Progetto di Fattibilità Impianto di Fitodepurazione a servizio dell'Istituto Tecnico Agrario Statale di Siena

1. INQUADRAMENTO DELLA SITUAZIONE E INTRODUZIONE AL PROGETTO

1.1 PREMESSA

Questo studio si inserisce nell’ambito di un progetto didattico, promosso da Legambiente Servizio Vigilanza Ambientale nucleo provinciale di Siena, che si è sviluppato attraverso due percorsi paralleli all’interno del Modulo Agroambientale dell’attività programmatica ministeriale e reso possibile dal Decreto sull'Autonomia Scolastica.

Il progetto si inserisce nell'autonomia didattica per favorire la flessibilità dei piani di studio, l'integrazione disciplinare e l'adeguamento della scuola al divenire sociale, culturale ed economico del territorio.

Il nuovo ordinamento introdotto dalla Direzione Generale per l'Istruzione Tecnica e denominato "Area di Progetto" ha consentito la di:

• realizzare un miglioramento ambientale finalizzato allo studio delle preferenze alimentari della lepre
• realizzare uno studio sulle applicazioni della fitodepurazione ai reflui civili e in agricoltura

Il progetto, finalizzato a far acquisire specifiche competenze agli alunni in modo da sviluppare una maggiore conoscenza su argomenti di grande attualità, ha coinvolto due classi terze, due quarte e due quinte dell’Istituto Tecnico Agrario di Siena nell'anno scolastico 1998/1999.

Per quanto riguarda il secondo punto, il percorso didattico si è svolto attraverso il seguente schema:

Nelle lezioni teoriche sono stati affrontati i seguenti argomenti:

• l’inquinamento idrico;
• ciclo delle acque in relazione alle problematiche di sfruttamento e tutela della risorsa idrica;
• la depurazione delle acque: metodi tradizionali e fitodepurazione a confronto;
• tipologie di depurazione naturale più diffuse e criteri per la loro applicabilità;
• come si costruisce un progetto di fattibilità di un impianto di fitodepurazione.

Le lezioni hanno fornito agli alunni le conoscenze di base necessarie ad inquadrare in termini generali la problematica dell’inquinamento idrico ed hanno permesso l’acquisizione delle modalità procedurali per l’elaborazione dei dati ambientali (climatici, naturalistici,ecc.) e la redazione di un progetto di fattibilità.

Sono stati invece affidati agli esperti i calcoli di processo per il dimensionamento dell’impianto di fitodepurazione, l’analisi dei costi e l’inquadramento normativo.

Quindi il presente studio rappresenta il frutto di un lavoro congiunto effettuato da esperti, alunni ed insegnanti, volontari e finanziato con i fondi dei Miglioramenti Ambientali concessi dal Servizio Risorse Faunistiche dell'Amministrazione provinciale di Siena.

1.2 INTRODUZIONE

I reflui non depurati, derivanti da civile abitazione, appartenenti a nuclei isolati o frazioni, costituiscono una grave minaccia in grado di compromettere la qualità delle risorse idriche sia superficiali che sotterranee.

Le tradizionali soluzioni adottate in passato quali fosse biologiche, dispersione superficiale, subirrigazione, pozzi disperdenti, si sono rivelate assolutamente inadeguate per la salvaguardia dell’ambiente idrico dall’inquinamento.

Tuttavia i liquami domestici, presentando generalmente un buon grado di biodegradabilità, si prestano particolarmente bene alla depurazione mediante sistemi di fitodepurazione; tali impianti rappresentano nel contempo soluzioni ottimali, non solo per l’elevata capacità di abbattimento dei principali inquinanti, ma anche per ridotti costi di investimento nonché la semplicità ed economicità della gestione.

La politica del decentramento degli impianti, che per le tipologie depurative tradizionali rappresenta una scelta sconveniente sia sul piano economico che in termini di rese depurative, nel caso degli impianti di fitodepurazione rappresenta il coretto indirizzo che permette di chiudere, nell’ambito di un territorio ristretto, il ciclo delle acque e dei nutrienti garantendo ottime rese depurative anche in presenza di una forte variabilità stagionale delle utenze.

Un impianto di depurazione naturale oltre a garantire un livello depurativo buono anche in condizioni di forte variabilità del carico idraulico ed organico in ingresso all’impianto, garantisce un ottimo inserimento paesaggistico-ambientale.

Tenendo conto di ciò è stata valutata l’opportunità di realizzare un impianto di fitodepurazione a servizio della sede centrale dell’Istituto Tecnico Agrario i cui reflui attualmente sono trattati solo attraverso una fossa biologica.

1.3 INQUADRAMENTO LEGISLATIVO

In seguito del promulgamento di nuove normative comunitarie, la disciplina sugli scarichi delle acque reflue, introdotta con la legge 319/76, sta andando incontro ad una profonda revisione, che implicherà una ridefinizione dei Piani Regionali di Risanamento della Acque (P.R.R.A.).

Infatti la legge 172/95 avente per oggetto "modifiche alla disciplina degli scarichi delle pubbliche fognature e degli insediamenti civili che non recapitano in pubbliche fognature", stabilisce che la disciplina degli scarichi delle pubbliche fognature servite o meno da impianti pubblici di depurazione, e quella degli insediamenti civili che non recapitano in pubbliche fognature sono definite dalle Regioni con i rispettivi piani di risanamento delle acque.

Le Regioni nel definire tale disciplina, nell’esercizio della loro autonomia, devono tenere conto non solo dei principi introdotti dalla legge 36/94 relativi al ciclo integrato delle acque, ma anche dei principi e dei criteri della direttiva 91/271/CEE.

Tale direttiva è in corso di recepimento da parte dello Stato Italiano: nello scorso mese di maggio 1999, infatti, il Consiglio dei Ministri ha approvato il cosiddetto "testo unico per la tutela delle acque dall’inquinamento". Questo provvedimento, oltre a recepire diverse normative comunitarie, aggiorna il quadro normativo sulla tutela delle acque abrogando diverse leggi precedenti tra cui la stessa 319/76.

