Laboratori per la qualità delle acque e degli ambienti acquatici

Il Dipartimento ospita attività sperimentali e modellistiche dedicate alla caratterizzazione, salvaguardia, e miglioramento della qualità delle acque naturali e trattate. In particolare, questa sezione include il laboratorio di Ricerche Idrogeologiche, il laboratorio EnviNano, il laboratorio en.sur.e. water, e il centro interdipartimentale Clean Water Center. Qui, si svolgono progetti di ricerca teorica e applicata su temi quali: caratterizzazione di acque sotterranee e superficiali, caratterizzazione di sorgenti e di acquiferi, salvaguardia e bonifica di siti contaminanti, potabilizzazione e dissalazione, trattamento acque e estrazione di acqua di alta qualità da flussi contaminati.

ATTREZZATURA PER LA DIDATTICA

Modelli di acquiferi che includono diverse granulometrie, piezometrie, e possibilità di visualizzazione del flusso e del trasporto di soluzioni.

Modelli di filtrazione a membrana per la filtrazione di acqua.

ATTREZZATURA PER LA RICERCA

Strumentazione per la caratterizzazione di sospensioni colloidali di micro- e nanoparticelle di rilevanza ambientale (particelle reattive per la nanoremediation di siti contaminati, microplastiche, nanopesticidi, contaminanti in forma particellare, aerosol). La strumentazione comprende:

• Centrifuga a disco, per l’analisi dimensionale di particelle micro- e nanometriche (range indicativo 50 nm - 50 micron)               
• Dynamic Light Scattering, per l’analisi dimensionale e di potenziale zeta di nanoparticelle in sospensione acquosa (range 10 -1000 nm)   
• Spettrometro acustico, per l’analisi dimensionale di sospensioni concentrate di particelle micro- e nanometriche (range indicativo 30 nm - 50 micron)
• Strumento per analisi di dimensionale di aerosol ambientali nel range 6 nm – 10 micron;
• Strumento laser a doppia lunghezza d’onda per analisi dimensionale di particelle nel range 0.15 – 40 micron.   

Setup sperimentali per lo studio del trasporto di sostanze disciolte e particelle in mezzi porosi saturi, insaturi, e di aerosol, a diverse scale. Le applicazioni prevalenti comprendono la nanoremediation e la bonifica tradizionale di sistemi acquiferi contaminati, lo studio della mobilità nel sottosuolo di contaminanti di origine industriale e agricola, le capacità di filtrazione di sistemi industriali e ad uso personale. La strumentazione comprende:

• Setup per prove di trasporto nei mezzi porosi per valutare iniettività, trasporto e raggio di influenza di reagenti per la bonifica di acquiferi contaminati. I setup sono composti da: colonne o sistemi 2D/3D impaccabili con mezzi porosi naturali o artificiali, pompe per iniezione fluidi viscosi ad alta pressione, sensori per il monitoraggio di pressioni e suscettività magnetica, sistema in linea per la dispersione delle particelle in fluidi viscosi. I setup sono modulabili ed adattabili allo studio di diverse geometrie e diverse scale (colonna cilindrica di lunghezza 0.3 – 1 m, sistema 2D radiale di raggio 0.8 m, vascone di 0.5 m³)
• Setup per prove di trasporto nei mezzi porosi per valutare la mobilità di contaminanti e particelle nel suolo e sottosuolo (es. contaminanti di origine industriale, micro e nanoplastiche, nanomateriali di sintesi, nanopesticidi). I setup sono composti da: pompe di iniezione a bassa portata, colonne o sistemi 2D/3D, spettrofotometro in linea per monitoraggio concentrazioni in/out, sonde per misura di pressione, tensione matriciale, contenuto d’acqua, temperatura, potenziale redox. I setup sono modulabili ed adattabili allo studio di diverse geometrie e diverse scale.
• Lisimetro da laboratorio, per lo studio su scala medio-grande di processi di flusso e trasporto di contaminanti, nutrienti e pesticidi. Il setup è costituito da: simulatore strumentato (corpo cilindrico di diametro 30 cm, altezza 90 cm), simulatore di pioggia, sistema di campionamento automatico o manuale, sistema di pesatura automatico, sonde di misura di pH, ORP, temperatura, tensione matriciale, contenuto d’acqua.
• Setup per prove di microfluidica/microscopia per lo studio della mobilità di particelle colloidali alla scala microscopica di poro. I setup sono composti da: sistema di microfluidica, sistema di imaging real time, sistema misura di concentrationi in/out in linea mediante spettrofotometro.
• Setup per l’analisi dimensiona di aerosol anche batterici e per il test di apparati di filtrazione.

Strumentazione per la caratterizzazione di diverse matrici ambientali e fluidi utilizzati per la bonifica, comprendente:

• Gascromatografo, per l’analisi della concentrazione di gas e contaminanti organici volatili e semi-volatili in vari campioni di laboratorio e di campo        
• Magnetoreometro, per l’analisi delle proprietà reologiche e magnetoreologiche di fluidi non Newtoniani, utilizzati prevalentemente per la bonifica di sistemi acquiferi    

Strumentazione di campo per il monitoraggio di sistemi acquiferi, ed in particolare per monitoraggio dei livelli di falde idriche, portate, analisi gas da suolo, pompe, celle di flusso, sonde di interfaccia.

