Nuove frontiere nella - CNR RM - Pettine... · Nuove frontiere nella Analisi delle Acque ... e...
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Nuove frontiere nella
Analisi delle Acque
16 Aprile – Roma, CNR Aula Convegni
Maurizio Pettine
Direttore IRSA-CNR
Overview su attività IRSA
Il contesto Europeo
Criticità ambientali e analitiche
Il ruolo IRSA nel settore
analitico
Outline
IRSA
Roma- Sede centrale - Chimica aquatica (trasporto e trasformazioni di
inquinanti)
- Trattamento di acque
naturali e di scarico
- Trattamento di fanghi e
rifiuti solidi
- Gestione delle risorse
idriche
- Bonifica di siti
contaminati
- Ecologia microbica
Unità di Bari - Trattamento di acque e acque
di scarico
- Gestione delle risorse idriche
- Modelli idrogeologici, interazioni
acque superficiali/acque sotterranee
- Effetti dei cambiamenti climatici
Unità di Brugherio
- Microinquinanti organici
- Effetti degli inquinanti
- Ecotossicologia
- Classificazione ecologica
- Aree remote, cambiamenti
climatici
B
A
R
I
M M
I I
L L
A A
N N
O O
Water and Wastewater Treatment
Natural waters
Municipal Wastewater
Industrial Wastewater
Develop new processes for treating:
MWWTP retrofitting for facing the
impact of growing population and
increasing loads, Minimizing sludge
production, Odor Removal, WW Reuse
pollutant sources, emerging pollutants
set up and validation of analytical methods
for water pollution control and ecological
classification of water bodies, environmental
quality standard
modes of transport of pollutants and their
circulation-transformation processes,
evaluation of pollutant trend,
effects of pollutants on the structural and
functional characteristics of the ecosystems
(e.g. endocrine disrupters), the role of
microbial ecology in the cycling of carbon
Water Quality
Improve knowledge on the functioning of ecosystems and possible effects
of anthropogenic pressures on surface and ground water. Major topics:
90% of barbel males in the Po
River shows more or less marked
female characteristics
Ct = 98,945e-0,0077t
R2 = 0,86, DT50 = 90 gg
Ct = 105,55e-0,0194t
R2 = 0,98, DT50 = 36 gg
Ct = 100,48e-0,0217t
R2 = 0,99, DT50 = 32 gg
0
20
40
60
80
100
0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77
t (giorni)
% s
ima
zin
a
Sim Sim+Urea Sterile
Microbiology of environmental systems
Cycling of carbon in aqueous systems
Biological wastewater treatment
Soil and groundwater bioremediation
Investigate the structure and the role of microbial communities
in the frame of the following topics:
► sustainability of surface and groundwater resources
► development of tools for water resources planning and management
► groundwater quality management and protection
► water management in semiarid areas/ under droughts conditions
► modelling of contamination from non-point sources
Water Resources Management
General topics of interest:
The WFD requires the implementation of an integrated Programme
of measures that take into account many other related directives.
Management plans are based on a spatial unit – the River Basin
District – and require that the measures are integrated with other
policies and programmes, the most relevant being policies affecting
land use (agriculture, energy, transport)
Sludge and waste management
. Some topics of interest at IRSA:
Studies on innovative processes for sustaining sewage sludge use in
agriculture
Assessment of sludge disposal options with the aim to increase
energy recovery
Assessment of the best operating mode of waste incineration by lab
experiments
Definition of new approaches for waste classification with specific
regard to the attribution of hazard characteristics
IRSA activities and Relationships with European directives
AQUATIC
ECOSYSTEMS
Directives 2000/60/EC for IWRM of
freshwaters and coastal waters;
2008/56/EC for marine waters; 2008/105/EC
for priority pollutants
Directive 2006/118/EC GROUND
WATER
WASTE
MANAGEMENT Drective (2008/98/EC)
DRINKING
WATER Directive 83/1998
EVOLUZIONE DELLA POLITICA EUROPEA SULLE ACQUE
Prima fase (anni ’70-80): standard di qualità per specifiche destinazioni di uso
Seconda fase (anni 90): riduzione inquinamento da fonti specifiche di
particolare rilievo (nitrati da agricoltura, acque reflue urbane, IPPC)
Terza fase (da 2000 in poi): la Direttiva quadro sulle Acque (FWD
2000/60/CE) che trova una continuità logica nelle azioni in progress per l’uso
efficiente delle risorse idriche
La WFD richiede l’implementazione di un programma integrato di misure che
interagiscono direttamente o indirettamente con molte altre direttive e
regolamenti. I piani di gestione sono basati su una unità spaziale – il distretto
idrogeografico – e richiedono che le misure siano integrate con altre politiche
e programmi, i più rilevanti dei quali riguardanti le politiche che interessano
l’uso del suolo (agricultura, energia, trasporti).