Lo strumento pianificatorio introdotto dal nuovo testo è il "Piano di Tutela", che si distingue dal PRRA perché non ha il compito di individuare le opere necessarie alla depurazione, compito che con la Legge 36/94 è di competenza di Autorità d’Ambito ed Enti gestori. Il Piano di tutela, di competenza regionale ma di concerto con l’Autorità di Bacino, ha il compito di definire obiettivi di qualità, carichi accettabili, capacità di diluizione e autodepurazione, strategie di interventi diffusi per aumentare la capacità autodepurativa dei corpi idrici (rinaturalizzazione, casse di espansione, stagni di depurazione naturale, gestione delle acque di prima pioggia).

L’obiettivo principale del piano di tutela delle acque sarà quello di garantire il raggiungimento di obiettivi di qualità dei corpi idrici, salvaguardando in particolare le aree più a rischio come ad esempio quelle per l’approvvigionamento idrico, o quelle sensibili all’eutrofizzazione come i laghi e le acque costiere a basso ricambio idrico.

Tab.1- Confronto dei limiti allo scarico previsti dalla normativa nazionale e comunitaria

* Parametri da considerare per scarichi in aree sensibili. Il parametro Azoto della Tab.A

non comprende la frazione organica

Sarà quindi necessario ridurre il carico inquinante degli scarichi stessi secondo nuovi e più appropriati parametri di accettabilità.

Il piano di tutela avrà lo scopo anche di individuare le aree più critiche ove prioritariamente promuovere azioni di intervento con le tecnologie e gli accorgimenti di più semplice esercizio e a basso impatto ambientale.

Inoltre la direttiva 91/271 CEE ( recepita dal Decreto Legislativo 11 maggio 1999, n. 152) individua diversi trattamenti depurativi ad acque reflue (primari, appropriati, secondari e spinti) da individuare a seconda del grado di sensibilità delle aree soggette allo scarico.

In particolare per le aree sensibili vengono richiesti limiti assai ristrettivi per alcuni parametri, rispetto anche a quelli di cui alla tabella A della legge 319/76 come riportato nella tabella 1.

Tab.2 - Scadenze e tipologie di trattamento previste dalla Direttiva CEE 91/271

Nella Tabella 2, oltre alle scadenze per la realizzazione dei collettamenti fognari di agglomerati di varia consistenza, sono indicati i relativi trattamenti depurativi da individuare per garantire un adeguato grado di protezione ambientale.

Si ritiene che la fitodepurazione, nelle sue numerose possibili applicazioni, possa validamente riconoscersi, nei trattamenti appropriati, secondari e spinti come elemento tecnologico alternativo e/o complementare ai metodi più tradizionali, in pieno accordo con i riferimenti comunitari.

Infatti, la peculiarità dei processi biologici che si instaurano nei sistemi di fitodepurazione, risultano particolarmente indicati per la rimozione dell’azoto e del fosforo.

La Direttiva CEE 91/271 ci indica inoltre che in situazioni in cui un collettamento delle reti fognarie non risulta giustificato sia sotto il profilo economico che ambientale, si dovranno individuare forme alternative individuali o sistemi diversi che garantiscano comunque gli stessi livelli di protezione ambientale.

In questa logica dovranno essere rivisti alcuni comportamenti sullo smaltimento delle acque reflue provenienti da piccole comunità o da case isolate in modo particolare laddove gli scarichi vengono a contatto con suoli e sottosuoli vulnerabili o per essere più precisi quando influenzano aree sensibili.

Si ritiene che il solo trattamento primario attraverso fosse tipo Imhoff o vasche tricamerali con successiva dispersione nel sottosuolo o con scarico diretto in corsi superficiali, debba essere limitato solo in situazioni in cui siano garantite condizioni di salvaguardia della risorsa idrica e del suolo, e comunque da dimostrare caso per caso.

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1.4 INQUADRAMENTO TERRITORIALE

1.4.1 Inquadramento geografico

L’azienda annessa all’Istituto Tecnico Agrario, denominata "La Selva", è situata nel comune di Siena sotto la strada di Scacciapensieri. Confina a Nord con la strada Collidoro, a Nord-Est con il fosso Bozzone ed a Sud con la Basilica dell’Osservanza.

L’azienda si estende per una superficie di circa 47 ettari investiti a vigneto, oliveto, forestazione, bosco, seminativo e incolto.

L’azienda aderisce al regolamento C.E.E. 2078 (agricoltura integrata) che prevede un uso moderato di prodotti fitosanitari . Praticamente gli unici trattamenti antiparassitari sono quelli effettuati sul vigneto a sulla parte restante dell’azienda non viene effettuato nessun tipo di trattamento.

L’azienda è divisa in due plessi dalla strada Scacciapensieri, una parte più piccola e una più ampia dove è situata la sede centrale dell’Istituto Tecnico Agrario (Tav. 1). In quest’ultima sarà ubicato l’impianto di depurazione naturale(Tav. 2).

1.4.2 Inquadramento climatico

Le elaborazioni grafiche e le considerazioni sotto riportate sono state effettuate su dati di temperatura e piovosità inerenti il periodo compreso fra Aprile 1998 ed Aprile 1999.

Tab. 3 – Valori medi mensili della Temperatura

Fig. 1 – Andamento della temperatura nel periodo da Aprile ’98 ad Aprile ‘99

Il mese più caldo è quello di agosto, con una temperatura media di 25.1 °C, quello più freddo è dicembre, quando la temperatura media è pari a 4.2 °C.

L’area ha una piovosità media annua di circa 1.377mm/mq, con valori minimi nel mese di Agosto e massimi in Maggio. L’andamento annuale si può osservare nel grafico riportato nella Figura 2.

Tab. 4 – Valori medi mensili della piovosità

Fig. 2 – Andamento pluviometrico nel periodo da Aprile ’98 ad Aprile ‘99

1.4.3 Inquadramento ambientale ed uso del suolo

L’area oggetto dell’intervento, posta a circa 300 m slm. è delimitata da un lato da una una strada di viabiltà interna aziendale, dall’altro da un canale alimentato da acque piovane e che raccoglie anche i reflui della scuola.

Attualmente l’area risulta in parte adibita a coltivazioni di noci e, nella zona adiacente il canale, si presenta incolta.