Misuratore di potenziale superficiale. Analizzatore elettrocinetico SurPASS™ 3 (Anton Paar), utilizzato soprattutto per la caratterizzazione del potenziale superficiale delle membrane. Questo sistema può essere utilizzato anche per altri campioni solidi piatti, nonché fibre e tessuti, campioni granulari e particelle grossolane.

Misuratore di carbonio totale e carbonio organico totale. Analizzatore ad alta sensibilità TOC-Lcsh (Shimadzu) per la misura di carbonio totale, carbonio inorganico e carbonio organico totale (TOC) in soluzioni acquose.

Setup sperimentali per la filtrazione attraverso membrane ceramiche e polimeriche a diversa scala. Le applicazioni riguardano soprattutto la potabilizzazione, la dissalazione e l’estrazione di acqua da soluzioni saline e ipersaline, il trattamento di acque reflue e l’estrazione di risorse da flussi acquosi. La strumentazione comprende:

• un sistema di laboratorio di osmosi inversa / nanofiltrazione a flusso tangenziale (5-70 bar) per campioni membrane piane rettangolari di piccole (3 × 10 cm) e medie (9.7 cm × 14.7 cm) dimensioni
• un sistema di laboratorio dead-end di ultrafiltrazione / nanofiltrazione a bassa pressione (0.5-5 bar) per membrane piane circolari (diametro 2.54 cm = 1 pollice) (Merck stirred cell 8010
• un sistema di laboratorio a flusso tangenziale di ultrafiltrazione / nanofiltrazione (0.5-10 bar) in grado di ospitare sia membrane piane rettangolari (3 × 10 cm) che campioni di membrane ceramiche tubolari (diametro 1 cm e lunghezza 25 cm)
• un sistema di laboratorio di osmosi diretta per membrane piane, per campioni di membrana rettangolari di dimensioni 20 cm² (2.5 cm × 8 cm)
• un sistema di laboratorio di osmosi diretta per membrane piane, per campioni di membrana rettangolari di dimensioni 140 cm² (9.7 cm × 14.7 cm)
• un sistema di laboratorio di distillazione a membrana (direct contact) per membrane piane, per campioni di membrana rettangolari di piccole dimensioni (2.5 cm × 8 cm) e medie dimensioni (5 cm × 25 cm)
• un sistema di distillazione a membrana (direct contact) di medie dimensioni per membrane piane, per campioni di membrana rettangolari di dimensioni (10 cm × 50 cm)
• un sistema di laboratorio dead-end di osmosi inversa / nanofiltrazione (5-70 bar) per membrane piane circolari (diametro 7 cm) (Sterlitech HP4750)
• un sistema pilota di micro / ultrafiltrazione per membrane ceramiche a modulo singolo (lunghezza 1 m)
• una cella di diffusione in vetro per membrane piane circolari di diametro 1.4 cm

Questi sistemi sono parzialmente modulabili ed adattabili allo studio di diverse geometrie e a diverse scale.

Strumentazione da laboratorio per la determinazione e quantificazione degli ioni e dei metalli presenti nelle matrici liquide esaminate:

• Sistema Merck di deionizzazione dell’acqua a doppio stadio, con produzione acqua pura ed ultrapura (tipo 2 e tipo 1), per la preparazione di reagenti e standard
• Cromatografo Ionico Metrohm: strumentazione utilizzata per la determinazione della concentrazione degli anioni
• Spettrofotometro ad Assorbimento Atomico Shimadzu: strumentazione utilizzata per la determinazione della concentrazione di anioni, cationi e metalli operante in due modalità di atomizzazione del campione; tramite fiamma o fornetto di grafite
• Titolatore Metrohm: strumentazione utilizzata per la determinazione della concentrazione dei cationi Ca e Mg , dell’anione idrogeno carbonato e per altre titolazioni con controllo automatico del potenziale
• Mulino a sfere: strumentazione utilizzata per il trattamento di matrici solide per la loro successiva analisi
• Digestore microwave Millestone: strumentazione utilizzata per il trattamento di matrici solide per la loro successiva analisi
• Spettrometro di massa al plasma (ICP-MS) Thermo Fisher: strumentazione utilizzata per la valutazione delle concentrazioni dei metalli e delle terre rare con sensibilità all’unità di ppt

Strumentazione per la qualificazione delle matrici liquide esaminate in sito

• Acquisitori WTW con sensori ed elettrodi per la determinazione della conducibilità elettrica, della temperatura, del pH, del potenziale Redox e dell’ossigeno disciolto
• Fluorimetro per la determinazione della concentrazione di traccianti utilizzati per l’individuazione dei percorsi di infiltrazione dell’acqua alimentanti sorgenti o altre emergenze idriche
• Strumentazione per l’individuazione di stratificazioni termiche e di conducibilità elettrica tramite sensore C.E./T
• Sonde multiparametro OTT per il monitoraggio delle acque delle sorgenti