Development and validation of novel methods and technologies for sustainability and health risk assessment in circular urban water management

Technical solutions addressed towards a circular approach of urban water systems are presented, including: i) risk management and digital support for water reuse in agriculture and safe bathing water; ii) evaluation of the sustainability of the integrated water service; iii) determination of compounds of emerging concern in the infrastructures connected to strategic water basins. A detailed analysis was conducted for water reuse for irrigation in agriculture. Risk assessment was performed in three case studies in Italy both with semi-quantitative and with quantitative approaches. Tests on innovative sensor for microbial determination were conducted, investigating methodologies to assess sensors performances against standard lab analyses. As concern safe use of bathing water, models for bathing water predictions were integrated to evaluate their applicability in the development of an early warning system. A deterministic model was used to obtain simulations on the future configuration of the sewer system in the bathing site of Pont d’Iena, while a statistic model was implemented to obtain predictions on E.coli concentrations. The sustainability of the circular approach to urban water management was evaluated through the definition of the nexus among water reuse, carbon and energy footprint and agriculture irrigation. A methodology for parametric carbon footprint assessment of territorial wastewater service has been developed and tested in four Italian water utilities. An LCA was conducted to evaluate different scenarios and management strategies. Sustainability of phosphorus recovery technologies and the valorisation of the related products in the market were evaluated. The presence of emerging contaminants, such as microplastics, in in drinking water and wastewater infrastructures connected to strategic lake water basins, was analysed. A protocol was developed for the determination and the quantification of microplastics.

Le soluzioni tecniche proposte, indirizzate verso un approccio circolare del servizio idrico, includono: i) gestione del rischio e supporto digitale per il riutilizzo delle acque reflue in agricoltura e per le acque di balneazione; ii) valutazione della sostenibilità del servizio idrico integrato; iii) determinazione dei composti emergenti nelle infrastrutture connesse a bacini idrici strategici. È stata condotta un'analisi per il riutilizzo delle acque per l'irrigazione in agricoltura. Sono state effettuate valutazioni del rischio in tre casi di studio, sia con approcci semi-quantitativi che quantitativi. Inoltre, sono stati eseguiti test su sensori per la determinazione microbica e sono state analizzate metodologie per valutarne le prestazioni. Modelli per le previsioni della qualità delle acque di balneazione sono stati integrati per lo sviluppo di un sistema di allerta precoce. È stato utilizzato un modello deterministico per ottenere simulazioni sulla futura configurazione del sistema fognario nella località balneare di Pont d'Iena, mentre è stato implementato un modello statistico per ottenere previsioni sulle concentrazioni di E.coli. La sostenibilità dell'approccio circolare alla gestione dell'acqua è stata valutata attraverso la definizione delle connessioni tra riutilizzo dell'acqua, impronta di carbonio, energia e agricoltura. Una metodologia per la valutazione dell'impronta di carbonio del servizio di depurazione è stata sviluppata e testata in quattro società idriche italiane. Una valutazione LCA è stata condotta per esaminare diverse strategie di gestione. Sono state valutate la sostenibilità delle tecnologie di recupero del fosforo e la valorizzazione dei relativi prodotti nel mercato. La presenza di contaminanti emergenti, come le microplastiche, in infrastrutture connesse a bacini lacustri strategici, è stata analizzata ed un protocollo per la determinazione e la quantificazione delle microplastiche nelle acque potabili e reflue è stato sviluppato.