Nella zona circostante troviamo piantagioni di meli, una scarpata e poco a valle un pozzo ad uso irriguo.

1.5 CARATTERISTICHE DELL’UTENZA

Il presente studio ha lo scopo di verificare la fattibilità realizzativa di un impianto di depurazione naturale a servizio della sede dell’Istituto Tecnico Agrario di Siena.

La scuola è composta di due edifici, blocco Sede e blocco Serre, entrambe munite di rete fognaria e relative fosse biologiche.

Le utenze dell' anno 1998/99 sono ripartite secondo quanto riportato nella seguente Tabella:

Tab. 5 – Dati utenze

La tipologia di utenza è tipicamente civile e quindi possono essere adottati i comuni parametri progettuali relativi a questa categoria, come riportato in dettaglio nel Par. 3, per stimare teoricamente la qualità delle acque reflue ivi prodotte.

Attualmente I reflui della Sede, dopo trattamento primario, sono convogliati mediante tubatura fino al punto 113 del rilievo, in un pozzetto in cui giungono anche le acque meteoriche di dilavamento della strada Scacciapensieri, e da lì, sempre attraverso condotta fognaria, giungono ad un fosso alimentato dalle acque di ruscellamento dei terreni vicini che sfocia nel Fosso della Piazzetta.

L’opportunità di separare le acque meteoriche dalle acque reflue della scuola sarà verificato in fase di progetto esecutivo.

La principale problematica, in termini di progettazione della depurazione, consiste nella scelta e nell’opportuno dimensionamento di una tipologia impiantistica che possa assicurare una adeguata elasticità alla drastica variazione di utenza tra periodo estivo (in assenza degli studenti) e periodo invernale.

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2. ANALISI DEL PROBLEMA E ORIENTAMENTO DELLA SOLUZIONE

2.1 LE TRADIZIONALI SOLUZIONI PER IL TRATTAMENTO DELLE ACQUE REFLUE E LE POSSIBILI ALTERNATIVE

Le soluzioni standard per il trattamento degli scarichi di piccoli insediamenti consistono in due possibili tipologie:

1. dispersione nel terreno (sub-irrigazione);
2. trattamento biologico, tramite piccoli depuratori a ossidazione totale.

L’esperienza dimostra come con queste tecniche non si raggiunga quasi mai un risultato soddisfacente, a causa, nel primo caso, dell’inefficienza della dispersione (scarsa porosità del substrato e sua occlusione in breve tempo) e, nel secondo caso, scarsa elasticità del trattamento al variare del carico (shock batterici, carenze di concentrazione organica, incostanza idraulica).

Specie nel caso delle modeste produzioni, non è quindi detto che una depurazione di tipo convenzionale (cioè realizzata con impianti tecnologici) riduca l'impatto ambientale rispetto allo scarico non depurato. In realtà, nel caso dei tradizionali piccoli depuratori non solo si verificano i problemi suddetti, ma quasi mai si ottiene un regolare funzionamento. Anche nel caso degli impianti di depurazione di una certa sofisticazione risulta difatto irrealizzabile una efficace gestione al fine di adeguarne il funzionamento, in quanto ciò comporterebbe eccessive difficoltà e oneri.

D'altro canto, quand’anche lo scarico fosse depurato secondo quanto prescritto dalla normativa vigente (L. 319/76 e seguenti), può non essere compatibile con la tutela ambientale dell’ambiente ricettore, in quanto viene concentrata l'emissione in un unico punto e, comunque, con caratteristiche di carico inquinante non trascurabile.

Esiste poi il rischio di cattivo funzionamento o guasto dell'impianto, con conseguenti possibili fenomeni di shock biologico che potrebbero provocare gravi impatti a valle dello scarico.

Infine, con i sistemi di trattamento convenzionali si trasferisce, in effetti, l'inquinamento concentrandolo in forma solida attraverso i fanghi, che quasi mai vengono recuperati.

E' importante allora verificare l'opportunità di distribuire le emissioni (gli scarichi) sul territorio del bacino, anche in relazione alle proprietà autodepurative dei reticoli idrografici. Appare quindi molto interessante valutare l'adozione di metodi diversi, che valorizzino al massimo il ruolo ecologico del territorio e che rappresentino proprietà intrinseche di ottimizzazione e di efficienza, a fronte delle variabilità delle situazioni esterne e interne al refluo.

D'altra parte è inaccettabile continuare a "usare" i corpi idrici naturali per svolgere la funzione di depuratori poiché così se ne determina il depauperamento. Si possono invece adottare soluzioni di trattamento preventivo collegate e interagenti, sia territorialmente sia concettualmente, con il reticolo idrografico minore. Si tratta di sistemi di trattamento di tipo "naturale", che si inseriscono efficacemente nell'ambiente "alleggerendo" sensibilmente i corpi idrici ricettori, specie nei periodi di maggior crisi idrica.

Le esperienze esistenti, prevalentemente estere, mostrano la validità e l'efficacia di questi metodi, soprattutto nelle situazioni territoriali con carichi diffusi e nelle aree collinari e costiere a bassa densità abitativa e in presenza di spazi e ambienti diversificati. Anzi, si raggiungono solitamente rimozioni di inquinanti anche di gran lunga superiori rispetto agli impianti tradizionali, specie su alcuni elementi, e soprattutto si ottiene una maggiore "garanzia intrinseca" di affidabilità.

Infine, anche la "qualità ecologica" delle acque così trattate risulta decisamente superiore a quella uscente dagli impianti tradizionali, non tanto in termini dei soliti indicatori di riferimento (BOD5, COD, nitrati, nitriti, ione ammonio, fosfati,...), ma specie dal punto di vista microbiologico, in particolare in termini di biodiversità, rendendo così il refluo trattato compatibile con la ricchezza dell'ambiente idrico ricettore, che quindi lo può accettare senza problemi o, addirittura, in alcuni casi ne può beneficiare.

Il sistema più idoneo per il trattamento deve essere perciò valutato in funzione delle caratteristiche del refluo (quantità, elementi inquinanti presenti), dell'ambiente (fisico, naturale e antropico) in cui esso dovrà essere immesso nonché delle condizioni economiche e delle capacità gestionali disponibili.

