78446 - INQUINANTI NEL SISTEMA SUOLO - ACQUA - PIANTA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine dell'insegnamento, lo studente avrà acquisito le competenze per valutare, analizzare e, in linea teorica, prevedere i principali processi autodepurativi attuati dal sistema suolo-pianta nei confronti di inquinanti organici e inorganici tramite processi ritentivi e degradativi. In particolare, lo studente sarà in grado di: - correlare il comportamento degli inquinanti nel sistema suolo-pianta in funzione delle caratteristiche chimico-fisiche degli stessi e del terreno considerato; - relazionare su specifiche tematiche inerenti il comportamento di inquinanti nel sistema suolo-pianta; - effettuare una lettura critica di pubblicazioni scientifiche inerenti la valutazione e la previsione dei fenomeni di inquinamento del suolo e delle acque.

Contenuti

Lezioni frontali (36 ore)

L'insegnamento si articola in diverse unità didattiche.

Unità didattiche. L'insegnamento si articola in 2 unità didattiche.

1. Didattica Frontali (36 ore)

1.1. Adsorbimento di inquinanti sulle componenti del suolo (10 ore)

1.1 Caratteristiche del suolo e adsorbimento degli inquinanti. Introduzione al corso e definizione di inquinante. Equilibri di ripartizione tra i principali comparti ambientali. Tessitura: struttura dei fillosilicati di tipo espandibile e non-espandibile e adsorbimento, cavità silossanica come reattore nucleofilo, sostituzioni isomorfe e stato di idratazione sull'adsorbimento di inquinanti organici e inorganici. Sostanza organica del terreno e adsorbimento. Adsorbimento su ossidi e idrossidi del suolo. Diagramma di stato di ematite e gibbsite. Adsorbimento in funzione del pH del suolo.

1.2. Caratteristiche dell'inquinante e adsorbimento al suolo. Caratteristiche chimico-fisiche: Solubilità, tensione di vapore, costante di Henry, coefficiente di ripartizione n-ottanolo-acqua (Kow), coefficiente di ripartizione suolo-acqua (Kd), costante di dissociazione acida o basica, effetto della carica dell'inquinante sull'adsorbimento.

1.3. Effetti macroscopici dell'adsorbimento di inquinanti al suolo. Isoterme di adsorbimento e desorbimento: tecnica batch e su colonna. Reversibilità e irreversibilità dell'adsorbimento. Termodinamica dell'adsorbimento.

1.4. L'adsorbimento a livello molecolare. Meccanismi di adsorbimento: Interazioni di van der Waals, legame idrofobico. Adsorbimento come processo cooperativo.Legame a idrogeno. Protonazione. Scambio cationico. Ponte cationico, Ponte ad acqua. Scambio anionico. Scambio di legante.

1.2. Degradazione di inquinanti nel suolo e nelle acque (10 ore)

1.2.1. Degradazione abiotica. Energia potenziale dell'adsorbimento reversibile e irreversibile: adsorbimento e degradazione abiotica. Caratteristiche del suolo che influenzano la degradazione: complessi di adsorbimento a sfera esterna e interna. Sostituzioni isomorfe e degradazione. Degradazione idrolitica pH-catalizzata in fase eterogenea e omogenea. Processi fotolitici: fotolisi diretta e diagramma di Jablonsky, fotolisi indiretta. Degradazione catalizzata da biossido di titanio: la potabilizzazione dell'acqua.

1.2.2. Degradazione biotica. Definizione e caratteristiche. Proprietà chimico-fisiche dell'interfaccia suolo-radice: Gradienti rizosferici: pH, nutrienti, potenziale redox, essudati, attività microbica, attività enzimatiche. Influenza della rizosfera sulla struttura minerale del suolo. Caratteristiche del suolo che influenzano la degradazione biotica. Degradazione microbica: tipo diretto e tipo indiretto. Reazioni di ossidazioni, idrolisi e riduzione. Letti biologici.

1.3. I metalli pesanti (6 ore)

1.3.1. I metalli nel sistema suolo-acqua-pianta. Metalli e metalli pesanti. Speciazione dei metalli nel terreno e nella soluzione circolante del suolo(ioni liberi, paia ioniche, complessi metallorganici). Disponibilità dei metalli in funzione del pH. Effetto della sostanza organica disciolta sul trasporto dei metalli nei corpi idrici. Metalli e potenziale redox. Fitoestrazione in presenza di chelanti. Tossicità dei metalli pesanti: rame, zinco, arsenico, cadmio, nichel, piombo.

1.3.2. Piogge acide. Formazione, evoluzione ed effetti sul sistema suolo-pianta. Acidificazione e potere tampone del suolo (fasi carbonatiche, sostanza organica, le basi di scambio). Alluminio mobile: formazione, effetti sul mucigel radicale e sulla parete cellulare vegetale.

1.4. Inquinamento del sistema suolo-acqua e contaminazione vegetale (10 ore)

1.4.1. Generalità sull'inquinamento. Indice GUS (Groundwater Ubiquity Score). Misure di contenimento dell'inquinamento dei suoli e corpi idrici. Normative vigenti in materia di inquinamento di suoli e acque. Tecniche di decontaminazione a basso impatto ambientale: Tecniche chimico-fisiche, scambio cationico, compostaggio, fitorimedio.

