennale co-finanziato dal Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca (MIUR)

Dipartimento di Chimica Fisica

Gruppo di ricerca

Prof. R. Pastres

pastres@unive.it

Modellazione dei cicli biogeochimici e delle reti trofiche in aree costiere;

Modelli integrati per la gestione sostenibile delle attività di maricoltura;

Simulazione del bioaccumulo di microinquinanti organici.

Studio degli effetti dei cambiamenti climatici sulla dinamica degli ecosistemi marini.

Modellazione degli impatti della maricoltura sugli ecosistemi costieri

(R. Pastres, Daniele Brigolin, Tomas Lovato brigo@unive.it)

Tramite un modello integrato è possibile valutare:

La capacità portante di una certa area

Gli effetti sui cicli biogeochimici di

C,N e P

Modello “biogeochimico” 2D della Laguna di Venezia

Il modello consente di simulare l’evoluzione spazio- temporale a scala annuale di:

biomasse di F, Z, Macrofitobentos

N a P inorganici disciolti

(R. Pastres, D. Brigolin, T. Lovato, A. Rubino, lovato@unive,it)

Modellazione della rete trofica lagunare veneziana e del bioaccumulo di POP

(R.Pastres, Stefano Ciavatta, Daniele Brigolin, ciavatta@unive.it )

0 90 180 270 3600

5.00000e-11

1.00000e-10

1.50000e-10

2.00000e-10

Time

ValuePlotter I/O

Mi pcb 77 Red GreenBlack

Valutazione della

potenziale

contaminazione

in organismi

oggetto di pesca

Facoltà di Scienze MM.FF.NN. 27

Ricostruzioni paleoclimatiche ed Ricostruzioni paleoclimatiche ed ambientali nel corso dell’ultimo milione di ambientali nel corso dell’ultimo milione di

annianni

(C. Barbante, P. Cescon, G. Cozzi, C.Turetta, V. Gaspari, P. (C. Barbante, P. Cescon, G. Cozzi, C.Turetta, V. Gaspari, P. Vallelonga, J. Gabrieli)Vallelonga, J. Gabrieli)

Aree studiate:

Antartide

Groenlandia

Alpi

Himalaya

Ande

Colle Gnifetti, 4450 m

Facoltà di Scienze MM.FF.NN. 28

800.000 anni di 800.000 anni di ricostruzioni climaticaricostruzioni climatica

Dome C (Antartide Orientale) 75°06´S 123°23´E

Altitudine: 3233 m

Temp. media annua = –55°C

Dalla carota di ghiaccio lunga 3260 m è stato ottenuto un record climatico ed ambientale che copre gli ultimi 800.000 anni

Valutazione dell’effetto dei cambiamenti climatici sul comportamento Valutazione dell’effetto dei cambiamenti climatici sul comportamento ambientale dei contaminanti organici persistenti (POP)ambientale dei contaminanti organici persistenti (POP)

(A. Marcomini. Responsabile: L. Lamon, laralam@unive.it)(A. Marcomini. Responsabile: L. Lamon, laralam@unive.it)

Ob

iett

ivi

Ob

iett

ivi

Approccio metodologicoApproccio metodologico

Determinazione della concentrazione di POPs* (in particolare di PCBs) in atmosfera prendendo in considerazione il cambiamento climatico;

Identificazione di una tendenza regionale ad essere sorgente o deposito per tali contaminanti in una prospettiva di cambiamento climatico

Due scenari climatici sono stati definiti a partire dall’IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) ed un modello globale

è stato parametrizzato con i dati estrapolati dal database IPCC

* la contaminazione ambientale causata dai POPs è un problema globale. Sono definiti contaminanti prioritari dalla Convenzione di Stoccolma (2001) a causa della loro persistenza e tossicità.

Modellazione della speciazione di DIC e stima dei flussi di CO2. in corpi idrici costieri

(R. Pastres. Responsabile: S. Ciavatta)