Qualora si abbia una situazione ambientale che possa "assorbire" il rifiuto senza grossi scompensi, non esistano rischi di contaminazione che possano riflettersi sulla salute umana e sussistano idonee condizioni logistiche e gestionali, la depurazione naturale è la via più efficace e meno dannosa per lo smaltimento.

La situazione presente in molti casi nelle aree rurali e collinari e, specialmente, sulle coste risulta particolarmente favorevole a tali applicazioni, sia per la natura delle utenze sia per la tipologia del territorio. Inoltre, spesso sono disponibili zone libere e sufficientemente distanti da utenze idropotabili.

Per quanto concerne l’aspetto sanitario, ovvero i rischi e i fastidi nei confronti dell’uomo, le numerose esperienze dimostrano come un sistema di fitodepurazione ben concepito non comporti alcun effetto inquinante, né in termini di odori o vettori, né di diffusione di agenti tossici, tant’è che esistono molti casi di collocazione in aree urbane e all’interno o a ridosso di abitazioni. Addirittura spesso vengono realizzati veri e propri giardini umidi.

In ultima analisi, i vantaggi in termini di inserimento paesaggistico-ambientale sono evidenti, non foss’altro per l’ingombro e l’aspetto estetico tipico di questi impianti. Si possono infatti ottenere valide sistemazioni, approfittando della necessità di ripristinare aree degradate, di realizzare zone a verde o di perseguire adeguate integrazioni in aree a valenza naturalistica.

2.2 CARATTERISTICHE, PROPRIETÀ E VANTAGGI DEI SISTEMI DI FITODEPURAZIONE

I molteplici meccanismi attraverso i quali si sviluppa, durante l'applicazione al terreno, l'eliminazione delle sostanze inquinanti contenute nei liquami (azioni chimico-fisica, biologica, fitologica), consente di raggiungere livelli di depurazione estremamente spinti nelle acque che percolano in falda o nei corsi d'acqua superficiali.

Numerose sono le applicazioni della depurazione naturale presenti all'estero (Danimarca, Gran Bretagna, Francia, Est Europa, USA, Centro Europa, Egitto) e validissimi sono i risultati, sotto il profilo sia dell'efficienza di depurazione, sia della funzionalità e economicità di realizzazione e gestione, sia, infine, dell'inserimento ambientale.

Con l'applicazione di uno solo dei diversi sistemi di trattamento naturali possibili si riscontrano, mediamente, i seguenti ordini di grandezza della percentuale di rimozione delle varie sostanze inquinanti:

Tab. 6 - Percentuali di rimozione di alcuni parametri

Si noti, in particolare, l'efficacia nella rimozione della carica batterica. La combinazione fra più metodi di trattamento permette di ottenere elevatissimi livelli di depurazione.

Nell'ambito dei sistemi di trattamento naturali, può essere previsto il coinvolgimento di elementi vegetali. In alcuni casi, quali in particolare i lagunaggi e le aree di infiltrazione, piante, arbusti e erbe possono essere specificatamente inseriti come parte integrante del sistema e collaborano in modo ottimale al trattamento. In altri casi, in particolare nell'irrigazione, vengono interessate aree già coperte da vegetazione, che svolge quindi intrinsecamente un ruolo attivo nella depurazione.

Quando è previsto l'uso di idonee specie vegetali, che presentano elevate capacità di rimozione degli inquinanti, si parla fitodepurazione: in pratica si realizza un ecosistema umido in cui le varie componenti (piante, animali, microrganismi, terreno, radiazioni solari) contribuiscono alla rimozione degli inquinanti. La fitodepurazione, benché rivolta alla soluzione di problemi concreti di abbattimento di carichi inquinanti puntiformi, occupa una vasta area di interfaccia fra l’impiantistica tradizionale e gli interventi genericamente di rinaturalizzazione o di ripristino delle potenzialità autodepurative degli ambienti naturali e costruiti. Potenziamento delle capacità autodepurative dei corsi d’acqua, ripristino delle aree filtro golenali, valorizzazione delle potenzialità depurative di zone umide, marcite, stagni biologici a specchio libero e a flusso subsuperficiale, biofiltri per il recupero delle acque piovane, rientrano infatti fra gli interventi di fitodepurazione (Vismara, Ghetti, 1995).

Nella seguente tabella possono essere facilmente visualizzate alcune considerazioni comparative tra i sistemi di depurazione tradizionale e i sistemi naturali.

Tab. 7 - Confronto fra i sistemi di depurazione tradizionali e quelli naturali

I sistemi di fitodepurazione si dividono in due gruppi, quelli naturali e quelli artificiali; questi ultimi sono ulteriormente suddivisi in:

• SFS: sistemi a flusso sommerso (orizzontale e verticale);

• FWS: sistemi a flusso superficiale.

Vedere materiale didattico

Dall’analisi dei numerosi dati disponibili sulle applicazioni della fitodepurazione come trattamento secondario, mediante il database curato dalla Severn Trent Water (un ente di gestione delle acque inglese) e nella letteratura internazionale, emerge che per dimensionamenti impiantistici, nel caso dei sistemi a flusso subsuperficiale, dell’ordine di 4-6 m²/ab.eq. si ottengono normalmente concentrazioni del BOD₅ in uscita minori di 20 mg/l, Solidi Sospesi minori di 15 mg/l ed una nitrificazione spinta, con azoto ammoniacale minore di 7 mg/l e azoto nitrico minore di 20 mg/l.

Le soluzioni impiantistiche che possono essere adottate, nell’ambito delle tecniche di depurazione naturale, per il trattamento secondario di acque inquinate sono numerose, e la loro scelta dipende sostanzialmente dai seguenti fattori:

1. natura dei reflui da trattare in termini chimici e fisici

2. obbiettivi di depurazione prescelti

3. disponibilità di suolo

4. inserimento ambientale

Nel caso del trattamento depurativo dei reflui prodotti dall’ostello dell’isola di Polvese, il fattore limitante può essere identificato nella disponibilità di suolo che portano all’esclusione dell’ipotesi di un sistema puramente a flusso superficiale, indirizzando invece all’adozione di sistemi multistadio a flusso sommerso (orizzontale e verticale) ed a flusso libero.

