Sperimentazione e interventi correttivi per l uso irriguo delle acque reflue di Cagliari

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1 SPECIALE DEPURAZIONE. Sperimentazione e interventi correttivi per l uso irriguo delle acque reflue di Cagliari L EAF HA PROGRAMMATO ANCHE UNA RICERCA SULLA DISPONIBILITÀ DEGLI UTENTI In Sardegna le ricorrenti siccità hanno ridotto sensibilmente, negli ultimi vent'anni, le risorse idriche disponibili. A causa della necessità di destinare le risorse idriche di migliore qualità al solo uso potabile, il settore agricolo è stato il più penalizzato in quanto ha dovuto affrontare le stagioni irrigue con volumi d'acqua sempre più ridotti, con conseguente drastica riduzione della produzione e pesanti ricadute economico-sociali. A titolo di esempio, per quanto riguarda le risorse relative al sistema idraulico Flumendosa-Campidano gestite dall'ente Autonomo del Flumendosa, per il soddisfacimento dei fabbisogni irrigui, potabili ed industriali della parte meridionale della Sardegna, nell'ultimo ventennio il deflusso medio annuo è passato da circa 400 Mm 3 a circa 200 Mm 3. Tale riduzione dei deflussi ha generato un deficit tra richieste e disponibilità di risorsa di cui ha maggiormente sofferto il settore agricolo, con un deficit superiore al 60% (figura 1). Nell'ambito di un vasto programma di interventi di riassetto e potenziamento del sistema idraulico Flumendosa-Campidano, una linea di azione è stata individuata nel recupero e riutilizzo dei reflui civili della città di Cagliari, che ad oggi ammontano a circa 30 Mm 3 /anno e che raggiungeranno a regime la quota annuale di circa 60 Mm 3. Il progetto per il riutilizzo, realizzato dall'eaf, consiste nel convogliare, previo ulteriore trattamento chimico (trattamento terziario), i reflui civili trattati dall'impianto di depurazione di Cagliari verso il serbatoio artificiale di Simbirizzi, posto a qualche chilometro dalla città di Cagliari ed attualmente operante come serbatoio di testata dello schema idrico. In questo lago confluiscono, infatti, le acque di supero del sistema, rappresentate, in particolare, dai deflussi naturali del bacino del Fluminimannu di Cagliari. I reflui, accumulati nell'invaso assieme alle altre risorse "fresche", saranno destinati all'irrigazione del comprensorio irriguo della Sardegna meridionale. Per la realizzazione del progetto l'eaf ha avviato, ormai da diversi anni, numerose attività sperimentali e di studio in collaborazione con qualificate istituzioni del mondo scientifico fra cui le Università di Cagliari, Sassari e Napoli, l'istituto Superiore di Sanità di Roma, il CCR (Centro Comune di Ricerca della Comunità Europea) di Ispra e il Consiglio Nazionale delle Ricerche di Pisa. Scopo di queste attività è, soprattutto, lo studio dei due aspetti ritenuti prioritari e fondamentali per la buona riuscita del progetto: da un lato non compromettere, tramite l'immissione dei reflui, il già precario stato trofico dell'invaso del Simbirizzi; e dall altro accertare la capacità dei suoli del comprensorio irriguo della Sardegna meridionale d essere irrigati con refluo senza che ciò provochi un alterazione delle proprietà chimico-fisiche ed idrauliche. IL RELATORE. L ingegner Paolo Botti è funzionario dell Ente Autonomo del Flumendosa - Settore Salvaguardia del territorio e Tutela dei Corpi Idrici - e direttore tecnico della sperimentazione sul riutilizzo in agricoltura dei reflui civili di Is Arenas tel fax paobotti@tin.it LA RELAZIONE. Problematiche gestionali connesse al riutilizzo di acque reflue. FIGURA 1. 26

2 2. Attività sperimentale sull'impianto di depurazione di Cagliari. Le principali attività sperimentali possono essere così sintetizzate: determinazione della qualità chimico-fisica e microbiologica delle acque effluenti dall'impianto di depurazione di Cagliari e individuazione delle più idonee tecniche di trattamento terziario del refluo mediante sperimentazione su un impianto pilota; caratterizzazione fisico-chimica e idraulica dei suoli del comprensorio irriguo della Sardegna meridionale mediante sperimentazione su colonne lisimetriche indisturbate; indagine sulla recettività pubblica circa l'uso in agricoltura di acque reflue depurate. Si è proceduto, innanzi tutto, alla caratterizzazione completa dell'effluente, tramite l'analisi di un ampio spettro di parametri