I sedimenti, elementi essenziali e dinamici di tutti i sistemi acquatici, rappresentano un potenziale serbatoio di sostanze tossiche di origine antropogenica. In ambiente marino, essi costituiscono un comparto ambientale estremamente complesso, con modalità di formazione, caratteristiche chimico-fisiche, organismi viventi e tipi di contaminazione estremamente variabili. In particolare, gli idrocarburi di origine petrolifera (indicati globalmente con la misura dei TPH - Total Petroleum Hydrocarbon) inquinanti prioritari particolarmente diffusi nelle aree fortemente industrializzate, tendono a rimanere intrappolati nei sedimenti per lunghi periodi di tempo; ciò li rende una fonte permanente di inquinamento e, conseguentemente, comporta effetti negativi sulla salute umana e sull’ambiente. La presenza in Italia di un elevato numero di siti contaminati ha fatto sorgere negli ultimi anni un crescente interesse verso nuove tecnologie di bonifica. In merito ai sedimenti portuali, stante la frequente necessità di dragare ingenti quantità di materiale per garantire la fruibilità delle aree portuali e il mantenimento di adeguate batimetrie, risulta necessario individuare valide opzioni di gestione che ne riducano lo smaltimento in discarica, soprattutto in relazione alle recenti disposizioni normative. Le aree portuali sono inoltre tra le zone costiere maggiormente soggette a fenomeni di inquinamento, spesso legati alle diverse attività industriali che vi si concentrano. In particolare, la Rada di Augusta (Siracusa, Italia) è sede di numerose attività industriali e di raffinazione che hanno comportato negli anni un severo stato di contaminazione, sia delle acque che dei sedimenti, tanto da far rientrare la Rada nella perimetrazione dei Siti di Interesse Nazionale (SIN). Tecnologie promettenti per il risanamento dei sedimenti marini contaminati da idrocarburi si basano sulla biodegradazione degli inquinanti da parte di popolazioni microbiche capaci di utilizzarli come fonte di carbonio ed energia. Tali strategie, più economiche ed ecosostenibili rispetto a trattamenti di tipo termico o chimico-fisico, stanno guadagnando attenzione grazie a una serie di studi che esplorano l'applicazione di comunità microbiche per la degradazione dei TPH. Tra queste, i reattori bioslurry, sistemi di trattamento ex-situ, si configurano come una delle migliori alternative per il trattamento di suoli e sedimenti contaminati da inquinanti recalcitranti in condizioni controllate. L'obiettivo di questa tesi di dottorato è stato quello di valutare l’applicabilità del trattamento biologico mediante reattori bioslurry a un sedimento proveniente da un sito interessato da un reale stato di contaminazione, la Rada di Augusta. In particolare, l’attività sperimentale è stata suddivisa in quattro fasi, di cui le prime due propedeutiche alla predisposizione dell’istallazione sperimentale per il trattamento della matrice contaminata in un reattore bioslurry a scala da banco: I. esecuzione di test di microcosmo aerati su sedimento proveniente dalla rada; II. configurazione impiantistica ottimale del reattore; III. prima campagna sperimentale in reattore bioslurry; IV. seconda campagna sperimentale in reattore bioslurry. I test di microcosmo condotti nella prima fase sperimentale hanno consentito di misurare degli indicatori funzionali alla valutazione delle performance dei trattamenti biologici nella rimozione della componente idrocarburica presente nei sedimenti marini. A tale scopo, sono state adottate diverse configurazioni di reattori batch, al fine di valutare la capacità degradativa della biomassa autoctona e l’influenza sul processo dell’aggiunta di nutrienti (biostimulation) e inoculo di biomasse alloctone (bioaugmentation). La seconda fase della ricerca è stata dedicata alla messa in esercizio di un reattore in fase semisolida (slurry), del tipo STR (stirred tank reactor). Le attività preliminari di tale fase hanno consentito di valutare la migliore configurazione impiantistica in termini di efficienza di miscelazione, con particolare riferimento alle modalità di miscelazione e alla presenza o meno di aerazione. Le ultime due fasi della sperimentazione sono state condotte alimentando il reattore in modalità batch con sedimento marino proveniente dalla rada; esse differiscono principalmente per lo stato di contaminazione iniziale. Sono state valutate le performance di processo in termini di rimozione di TPH congiuntamente ad altre tipologie di indagini volte ad ottenere maggiori informazioni sulla natura dei processi che si instaurano. In particolare, è stato utilizzato un approccio di tipo microbiologico che consiste nell’adozione di una tecnica di sequenziamento di nuova generazione (NGS - Next Generation Sequencing), MiSeq Illumina, per caratterizzare il comparto batterico presente nella matrice sedimento e seguire la dinamica della composizione dello stesso durante il periodo di osservazione. In relazione alle diverse fasi in cui il contaminate si può ripartire, l’analisi delle emissioni gassose dal sistema ha permesso di quantificare la componente idrocarburica volatilizzata e, conseguentemente, di acquisire un livello di maggiore dettaglio sui processi che si instaurano, ottenendo una stima più accurata della rimozione per via biologica. Inoltre, sono stati svolti test al fine di valutare lo stato di qualità del sedimento in termini di fitotossicità e, quindi, se il trattamento adottato fosse in grado di restituire una matrice di qualità superiore rispetto allo stato originario.