Si è ritenuto, infatti, opportuno applicare il sistema che a parità di superficie occupata potesse garantire il più alto margine di copertura in termini di rese depurative nelle varie situazioni meteoclimatiche.

Nei successivi paragrafi vengono quindi descritte in termini generali le tipologie impiantistiche componenti i sistemi multistadio in oggetto, ovvero i sistemi a flusso libero (FWS) ed a flusso sommerso orizzontale (SFS-horizontal) e verticale (SFS-vertical).

2.2.1 Sistemi a flusso sommerso orizzontale (SFS-h)

I sistemi SFS-h (flusso sommerso orizzontale) sono costituiti da vasche contenenti materiale inerte con granulometria prescelta al fine di assicurare una adeguata conducibilità idraulica (i mezzi di riempimento comunemente usati sono sabbia, ghiaia, pietrisco); tali materiali inerti costituiscono il supporto su cui si sviluppano le radici delle piante emergenti (sono comunemente utilizzate le Phragmites australis); il fondo delle vasche deve essere opportunamente impermeabilizzato facendo uso di uno strato di argilla, possibilmente reperibile in loco, in idonee condizioni idrogeologiche, o, come più comunemente accade, di membrane sintetiche (HDPE o LDPE 2 mm di spessore); il flusso di acqua rimane costantemente al di sotto della superficie del vassoio assorbente e scorre in senso orizzontale grazie ad una leggera pendenza del fondo del letto (circa 1%) ottenuta con uno strato di sabbia sottostante il manto impermeabilizzante in HDPE.

Fig. 3 - Sistema a flusso sommerso orizzontale

Durante il passaggio dei reflui attraverso la rizosfera delle macrofite, la materia organica viene decomposta dall’azione microbica, l’azoto viene denitrificato, se in presenza di sufficiente contenuto organico, il fosforo e i metalli pesanti vengono fissati per adsorbimento sul materiale di riempimento; i contributi della vegetazione al processo depurativo possono essere ricondotti sia allo sviluppo di una efficiente popolazione microbica aerobica nella rizosfera sia all’azione di pompaggio di ossigeno atmosferico dalla parte emersa all’apparato radicale e quindi alla porzione di suolo circostante, con conseguente migliore ossidazione del refluo e creazione di una alternanza di zone aerobiche, anossiche ed anaerobiche con conseguente sviluppo di diverse famiglie di microrganismi specializzati e scomparsa pressoché totale dei patogeni, particolarmente sensibili ai rapidi cambiamenti nel tenore di ossigeno disciolto.

Tra i sistemi di fitodepurazione artificiali, quelli a flusso sommerso presentano spiccati vantaggi rispetto a quelli a flusso superficiale. Il flusso subsuperficiale limita infatti fortemente il rischio di odori, lo sviluppo di insetti, e può consentire l’utilizzo della zona adibita all’impianto da parte del pubblico.

Inoltre la presenza del vassoio assorbente offre una notevole superficie disponibile all’adesione ed alla conseguente crescita delle colonie batteriche responsabili dell’azione degradativa delle sostanze inquinanti e ciò comporta un minore dimensionamento dell’impianto al confronto dei sistemi a flusso superficiale.

Un ulteriore vantaggio consiste nella maggiore protezione termica dei liquami nella stagione invernale, specie nel caso si possano prevedere frequenti periodi di copertura nevosa.

2.2.2 Sistemi a flusso sommerso verticale (SFS-v)

La configurazione di questi sistemi è del tutto simile a quelli appena descritti. La differenza consiste nel fatto che il refluo da trattare scorre verticalmente nel medium di riempimento (percolazione) e viene immesso nelle vasche con carico alternato discontinuo, mentre nei sistemi SFS-h si ha un flusso a pistone, con alimentazione continua.

Questa metodologia con flusso intermittente (reattori batch) implica l'impiego di un numero minimo di due vasche in parallelo per ogni linea che funzionano a flusso alternato, in modo da poter regolare i tempi di riossigenazione del letto variando frequenza e quantità del carico idraulico in ingresso, mediante l’adozione di dispositivi a sifone autoadescante opportunamente dimensionati.

Fig. 4 - Sistema a flusso sommerso verticale

Le essenze impiegate sono le medesime dei sistemi a flusso orizzontale.

Il medium di riempimento si differenzia invece dai sistemi a flusso orizzontale in quanto non si utilizza una granulometria costante per tutto il letto, ma si dispongono alcuni strati di ghiaie di dimensioni variabili, partendo da uno strato di sabbia alla superficie per arrivare allo strato di pietrame posto sopra al sistema di drenaggio sul fondo. Questi sistemi, ancora relativamente nuovi nel panorama della fitodepurazione ma già sufficientemente validati, hanno la prerogativa di consentire una notevole diffusione dell'ossigeno anche negli strati più profondi delle vasche, giacché la diffusione di questo elemento è circa 10.000 volte più veloce nell'aria che nell'acqua, e di alternare periodi di condizioni ossidanti a periodi di condizioni riducenti.

I tempi di ritenzione idraulici nei sistemi a flusso verticale sono abbastanza brevi; la sabbia superficiale diminuisce la velocità del flusso il che favorisce sia la denitrificazione sia l’adsorbimento del fosforo da parte della massa filtrante.

I fenomeni di intasamento superficiale, dovuti al continuo apporto di solidi sospesi, sono auspicati per un primo periodo, in quanto favoriscono la diffusione omogenea dei reflui su tutta la superficie del letto, mentre devono essere tenuti sotto controllo nel lungo periodo onde evitare formazioni stagnanti nel sistema. Le esperienze estere (de Maeseneer, 1997) su tali sistemi mostrano comunque che non si rilevano fenomeni di intasamento quando si utilizza una alimentazione discontinua inferiore al carico idraulico massimo del sistema con frequenza costante e quando si ha adeguato sviluppo della vegetazione (l’azione del vento provoca infatti sommovimenti della sabbia nella zona delle radici e intorno al fusto, contrastando i fenomeni occlusivi).