chimici. L'indagine, iniziata nel 1995, ha riguardato circa 250 parametri. I risultati hanno evidenziato la sostanziale buona qualità del refluo trattato. Se si fa eccezione, infatti, per gli elevati valori di alcuni parametri - conducibilità, cloruri, sodio - dovuti ad infiltrazioni di acqua di mare nel collettore fognario (un intervento di risanamento del tratto di collettore interessato è in avanzata fase di predisposizione), per la maggior parte dei parametri analizzati le acque effluenti dall'impianto di Is Arenas rientrano tutt'oggi nella prima classe di qualità irrigua. La classe cioè per la quale non si hanno particolari limitazioni all'uso in agricoltura, essendo possibile l'esercizio irriguo continuativo, con eventuali limitazioni dei volumi irrigui stagionali e con accorgimenti nei confronti delle colture irrigabili, del metodo irriguo, delle condizioni pedologiche e della vulnerabilità dell'ambiente nel quale si opera. Le stesse analisi hanno però evidenziato un elevato tenore di fosforo, che potrebbe aggravare lo stato trofico del lago Simbirizzi, caratterizzato da una persistente eutrofia con tendenza alla ipertrofia (figura 2). È stato deciso quindi di realizzare un impianto pilota di defosfatazione, con lo scopo di sperimentare le migliori tecniche per la rimozione del fosforo al fine di abbatterne il tenore a valori accettabili. La sperimentazione si è svolta in collaborazione con il Centro Comune di Ricerca della Comunità europea di Ispra e ha riguardato anche la valutazione dell'efficienza di abbattimento della carica batterica mediante l'utilizzazione di raggi UV. Il contenuto iniziale di fosforo - pari a circa 2,5 ppm - è stato ridotto a circa 0.2 ppm mediante l'uso del cloruro ferrico. I valori della carica batterica sono stati ridotti di tre ordini di grandezza mediante il trattamento di chiariflocculazione e disinfezione con biossido di cloro. Le indicazioni ottenute hanno permesso di progettare lo stadio terziario dell'impianto di depurazione di Cagliari, la costruzione del quale è attualmente in fase di completamento FIGURA 2. INFORMAZIONE 94 27

3 FIGURA 3. SITI DI CAMPIONAMENTO DELLE COLONNE LISIMETRICHE (la fine dei lavori è prevista per il prossimo novembre). Si può, quindi, affermare che le caratteristiche del refluo prodotto all'uscita del terzo stadio dell'impianto di depurazione saranno compatibili con le caratteristiche ambientali del serbatoio di Simbirizzi e tali da preservarne lo stato di qualità, secondo il dettato del recente decreto legislativo 152/ Attività sperimentale su colonne di suolo del comprensorio irriguo della Sardegna meridionale. Come detto, oltre alla compatibilità del refluo con lo sversamento nell'invaso del Simbirizzi, l'altro problema cruciale ai fini della corretta gestione del sistema idraulico è quello di valutare l'impatto della irrigazione con acque reflue sui suoli del comprensorio irriguo della Sardegna meridionale. A tal fine è stata svolta una attività sperimentale su colonne lisimetriche indisturbate, che si è conclusa lo scorso settembre. Nel settembre 1999 è stata eseguita una campagna di descrizione e campionamento in cinque aree rappresentative del basso Campidano (figura 3): Sestu - profilo 1 (suoli su marne) Sestu - profilo 2 (suoli con orizzonte carbonatico su alluvioni antiche) San Sperate - profilo 3 (suoli privi di orizzonte carbonatico su alluvioni antiche) San Sperate - profilo 4 (suoli su alluvioni recenti - fase sabbiosa) Quartu Sant Elena - profilo 5 (suoli su alluvioni recenti - fase argillosa) In tale occasione sono stati prelevati in doppio 5 profili, per un totale di 10 colonne lisimetriche. Si è scelto di prelevare i profili mediante infissione al fine di ottenere colonne indisturbate e, quindi, assai più rappresentative della realtà di campo rispetto ai profili ricostruiti in laboratorio. Nella primavera del 2000 è iniziato il lavoro in laboratorio, con l'esecuzione di misure sperimentali volte, essenzialmente, alla caratterizzazione del comportamento idraulico dei diversi tipi di suolo e alla valutazione della loro reattività fisico-chimica al momento dell'immissione di acque reflue. Su ogni colonna sono state eseguite le seguenti prove: caratterizzazione iniziale (prima dell'uso dei reflui); cinque cicli di irrigazione con acque reflue; caratterizzazione finale (dopo l'uso dei reflui). 