1.4.2. Uptake vegetale. Ingresso dei contaminanti nella pianta. Fitostabilizzazione: Fattore di concentrazione alla radice e Kow dell'inquinante. Fitodegradazione: fattore di concentrazione nel flusso traspiratorio e Kow dell'inquinante. Traslocazione di contaminanti acidi nella pianta: Teoria della trappola ionica. Fitotrasformazione enzimatica: Fase I (ossidazioni, idrolisi, riduzioni), Fase II (coniugazione con molecole a basso PM), Fase III (coniugazione con molecole ad alto PM). Fitovolatilizzazione.

2. Esercitazioni (24 ore)

Le attività di didattica non-frontale dei moduli di:

• Inquinanti nel sistema suolo-acqua-pianta
• Indici di qualità del suolo
• Applicazione della microbiologia in campo ambientale

riguarderanno l’elaborazione di dati analitici, microbiologici e agronomici di liquami zootecnici sottoposti a trattamenti per l’abbattimento di antibiotici e patogeni e della loro applicazione in campo.

Le attività così definite permetteranno agli studenti di affrontare la tematica con approccio multidisciplinare, collegando e integrando gli aspetti chimici, microbiologici e agronomici trattati durante le lezioni dei 3 moduli in una visione di sintesi.

Se consentito dalla situazione sanitaria, gli studenti potranno frequentare i laboratori per un monte ore che verrà loro comunicato dai docenti.

Testi/Bibliografia

Tavola periodica degli elementi.

Le slide proiettate durante il Corso sono disponibili.

Si consiglia di prendere visione dei seguenti testi:
Agrofarmaci - Conoscenze per un uso sostenibile, Gruppo Perdisa Editore, II Parte (pg. 151-377). Il testo è messo a disposizione dalla docente.

Marschner H., Mineral Nutrition of Higher Plants. Academic Press, London, 1995. Chapter 15: The soil/root interface.

Metodi didattici

Didattica frontale:

Attraverso la somministrazione delle unità didattiche in aula lo studente acquisisce le conoscenze dei principali meccanismi di inquinamento e autodepurazione del sistema suolo-acqua-pianta, delle principali misure per la tutela della qualità dei terreni e corpi idrici e possibili tecniche di mitigazione dell'inquinamento. L'acquisizione delle conoscenze e la capacità di comprensione saranno costantemente monitorate, durante lo svolgimento delle lezioni frontali, attraverso una continua interazione tra docente e studenti che li vede coinvolti in attività di problem solving inerenti alla disciplina insegnata. L'interazione docente-studenti avrà anche lo scopo di promuovere lo sviluppo di autonomia di giudizio e migliorare le abilità comunicative.

Esercitazioni di laboratorio:

La preparazione dell'esercitazione di laboratorio prevede diverse fasi quali: la razionalizzazione di quella che è la finalità dell'esperimento; la conoscenza delle tecniche adottate per la sua conduzione; la manipolazione e il trattamento dei campioni da analizzare; la raccolta e l'elaborazione dei dati ottenuti; l'interpretazione dei dati finali alla luce delle conoscenze acquisite durante le lezioni frontali. Durante le esercitazioni saranno proposti alcuni scenari applicativi, all'interno dei quali lo studente (da solo o in gruppo) dovrà scegliere un programma di lavoro che seguirà lungo l'intera durata delle esercitazioni, e al termine delle quali dovrà produrre una relazione tecnica e una breve esposizione orale relative al lavoro svolto.

“In considerazione delle tipologie di attività e metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede lo svolgimento di tutti gli studenti dei moduli 1 e 2 in modalità e-learning [https://www.unibo.it/it/servizi-e-opportunita/salute-e-assistenza/salute-e-sicurezza/sicurezza-e-salute-nei-luoghi-di-studio-e-tirocinio] e la partecipazione al modulo 3 di formazione specifica sulla sicurezza e salute nei luoghi di studio. Indicazioni su date e modalità di frequenza del modulo 3 sono consultabili nella apposita sezione del sito web di corso di studio.”

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento dell'insegnamento avviene attraverso la valutazione della relazione prodotta al termine delle esercitazioni di laboratorio e sarà completata con l'esposizione orale del lavoro svolto. In quella sede saranno anche poste alcune domande (esame orale) tese a verificare il livello di preparazione sulla parte teorica dell'insegnamento. Il voto finale deriverà dall'integrazione delle votazioni meritate nei due moduli che compongono il C.I. Qualità Chimica e Biochimica del Suolo. La verifica dell'apprendimento dovrà essere superata in modo globale ed è necessario che il candidato raggiunga la votazione di almeno 18/30 in ognuno dei due moduli (27561 e 27562). La valutazione finale sarà una media dei punteggi raggiunti in ciascuna delle 2 aree disciplinari.

Strumenti a supporto della didattica

Per la didattica frontale si utilizzeranno lavagna luminosa, PC, videoproiettore, lavagna e tavola periodica degli elementi.

Le esercitazioni di laboratorio avranno luogo nel laboratorio didattico di Chimica, Biochimica Agraria e Tecnologie Alimentari (Lab CBA) del Dipartimento di Scienze Agrarie (Università di Bologna).

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Ilaria Braschi