2.2.3 Sistemi a flusso libero (FWS)

I sistemi a flusso superficiale FWS sono generalmente costituiti da canali o bacini, il cui fondo impermeabile è sovrastato da un medium a matrice organica di scarso spessore (20-30 cm) su cui cresce la vegetazione; tale materiale di riempimento è costituito da ghiaia, piccoli sassi o sabbia.

Fig. 5 – Sistema a flusso libero

Le essenze vegetali comunemente utilizzate appartengono ai generi Phragmites, Typha, Scirpus e Carex.

In questi sistemi, i meccanismi di abbattimento riproducono esattamente tutti i fattori in

gioco nel potere autodepurativo delle zone umide naturali; l’azione dei microrganismi adesi alle componenti sommerse della vegetazione determina la rimozione di BOD. Per tali reazioni, la trasmissione attraverso la superficie dell’acqua ed il trasporto di ossigeno dalle foglie alla rizosfera rappresentano le maggiori fonti di ossigeno.

La profondità dell’acqua, nel sistema, deve essere mantenuta tale da garantire una adeguata distribuzione di ossigeno ed il rispetto dei tempi di ritenzione; in particolare d’estate, se il tempo di ritenzione supera i valori di range ottimale a causa dell’evapotraspirazione, si può verificare la formazione di condizioni anossiche nel liquame e il deterioramento della qualità dell’effluente.

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3. PROGETTAZIONE DELLA DEPURAZIONE

3.1 PREMESSA

Per dimensionare il sistema di fitodepurazione in oggetto si è fatto ricorso alla metodologia EPA (1993) ed alle linee guida di progettazione suggerite dai seguenti autori: Reed, Crites, Middlebrooks 1995, Cooper P.F. et al (WRc) 1996, Brix H. 1997.

Alcuni parametri progettuali (in particolare le costanti relative alle cinetiche chimiche da cui derivano le stime sulle efficienze di trattamento) sono stati verificati e aggiornati sulla base delle pubblicazioni scientifiche più recenti.

Vedi grafico sui sistemi di depurazione esistenti in Toscana.

3.2 DATI DI PROGETTO

I parametri utilizzati per il calcolo delle superfici necessarie nelle diverse configurazioni impiantistiche ipotizzate sono riportati nella seguente tabella:

Tab. 8 – Parametri utilizzati per i calcoli di processo

Q= 15 m³/d

Portata massima giornaliera= 45 m³/d = 3Qmn

Portata massima oraria= 5 m³/h con coefficiente di punta pari a 8

Le ipotesi progettuali per l’impianto di fitodepurazione (la cui utenza è riconducibile a 60 AE) a servizio dell’Istituto Tecnico Agrario consistono in due diversi schemi impiantistici, la cui scelta dovrà dipendere dagli obiettivi depurativi prescelti (nella prima ipotesi si prevede infatti una concentrazione in uscita dell’azoto totale sotto al limite di 15 mg/l, come normato dal Testo Unico sulle acque per gli scarichi in aree sensibili, mentre nel secondo caso si prevede un abbattimento dell’azoto totale di circa il 50%, con concentrazione in uscita inferiore a 35 mg/l.

La prima ipotesi consiste in un sistema a tecniche miste multistadio in cui si pongono in serie, se necessario su linee parallele, un primo stadio con vasche a flusso sommerso orizzontale, un secondo stadio con vasche a flusso sommerso verticale ed un terzo stadio con vasche a flusso sommerso orizzontale (vedi schema). Le equazioni di dimensionamento adottate portano a precise superfici utili per ciascuno stadio componente del sistema depurativo.

IPOTESI 1

uscita BOD₅=10, NH₄⁺=15, NO₃^-=5 a 12°C

La seconda ipotesi consiste invece in un più semplice sistema a doppio stadio (in serie o parallelo) a flusso sommerso orizzontale, con la seguente area superficiale utile necessaria (vedi schema):

IPOTESI 2

uscita BOD₅=10, NH₄⁺=25, NO₃^-=10 a 12°C

3.3 DESCRIZIONE DELL’IMPIANTO

L'impianto sarà strutturato nelle seguenti fasi successive:

• fossa biologica;
• pozzetto di ricezione e griglia;
• pozzetto di ripartizione;
• sistema con flusso subsuperficiale (H-V-H o H-H);

 

3.3.1 Pozzetto di ricezione, pozzetto di ripartizione dei flussi idraulici, pozzetti con regolatori di livello e di controllo, tubazioni e pezzi speciali

Il pozzetto di ricezione è necessario per consentire una portata omogenea al canale dove è alloggiata la griglia.

I pozzetti di controllo e regolazione dei sistemi SFS-H sono completamente in cls muniti di coperchio per ispezione, ed all'interno è alloggiato un regolatore di livello realizzato con tubazioni e pezzi speciali in PVC arancio UNI 303.

Inoltre è opportuno suddividere il sistema SFS-V in due linee in parallelo. A tal fine assume importanza la ripartizione dei flussi idraulici, che verrà effettuata in un apposito pozzetto in cls, normalmente del tipo a stramazzo, dove all'interno di ogni scomparto verranno alloggiati due sifoni del tipo cantarino o delle valvole a galleggiante per la regolazione della portata a flusso intermittente.

I pozzetti di controllo e regolazione dei sistemi SFS-V sono completamente in cls muniti di coperchio per ispezione, ed all'interno è alloggiato un regolatore di livello realizzato con tubazioni e pezzi speciali in PVC arancio UNI 303.

Le condotte, i raccordi e i pezzi speciali per il collegamento primario-secondario e tra i sistemi SFS saranno realizzati con tubazioni in PVC Arancio UNI 303 del diametro 125/200.

Per la realizzazione dei sistemi di alimentazione e drenaggio acque sono utilizzate tubazioni, tubazioni microforate e pezzi speciali idraulici in PVC Arancio UNI 303.

3.3.2 Grigliatura e vasca Imhoff

La grigliatura è un pretrattamento di tipo meccanico finalizzato alla rimozione dei solidi sospesi grossolani presenti nel liquame grezzo (stracci, corde, foglie, materiali plastici vari) che possono intasare le tubazioni e/o provocare un'eccessiva usura, occupare rilevanti volumi in sede di sedimentazione, nonché occludere il sistema assorbente contenuto nella vasca di fitodepurazione. Le griglie sono strutture costituite da profilati di varia forma e sezione che intercettano il flusso del liquame grezzo.