3.1 Cicli di irrigazione con acque reflue Ogni profilo è stato sottoposto a cinque cicli di irrigazione con acque reflue, di cui il primo ciclo condotto sino al raggiungimento della stazionarietà idraulica, e i rimanenti reintegrando il solo volume perso per evaporazione. Ciascun ciclo, infatti, è stato intervallato da almeno due settimane di evaporazione. Nel corso delle prove, oltre alle misure di contenuto idrico, sono stati raccolti anche campioni di acqua in uscita dal letto filtrante, al fine di verificare la variazione di composizione chimica fra il refluo in ingresso e l'acqua in uscita dalla colonna. Sono stati indagati 44 parametri chimici (tabella A) e sono state effettuate analisi microbiologiche, verificando - in ingresso ed in uscita dalla colonna lisimetrica - la presenza delle seguenti colonie batteriche: 1. coliformi totali, coliformi fecali, Escherichia coli, enterococchi, utilizzati come marcatori del livello di fecalizzazione; 2. batteriofagi anti-escherichia coli, utilizzati come marcatori della presenza di forme virali; 3. uova di elminti, come marcatori di presenza di parassiti nelle acque. 28

4 Speciale Depurazione Acque Tabella A. Parametri chimici analizzati nelle acque in ingresso ed uscita dai lisimetri. ph Conducibilità Potenziale redox Azoto ammoniacale Azoto nitroso Azoto nitrico Azoto totale Fosforo reattivo Fosforo totale Cloruri Solfati Alcalinità COD Sodio Potassio Calcio Magnesio SAR TC TOC IC AOX Ferro totale Ferro disciolto Manganese totale Manganese disciolto Alluminio totale Alluminio disciolto Cromo totale Cromo disciolto Zinco totale Zinco disciolto Cadmio totale Cadmio disciolto Piombo totale Piombo disciolto Nichel totale Nichel disciolto Rame totale Rame disciolto Arsenico totale Arsenico disciolto Boro totale Boro disciolto INFORMAZIONE 94 Tutte le analisi chimiche e microbiologiche sono state effettuate nel laboratorio dell'ente Autonomo del Flumendosa. È importante sottolineare che l'irrigazione è stata effettuata con refluo puro, senza cioè miscelazione con acqua "fresca" e ciò al fine di eseguire la sperimentazione in condizioni limite che difficilmente verranno raggiunte in campo dove, come detto, verrà utilizzato il refluo miscelato con acque fresche nel lago del Simbirizzi. Oltre alle analisi chimiche e microbiologiche sull'acqua, sono stati analizzati anche i suoli, prima e dopo l'irrigazione. I parametri indagati sono riportati nella tabella B ( seguente). 4. Recettività pubblica dell'uso di acque reflue depurate Questa parte del lavoro è finalizzata allo studio di alcuni dei caratteri delle percezioni individuali, nonché degli atteggiamenti e recettività da parte degli agricoltori verso il riciclo dell'acqua. Principali obiettivi della ricerca - svolta con l'ausilio di un questionario distribuito a 120 aziende del Campidano centro-meridionale - sono: 1) conoscenza e consapevolezza generale dei problemi dell'emergenza idrica, di quelli del risparmio e del riciclo; 2) valutazione della percezione pubblica e degli atteggiamenti degli utilizzatori agricoli nei confronti della fornitura di acqua di differente qualità: vantaggi e rischi percepiti dall'uso dell'acqua riciclata; 3) caratterizzazione degli aspetti umani e socio-economici del riutilizzo dell'acqua, cioè di quegli aspetti delle opzioni specifiche del ciclo dell'acqua che promuovono o ostacolano la recettività degli utilizzatori (settori e produzioni specifiche, periodi di maggior carenza, forme attuali di riuso e di risparmio o prezzo); 4) raccolta delle informazioni sulle strategie possibili che assicurino modalità di informazione adeguate al progetto di riuso; 5) valutazione delle modalità di pagamento attuali, nuove modalità di pagamento e l'eventuale elasticità del prezzo per l'acqua di qualità di provenienza diversa; 6) identificazione delle istituzioni di cui avere fiducia per il controllo e la gestione della risorsa. Per mettere a fuoco le questioni emerse anche attraverso i focus group, sarà promossa anche una ricerca con questionario sugli utilizzatori dell'acqua recuperata, specificatamente per l'irrigazione delle colture alimentari. 29