WFD 2000/60/CE
Drinking
Water
directive
WFD-INTERRELATED EUROPEAN DIRECTIVES W
ate
r re
late
d
directives
Biodiversity related
directives
e ancora i regolamenti:
REACH, EMAS,
ECOLABEL etc
Individua tre motori di crescita e sette iniziative faro (flagship
initiatives) per rilanciare l’economia :
Crescita intelligente
- 1) Digital agenda for Europe; 2) Innovation Union; 3)Youth on the
move
Crescita sostenibile
- 4) Resource efficient Europe; 5) An industrial policy for the
globalisation era
Crescita inclusiva
- 6) An agenda for new skills and jobs; 7) European platform
against poverty
La strategia europea 2020
L’iniziativa Resource efficient Europe si propone un’economia
efficiente nell’uso delle risorse e a basse emissioni di carbonio che
assicuri una crescita sostenibile
Prevede un sostegno alle strategie in materia di cambiamenti
climatici, energia, trasporti, industria, materie prime, agricoltura,
pesca, biodiversità, protezione degli ecosistemi
Richiede azioni per il risparmio dei consumi idrici in ambito urbano,
Industriale e agricolo incentivando il riuso per l’aspetto quantitativo.
Richiede anche una riduzione delle emissioni inquinanti e delle
diverse pressioni antropiche ponendo attenzione verso quelle
«emergenti», cioè quelle tipologie di inquinanti sconosciuti o non
riconosciuti come tali, al momento non inseriti in normative
ambientali ma che possono esserlo in futuro in ragione dei risultati
di ricerche finalizzate alla verifica dei loro effetti sugli ecosistemi e
dei dati di monitoraggio riguardanti la loro presenza nell’ambiente
Problematiche emergenti
Endocrine Disrupting Compounds (EDCs)
• What are?
– Chemicals known or suspected to inhibit or disrupt the function of endocrine systems (development, growth, reproduction, metabolism, etc.) of humans & animals
– They can produce impacts at extremely low levels (many only recently detectable)
Detected in humans, animals &
environment - at increased levels
Potential Human Health Impacts:
– Behavioral changes, cancers, Type II diabetes, fertility declines, compromised immunity, neurological effects, etc.
– Intergenerational/heritable implications
– Developmental impacts greatest on vulnerable population groups
– Substances exhibit endocrine disrupting impacts well below toxic or neurological levels
• Known & Potential Environmental
Impacts:
– Abnormal sexual functions of fish,
frogs, mollusks (e.g., intersex fish,
decreased fertility, etc.)
– Fish lesions (perhaps due to
compromised immune systems)
EDCs Sources
Synthetic (man-made): – Pesticides & Herbicides & Insecticides
(commercial & home)
– PCBs & Dioxins, mercury, cadmium & lead
– Plastic Products
(e.g., electronics, food containers, toys, household products, packaging, etc.)
– Personal Care Products (PCPs)
(e.g., cosmetics, perfumes, shampoos, soap, detergents, insect repellants, anti-microbials)
– Pharmaceuticals (PhACs)
(e.g., antibiotics and hormones – for humans & animals; medicines – prescription, etc.)
– Others
(e.g., fire retardants, rocket fuel, diesel fuel,
animal feed additives)
Naturally occurring: human, animal, fungus & plant hormones
• Used in quantities similar to those of pesticides
• Ubiquitous compounds (water, soil, groundwater)
• More than 80 compounds, pharmaceuticals and several drug
metabolites, have been detected in the aquatic environment
• “Pseudo-persistent” owing to their chronic presence in the environment
• They are only recently considered in the laws currently in force
• Low environmental concentrations
• Very active molecules
Pharmaceuticals
Il 90% dei maschi di barbi adulti catturati nel fiume Po mostra una femminilizzazione più o meno estesa delle gonadi: dal 50% a più del 90% del testicolo è diventato ovario. Viganò et al. (2001) A questi sono seguiti altri riscontri su altre specie.
Quali le conseguenze a livello di popolazione e comunità?