Essendo le vasche del trattamento primario completamente interrate ad eccezione dei chiusini e della griglia, la quale anche se su canale realizzato al disotto del piano di campagna mostra comunque una parte meccanica, è perciò consigliabile creare una piazzola con recinzione in pali di castagno e schermare con vegetazione arbustiva l'area di installazione. Sarà inoltre necessario chiudere con recinzione metallica e lucchetto l'area strettamente riguardante il canale e la griglia.

Dopo la grigliatura il liquame subisce una sedimentazione primaria dove vengono abbattuti i solidi sospesi sedimentabili, rappresentati dalle sabbie e dalla sostanza organica presente nel liquame.

La sedimentazione avviene in una vasca Imhoff costituita da due comparti, uno superiore e uno inferiore. Nel comparto superiore avviene la sedimentazione delle particelle sedimentabili che, passando attraverso una fessura, si depositano sul fondo del comparto inferiore di digestione fanghi.

La sezione trasversale del comparto di sedimentazione è realizzata a triangolo isoscele con vertice in basso. Il lato opposto alla fessura prosegue verso il secondo comparto per una ventina di cm in modo da impedire la risalita di gas maleodoranti.

La vasca, di tipo prefabbricato in cemento armato vibrato di forma parallelepipeda, viene collocata interrata per mantenere costante, quanto più possibile, la temperatura nel comparto di digestione anaerobica.

I dimensionamenti si effettuatuano in accordo con la Delibera 4 Febbraio 1977 (Gazzetta Ufficiale n°48 del 21 Febbraio 1976).

La vasca, nella sua funzione di sedimentatore primario, viene progettata per un tempo massimo di permanenza del liquame di 2 ore sulla portata di punta poichè in questo lasso di tempo, per i liquami domestici, decanta circa il 95% delle sostanze sedimentabili che rappresentano circa il 30% del BOD complessivo; nello stesso tempo si ha un abbattimento delle sostanze sospese di circa 2/3.

Con queste premesse si vede che la fase di sedimentazione che avviene nella vasca Imhoff porta all’abbattimento di circa il 30% del BOD ed il 63% dei TSS.

3.3.3 Bacini di fitodepurazione SFS-h

La realizzazione dei bacini di fitodepurazione a flusso sommerso orizzontale può essere effettuata seguendo le osservazioni riportate in seguito:

In primo luogo si deve procedere alla preparazione dell’area mediante sbancamenti per l’ottenimento dei terrazzamenti necessari alla collocazione dei vassoi assorbenti. I vassoi assorbenti sono realizzati mediante uno scavo a sezione obbligata; successivamente vengono create le sponde, necessarie per contenere le acque di ruscellamento dell'area dell'impianto ricche di solidi sospesi.

Le vasche hanno sul fondo uno strato di sabbia andante, posato su un primo strato di tessuto non tessuto (TnT) in fibra minerale, ciò è reso necessario per ottenere la pendenza minima per evitare il ristagno e per salvaguardare la membrana; il manto impermeabilizzante in HDPE elettro-saldato ed un successivo strato di TnT in fibra minerale viene collocato successivamente.

La connessione tra i sistemi di alimentazione e drenaggio reflui deve essere effettuata mediante saldatura tra telo e tubo.

Il riempimento delle vasche viene effettuato con ghiaie, possibilmente rotonde e ben lavate, con granulometria fine.

Alle estremità del vassoio, prima del riempimento, vengono realizzati due vespai di circa 1 m di lunghezza riempiti con ciottoli.

Il refluo confluisce nel vassoio attraverso un tubo che si innesta in un tubo "a pioggia" perpendicolare, inserito nel vespaio, per evitare lo sviluppo di cattivi odori e la presenza di reflui sulla superficie.

Il drenaggio del letto viene effettuato mediante una tubazione posta nella parte terminale del letto ed collocato sul fondo alla quota minima e collegata ad un regolatore di livello per consentire una ampia regolazione del livello idrico, e in particolare i valori estremi devono essere tali da permettere da una parte lo svuotamento del sistema SF e dall’altra l’allagamento del letto (prima fase di avviamento dell’impianto e tecnica di eliminazione delle eventuali piante infestanti).

Sulle sponde viene collocato un tessuto di juta per contenere uno strato sottile di terreno su cui viene seminata l'erba.

I letti vengono piantumati con Phragmites australis.

3.3.4 Bacini di fitodepurazione SFS-v

La realizzazione dei bacini di fitodepurazione a flusso sommerso orizzontale può essere effettuata seguendo le osservazioni riportate in seguito.

In primo luogo si deve procedere alla preparazione dell’area mediante sbancamenti per l’ottenimento dei terrazzamenti necessari alla collocazione dei vassoi assorbenti. I vassoi assorbenti sono realizzati mediante uno scavo a sezione obbligata; successivamente vengono create le sponde, necessarie per contenere le acque di ruscellamento dell'area dell'impianto ricche di solidi sospesi.

Le vasche hanno sul fondo uno strato di sabbia andante, posato su un primo strato di tessuto non tessuto (TnT) in fibra minerale, ciò è reso necessario per ottenere la pendenza minima per evitare il ristagno e per salvaguardare la membrana; il manto impermeabilizzante in HDPE elettro-saldato ed un successivo strato di TnT in fibra minerale viene collocato successivamente.

La connessione tra i sistemi di alimentazione e drenaggio reflui deve essere effettuata mediante saldatura tra telo e tubo.

Il riempimento delle vasche viene effettuato con strati definiti di inerti a granulometria decrescente a partire dal fondo dei letti, possibilmente rotonde e ben lavate.

Il refluo confluisce nel vassoio attraverso un tubo che si innesta in un tubo "a pettine" appoggiato sulla superficie del letto in modo che sversi omogeneamente su tutto il letto.

Sono previste tubazioni microforate per l'areazione del letto.

Il drenaggio del letto viene effettuato mediante una tubazione posta sul fondo alla quota minima e collegato ad un pozzetto con regolatore di livello realizzato in modo che consenta lo svuotamento e l'allagamento del letto (prima fase di avviamento dell’impianto e tecnica di eliminazione delle eventuali piante infestanti).