5 Tabella B. Parametri analizzati nel suolo prima e dopo i cicli di irrigazione con acque reflue Umidità ph (H20> ph <KCI> Eh (potenziale redox) Conducibilità a 25 0C Carbonio organico Sostanza organica Carbonio organico idrolubile Azoto Kjeldahl Rapporto C/N Fosforo totale Calcare totale Capacità di scantio cationico Grado di saturazione in basi Basi di scambio: Na K Ca Mg Acidità Analisi granulometrica Scheletro Metalli pesanti: Cadmio Cromo Nichel Piombo Rame Zinco Ferro Manganese Sodio Calcio Boro solubile Cationi solubili: Na + K + Ca ++ Mg ++ Anioni solubili: Cl - NO 3 PO 4 SO 4 Indice di mineralizzazione N/O Indice di umificazione B/E3 Rapporto AL/AR B-glucosidasi Fosfatasi Ureasi Azoto ammoniacale 5. Conclusioni Il rapporto finale sulle attività di ricerca sarà predisposto entro quest anno, ma alcune conclusioni - seppur parziali e del tutto preliminari - possono già essere tratte. A) Refluo di Is Arenas. Il solo problema rilevante emerso è l'alta presenza di cloruri e sodio nell'acqua in uscita dall'impianto. Il problema è legato ad immissioni e/o infiltrazioni di acque saline nel collettore fognario ed è, come detto, in corso di soluzione. Per il resto la qualità dell'acqua in uscita dall'impianto esistente è soddisfacente sia dal punto di vista chimico che batteriologico e, dopo il trattamento terziario, la sua immissione nel Simbirizzi non dovrebbe alterarne le caratteristiche trofiche. Al raggiungimento di questo obiettivo contribuirà in modo rilevante una corretta gestione del serbatoio, con riferimento ai rapporti di miscelazione con acque fresche ed al volume invasato. B) Proprietà idrauliche del suolo. Si è osservata una variazione delle proprietà idrauliche - conducibilità e dispersività - solo nel primo strato (primi cm), con una diminuizione, dopo i cicli con refluo, della conducibilità alla saturazione e delle proprietà diffusive del mezzo. Questo comportamento, presente in tutti i profili seppure in diversa entità, va attentamente valutato nel piano di utilizzo della risorsa. Ma il fatto che sia confinato allo strato più superficiale, cioè a quello soggetto alle lavorazioni, è senz'altro positivo ed a vantaggio di più facili e meno dispendiosi interventi correttivi. C) Inquinamento della falda. Si è osservato come il suolo funzioni da efficace "filtro" per gli inquinanti microbiologici, con livelli di abbattimento del 100% anche in presenza di carichi in ingresso elevati. Riguardo agli inquinanti chimici, non si sono osservati particolari problemi neppure per i temuti nitrati. Una certa attenzione va invece posta sulla tendenza ad accumulo nel suolo del boro, che è notoriamente un elemento fitotossico. Non si notano particolari fenomeni di accumulo di metalli pesanti. D) Attività enzimatica. La presenza di complessi humo-enzimatici stabili nel terreno è nota da tempo. Com'è noto, tali complessi (definiti nucleo umico stabile) svolgono funzioni fondamentali nel terreno. In primo luogo regolano, insieme ai microrganismi del terreno, il ciclo metabolico degli elementi e neutralizzano composti organici tossici. Essendo in prevalenza costituiti da una matrice umica strutturata e stabile, migliorano inoltre le proprietà fisiche del terreno. Lo studio eseguito presso l'istituto per la Chimica del Terreno del CNR di Pisa ha messo in evidenza come tali complessi non sono modificati in seguito all'irrigazione, anzi mostrano una tendenza ad aumentare. È stato osservato inoltre come l'indice di umificazione, che esprime il grado di condensazione aromatica delle molecole organiche, si sia posizionato attorno al valore 1 (uno), tipico delle sostanze ben umificate, anche dopo trattamento ripetuto con acqua reflua. In aggiunta si è notato che i processi di mineralizzazione sembrano non interessare i complessi umo-enzimatici stabili, ma solo la frazione definita "labile" della sostanza organica. Anche il rapporto fra i componenti alifatici/aromatici usciti dalla pirolisi, infine, indica una generale stabilità strutturale. Si deve, infine, evidenziare che alla attività sperimentale di laboratorio seguirà una sperimentazione in campo, con l'allestimento e il costante monitoraggio - per almeno cinque anni - di 5 parcelle sperimentali da ubicare nelle stesse zone in cui sono state prelevate le colonne lisimetriche. Si ritiene infatti indispensabile, anche alla luce degli incoraggianti risultati ottenuti in laboratorio, monitorare in continuo e per un periodo di tempo sufficientemente rappresentativo la reale situazione di campo, con la presenza cioè delle colture e dei cicli irrigui naturali di pioggia ed evaporazione. PAOLO BOTTI 30