Non siamo in grado di predire gli effetti a lungo termine, né siamo in grado, esaminando i cambiamenti di una comunità, di indicare le cause responsabili
Il problema degli alteratori endocrini
Tossicogenomica e Tossicoproteomica si vanno configurando come nuove discipline in grado di produrre gli strumenti interpretativi (biomarkers) per l’indagine ambientale.
Nanoparticles (NPs)
Definition: NPs are particles smaller
than 100 nm. These materials are
increasingly being used for
commercial purpose
(nanotechnology) such as filler,
opacifiers, catalysts, semiconductors,
cosmetics, microelectronics, drug
carriers etc.
Some NPs are: Ag, Al-Ox, Fe-Ox, SiO2,
TiO2, ZnO.
the increased ratio of surface area to
volume present in nanoscale
materials opens new possibilities in
surface-based science materials
Potential health risks: NPs are
suspected to enter the human cells
more easily than microsized particles;
have a high biological activity and
several types of NPs have shown toxic
effects
There are limited knowledge of the risks
associated with exposure to and
release into the environment
The fate, transport and adverse impact
of anthropogenic nanomaterials (e.g.
carbon nanotubes, molecular wires,
quantum dots, etc.) on water quality will
determine to a large extent their
regulatory and public acceptance.
Cyanobacteria bloom is one of the emerging problem affecting lake
ecosystems. This phenomena seems to be connected with climate
change due to the elevated capacity to adapt by the cyanobacteria,
although driving factors are still under investigation
Some species of cyanobacteria produce toxins that affect animals and
humans. People may be exposed to cyanobacterial toxins by drinking
or bathing in contaminated water. The most frequent and serious health
effects are caused by drinking water containing the toxins or by ingestion
during recreational water contact
In spite of their aquatic origin, most of the cyanotoxins that have been
identified appear to be more hazardous to terrestrial mammals than
to aquatic biota
The cyclic peptide toxins (microcystins and nodularins) which primarily
cause liver injury are very widespread and they are very likely to occur
if certain taxa of cyanobacteria (for example Planchtroxix, Oscillatoria,
Anabaena) are present
Il problema delle cianoficee
Classi di composti Esempi
Farmaceutici
Antibiotici ad uso umano o veterinario
Trimethoprim, erytromicine, lincomycin, sulfamethaxozole
Analgesici ed anti-infiammatori Ibuprofene, acetaminophen, acido acetilsalicilico, diclofenac, fenoprofen
Psicofarmaci Diazepam
Regolatori lipidici Bezafibrato, acido clofibrico, acido fenofibrico
-bloccanti Metoprolol, propanolol, timolol
Droghe e metaboliti Cocaina, anfetamina, benzoilecgonina
Steroidi ed ormoni Estradiolo, estrone, estriolo, dietilstilbestrolo
Antisettici Triclosan, clorofene
Composti perfluorurati Acido pefluoroottanoico, perfluoroottansolfonato
Ritardanti di fiamma Tetrabromo bisfenolo A,
tris(2-cloroetil)fosfato
Additivi delle benzine Eteri dialchilici, metil-t-butiletere
GLI INQUINANTI EMERGENTI
DIRETTIVA SOSTANZE PRIORITARIE Nuova Proposta (2011/0429 COD)
Sostanza prioritaria AA-EQS
Acque dolci (g/L)
AA-EQS
Acque di mare (g/L)
Dicofol 1,3x10-3 3,2x10-5
PFOS 6,5x10-4 1,3x10-4
Quinoxyfen 1,5x10-1 1,5x10-2
Aclonifen 1,2x10-1 1,2x10-2
Bifenox 1,2x10-2 1,2x10-3
Cybutrine 2,5x10-3 2,5x10-3
Cypermethrin 8x10-5 8x10-6
Dichlorvos 6x10-4 6x10-5
Hexabromocyclododecane 1,6x10-3 8x10-4
Heptachlor e heptachlor epoxide
2x10-7 1x10-8
Terbutryn 6,5x10-2 6,5x10-3
17-ethinylestradiol 3,5x10-5 7x10-6
17--estradiol 4x10-4 8x10-5
Diclofenac 1x10-1 1x10-2
AA-EQS previsti da Direttiva 2008/105/EC e da
proposta di nuova direttiva (2011/0429 COD)
Sostanza prioritaria
2008/105/EC Acque
2011/0429 COD acque
EQS2008/105/EC R = ___________
EQS2011 COD
dolci (g/L)
di mare (g/L)
dolci (g/L)
di mare (g/L)
Difenileteri bromurati 5x10-4 2x10-4 4,9x10-8 2,4x10-9 10204 (83333)
Fluorantene 1x10-1
1x10-1 6,3x10-3 6,3x10-3 16
Naftalene 2,4 1,2 2 2 1,2 (0,6)
benzo(a)pirene 5x10-2 5x10-2 1,7x10-4
1,7x10-4
294
benzo(b)fluorantene = 3x10-2
= 3x10-2
176
benzo(k)fluorantene 176
benzo(g,h,i)-perilene = 2x10-3
= 2x10-3
12
Indeno(1,2,3-cd)-pirene
12
Gli effetti visibili
ma spesso assistiamo a fenomenologie difficili da spiegare ??