Sulle sponde viene collocato un tessuto di juta per contenere uno strato sottile di terreno su cui viene seminata l'erba.

I letti vengono piantumati con Phragmites australis.

3.4 GESTIONE

La gestione dell'impianto è assai semplificata. Non si hanno infatti parametri chimico-fisici da tenere sotto costante controllo ed in base ai quali modificare le caratteristiche di funzionamento dell'impianto come avviene nei tradizionali impianti biologici.

Si prevede comunque un primo periodo di monitoraggio dei principali parametri chimici e fisici al fine di verificare ed ottimizzare il funzionamento dell’impianto in base agli andamenti stagionali ed annuali.

Periodicamente si deve provvedere allo spurgo delle vasche Imhoff nonchè allo svuotamento del cassone di raccolta dei solidi grossolani prodotti dalla grigliatura. Per una maggiore completezza dell'impianto si può pensare alla predisposizione di alcuni letti essiccatori così da ridurre il volume di fanghi trasportato in discarica.

Sempre periodicamente (dopo due anni dall'avvio dell'impianto), ma limitatamente al periodo estivo, si dovrà provvedere alla mietitura della vegetazione; in alcuni casi può essere necessario controllare lo sviluppo di erbacce e questo può facilmente essere ottenuto mediante tecniche di allagamento controllato delle vasche.

Eventuali problemi derivanti dall’intasamento dei tubi di ingresso del refluo nelle prime vasche e dei primi metri del materiale di riempimento, provocati dalla sedimentazione del materiale in sospensione e dalla formazione di biomasse sulla superficie del medium, potranno essere risolti ricorrendo ad accorgimenti costruttivi che permettano, ad esempio, il lavaggio in controcorrente o a pressione dei tubi in PVC o la facile rimozione del pietrame posto in ingresso all’impianto per agevolarne il lavaggio.

La gestione si riduce dunque ad una serie di operazioni assai semplici, che possono essere espletate da personale non specializzato impiegato in maniera non continuativa.

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4. COSTI

Sono di seguito riportate le voci di costo da utilizzare per il computo metrico estimativo preliminare inerenti le ipotesi progettuali da valutare volta per volta in base alle dimensioni degli impianti.

1° IPOTESI

Impiato di fitodepurazione SFS-h + SFS-v + SFS-h

2° IPOTESI

Impiato di fitodepurazione SFS-h + SFS-h

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5. INSERIMENTO AMBIENTALE E ASPETTI SANITARI

L’impatto ambientale del sistema proposto è, chiaramente, molto ridotto rispetto ai sistemi convenzionali. E’ evidente l’inseribilità paesaggistica: non sono infatti previste strutture o vasche superficiali e i materiali adottati, tranne la membrana impermeabile interrata, sono di tipo naturale, le specie vegetali scelte sono presenti naturalmente nella zona e presentano un aspetto estetico piacevole.

Un ulteriore vantaggio è che la destinazione d’area non è definitivamente compromessa.

Dal punto di vista sanitario, infatti, essendo il sistema tale da garantire un processo totalmente aerobico e fortemente ossigenato (grazie all’effetto della vegetazione), la presenza di odori, aerosol e di insetti è praticamente nulla.

Si pensi che all’estero vi sono numerosi esempi di collocazione di impianti di fitodepurazione all’interno di aree urbane, addirittura tali da costituire giardini fruibili adiacenti o a ridosso delle abitazioni, presso condomini e quartieri.

Per evitare odori provenienti dalla vasca Imhoff si prevede la collocazione di una tubazione tale da evacuare l’aria della vasca.

In ultimo luogo, vanno sottolineate le ricadute a livello didattico, considerata la peculiarità del sito in questo senso, e l’interesse scientifico-applicativo da parte delle autorità pubbliche (Provincia di Siena, ITAS, Comune di Siena, INTESA, A.T.O.) al fine di valutarne l’applicabilità sul territorio, sottoponendo l’impianto a regolare monitoraggio e configurandolo in tal modo come valida esperienza didattica pilota.

Visitate infine http://www.ips.it/scuola/concorso_99/acqua/acquahom.htm da cui abbiamo tratto la

Carta europea dell'acqua

1. Non c'è vita senza acqua. L' acqua è un bene prezioso. Indispensabile a tutte le attività umane.

2. Le disponibilità d' acqua dolce non sono inesauribili. E indispensabile preservarle, controllarle e se possibile accrescerle.

3. Alterare la qualità dell' acqua significa nuocere alla vita dell' uomo e degli altri esseri viventi che da essa dipendono.

4. La qualità dell' acqua deve essere mantenuta in modo da poter soddisfare le esigenze delle utilizzazioni previste, specialmente per i bisogni della salute pubblica.

5. Quando l' acqua, dopo esser stata utilizzata, viene restituita all' ambiente naturale, deve essere in condizioni da non compromettere i possibili usi dell' ambiente, sia pubblici che privati.

6. La conservazione di una copertura vegetale appropriata, di preferenza forestale, è essenziale per la conservazione delle risorse idriche.

7. Le risorse idriche devono essere accuratamente inventariate.

8. La buona gestione dell' acqua deve essere materia di pianificazione da parte delle autorità competenti.

9. La salvaguardia dell' acqua implica uno sforzo importante di ricerca scientifica, di formazione di specialisti e di informazione pubblica.

10. L' acqua è un patrimonio comune il cui valore deve essere riconosciuto da tutti. Ciascuno ha il dovere di economizzarla e di utilizzarla con cura.

11. La gestione delle risorse idriche dovrebbe essere inquadrata nel bacino naturale piuttosto che entro frontiere amministrative e politiche.

12. L' acqua non ha frontiere. Essa è una risorsa comune la cui tutela richiede la cooperazione internazionale.

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5.ELENCO TAVOLE ALLEGATE AL PROGETTO ORIGINALE

Il gruppo di lavoro Vi ringrazia della cortese attenzione dedicata invitandoVi a tornare a visitare questo sito in costante aggiornamento e diffondetene i contenuti citando la fonte.

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