Tracciare gli inquinanti invisibili sotto le nostre città
Le acque sotterranee sono vitali per la salute e la prosperità dell’uomo e rappresentano il 30 % dell’acqua dolce del nostro pianeta(si apre in una nuova finestra). È immagazzinata e si muove nelle falde acquifere. Questi strati sotterranei di roccia o sedimenti sono una fonte d’acqua vitale per uso domestico, industriale o agricolo. Poiché le risorse idriche sotterranee negli ambienti urbani sono sottoposte a una pressione crescente a causa della variabilità del clima, dell’inquinamento e dello sfruttamento eccessivo, la qualità della ricarica delle falde acquifere è più importante che mai. Finanziato dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, il progetto SPONGE ha cercato di capire in che modo le microplastiche e i contaminanti emergenti nelle acque di deflusso hanno un impatto sulle falde acquifere. L’obiettivo era quello di determinare se l’acqua di ruscellamento immagazzinata potesse essere utilizzata per migliorare la resilienza delle falde acquifere urbane alla scarsità di acqua sotterranea.
Andare oltre i metodi tradizionali per rilevare meglio le particelle nocive
La prima linea d’azione di SPONGE è stata quella di monitorare le acque sotterranee in 11 pozzi per un periodo di 17 mesi tra il 2023 e il 2025 e di raccogliere campioni da potenziali fonti di contaminazione, tra cui le acque di dilavamento e le acque reflue. Questi campioni sono stati poi sottoposti ad analisi alla ricerca di microplastiche, antibiotici, farmaci e traccianti chimici. Per effettuare questa analisi, SPONGE ha introdotto un nuovo approccio multi-tracciante che integra dati isotopici, chimici e farmaceutici per tracciare potenziali percorsi di contaminazione. I risultati hanno evidenziato che le perdite di acque reflue sono il principale responsabile, offrendo nuove conoscenze sui processi che stanno alla base della loro distribuzione. All’inizio, il team si è scontrato con i limiti delle tecniche di rilevamento e identificazione esistenti. Come spiega il borsista del progetto Stefano Viaroli, «abbiamo scoperto che i protocolli e le tecniche spettroscopiche comunemente utilizzate non sono in grado di rilevare e caratterizzare particelle più piccole di 20 µm. Per risolvere questo problema, abbiamo testato un approccio innovativo che utilizza la microscopia a forza atomica per rilevare le microplastiche su scala nanometrica». Sebbene il metodo non sia ancora ampiamente applicabile a causa dei costi elevati e delle difficoltà di rilevamento dei tipi di polimeri, i risultati sono stati molto promettenti, aprendo nuove possibilità per la caratterizzazione delle microplastiche e la loro relazione con altri contaminanti acquatici.
Modellizzazione numerica avanzata per la valutazione delle acque sotterranee
Le condizioni reali delle acque sotterranee sono difficili da replicare in laboratorio e ciò influisce sull’accuratezza. Utilizzando simulazioni 3D, SPONGE ha modellato il trasporto di microplastiche in mezzi porosi con gradienti idraulici variabili, migliorando la capacità predittiva e riflettendo le condizioni reali. Il modello numerico è stato messo alla prova in una simulazione su scala cittadina della ricarica delle falde acquifere di Shenzhen, una metropoli cinese nella provincia del Guangdong, dimostrando che le falde acquifere poco profonde in queste aree hanno un elevato carico di inquinanti. «I grandi sistemi di raccolta delle acque reflue urbane si sono dimostrati potenziali fonti di contaminazione significativa, in quanto possono ricevere tracimazioni fognarie», sottolinea il ricercatore. «Questi risultati hanno migliorato la nostra comprensione della qualità delle acque sotterranee e dei principali fattori di contaminazione del sottosuolo», aggiunge.
Una impresa interculturale
Il consorzio SPONGE ha svolto molte delle sue attività in collaborazione con la Southern University of Science and Technology - SUSTech(si apre in una nuova finestra) di Shenzhen. L’istituto partner ha fornito strutture, strumentazione per il monitoraggio e il campionamento delle acque sotterranee e attrezzature analitiche per le analisi chimiche e farmaceutiche. «L’opportunità di condurre ricerche in un ambiente completamente diverso dal contesto europeo è stata molto stimolante, permettendoci di osservare un nuovo approccio alla ricerca e di confrontarci con colleghi a tutti i livelli, scambiando idee ed esperienze», osserva l’esperto. «Uno dei risultati principali di SPONGE è stato il perfezionamento dei metodi di campionamento e pretrattamento delle acque sotterranee, che ha contribuito a definire meglio la vulnerabilità delle falde acquifere alla contaminazione da microplastiche», conclude l’autore. In questo modo, SPONGE ha aperto la strada a una ricarica sicura delle falde acquifere urbane e, di conseguenza, a ecosistemi acquatici più sani e resistenti.