Bioaccumulo e biomagnificazione
“I gabbiani impazziti nel mar di Barents”
attribuita a PCB accumulati nei tessuti grassi
(0.00005 ng/L in acqua; 5 ng/g nello zooplankton;
20 ng/g nei pesci; 3600 ng/g nei gabbiani). I PCB
accumulati nel grasso dei volatili vengono poi
assunti quando i grassi sono utilizzati come riserve
energetiche, diffondendosi nel loro organismo e
concentrandosi nel cervello e nel fegato.
Lo spiaggiamento di capodogli
nel Gargano (11 dicembre 2009) in Nuova Zelanda (29 dicembre
2009; 24 gennaio 2010)
Quali le cause: inquinamento acustico, chimico, elettromagnetico, virus ??
e per la moria delle api ??, di uccelli ??
episodi recenti
Il ruolo IRSA nel settore analitico
1972 Quaderno IRSA n. 11 (3 volumi)
Le metodiche analitiche e di campionamento da impiegarsi nella
determinazione dei parametri sono quelle descritte nei volumi
“Metodi analitici per le acque” pubblicati dall’IRSA-CNR, Roma e
successivi aggiornamenti (Legge 319/76)
1978-1988 Quaderno IRSA n. 11, Quaderno 59,
Quaderno 64 (schede mobili)
1994 Quaderno IRSA n. 100 (Istituto Poligrafico e
Zecca dello Stato)
1981-1993 Metodi Analitici per le Acque-Notiziario
1994 - ad oggi Notiziario dei Metodi Analitici
Il ruolo IRSA-APAT nel settore analitico
2003 Manuale APAT-IRSA n. 29/2003
Le metodiche di campionamento ed analisi saranno
aggiornate dall’ANPA (APAT) (Limiti di emissione
scarichi, All. 5, D. Lgs. 152/99 e D. Lgs. 152/06)
• Per i metodi di campionamento ed analisi degli elementi di
qualità biologica si fa riferimento…… quaderni e Notiziari IRSA
per le acque dolci…es. Il sistema di classificazione
MacrOper
• I metodi per i parametri chimici sono riportati nei Manuali e
Linee Guida APAT/CNR-IRSA n. 29/2003 e successivi
aggiornamenti…
• ..
• Per le sostanze dell’elenco di priorità per le acque superficiali
interne, nelle more della pubblicazione dell’aggiornamento dei
quaderni APAT/CNR-IRSA si fa riferimento per i metodi analitici
a metodiche EN ISO, ISO, APAT-IRSA, ISTISAN
Classificazione dello stato dei corpi idrici
Decreto MATTM 260/10
• E’ necessario aumentare la collaborazione tra enti di ricerca/università e
industria per indirizzare gli sforzi di ricerca verso i settori più carenti e
sviluppare strumenti di indagini che consentano di affrontare e
approfondire le complesse fenomenologie ambientali, la cui comprensione
è alla base della protezione degli ecosistemi e della salute dell’uomo.
• Gli EQS, con l’aumento delle conoscenze, tendono a divenire sempre più
bassi e richiedono la definizione di protocolli analitici sempre più affidabili in
grado di determinare taluni contaminanti a livelli di ultratracce (<pg/L)
• I metodi di analisi da utilizzare nel monitoraggio dello stato di qualità dei
corpi idrici debbono avere requisiti minimi di prestazione piuttosto severi
(LOQ 1/3 EQS; incertezza di misura 50%)
• Le difficoltà di raggiungimento delle sensibilità richieste per i contaminanti
idrofobici suggeriscono di prendere in considerazione altre matrici
(sedimenti, organismi) o il ricorso ad approcci non tradizionali (es.
campionatori passivi)
• E’ necessario sviluppare metodi di preconcentrazione, separazione e
riconoscimento estremamente sofisticati per l’identificazione e il
monitoraggio di contaminanti emergenti
CONCLUSIONI