LA GESTIONE DELLE ACQUE METEORICHE DI DILAVAMENTO E GLI IMPIANTI DI DEPURAZIONE URBANI

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1 LA GESTIONE DELLE ACQUE METEORICHE DI DILAVAMENTO E GLI IMPIANTI DI DEPURAZIONE URBANI Sergio PAPIRI, Sara TODESCHINI SOMMARIO La memoria affronta il problema della gestione delle acque meteoriche di dilavamento mediante un approccio multidisciplinare. Dapprima, inquadra dal punto di vista normativo le acque meteoriche di dilavamento con particolare riferimento alla normativa della Regione Lombardia. Successivamente, indaga gli effetti idraulici e ambientali delle acque di pioggia sui corpi idrici ricettori, sui sistemi fognari e sugli impianti di depurazione. Infine, Individua e suggerisce possibili interventi di controllo, sia quantitativo sia qualitativo, delle acque meteoriche di dilavamento per la salvaguardia del territorio, dei sistemi fognari e degli impianti di trattamento esistenti. 1. INTRODUZIONE La corretta disciplina delle acque reflue urbane rappresenta uno dei punti cardine delle politiche di salvaguardia dell ambiente e, più in generale, della qualità della vita nei territori urbanizzati (AA.VV., 1997). Nella pratica, il controllo dell impatto quali-quantitativo delle acque meteoriche è complesso per la continua evoluzione delle realtà urbane e per l interazione di fattori tecnico-ingegneristici, politici, sociali, urbanistici ed economici. La progressiva espansione delle aree urbanizzate verificatasi negli ultimi decenni, e il corrispondente incremento delle aree impermeabili, ha provocato una forte riduzione della ricarica delle falde idriche e notevoli aumenti delle portate al colmo e dei volumi di piena, spesso incompatibili con la capacità delle reti di drenaggio esistenti e dei corsi d acqua ricettori. Questo ultimo aspetto è particolarmente rilevante nelle aree di espansione che recapitano in sistemi fognari esistenti dimensionati senza tener conto dei nuovi apporti. Dipartimento di Ingegneria Idraulica e Ambientale, Università degli Studi di Pavia, Via Ferrata, Pavia 1

2 ACQUE DI PRIMA PIOGGIA: SOLUZIONI TECNOLOGICHE E INNOVAZIONE Lo sviluppo urbanistico e il forte incremento del traffico veicolare hanno poi aumentato il grado di contaminazione delle acque pluviali di dilavamento, peggiorando le caratteristiche qualitative dei corpi idrici ricettori. Per conseguire l obiettivo di un buon livello di protezione idraulica e ambientale del territorio sono essenziali sia un attenta pianificazione urbanistica sia una corretta gestione delle acque meteoriche di dilavamento delle aree urbanizzate. In sede di pianificazione urbanistica bisogna privilegiare, ove possibile, le soluzioni atte a ridurre a monte le portate meteoriche circolanti nelle reti di drenaggio, siano esse unitarie o separate, prevedendo una raccolta separata delle acque meteoriche non suscettibili di apprezzabile contaminazione, quali ad esempio quelle dei tetti, e il loro smaltimento in loco tramite sistemi di infiltrazione nel suolo: trincee drenanti e bacini di infiltrazione, efficaci in terreni a elevata permeabilità e con falda lontana dal piano campagna. La gestione delle acque meteoriche di dilavamento non può prescindere da quella delle acque reflue e deve avvalersi dei mezzi che in maniera concorde la comunità scientifica considera decisivi per il controllo quantitativo e qualitativo degli scarichi: gli invasi (in rete e fuori rete) e la gestione in tempo reale dei sistemi di drenaggio urbano. Gli invasi, opportunamente dimensionati, permettono di conseguire i citati obiettivi: le vasche volano (o di laminazione) consentono di contenere la portata in uscita entro il valore massimo accettabile nel ricettore per il più critico evento meteorico di assegnato tempo di ritorno (protezione idraulica); le vasche di prima pioggia consentono di intercettare ed escludere dallo scarico una notevole percentuale degli inquinanti veicolati dalle acque meteoriche (protezione ambientale). Infine, la gestione delle acque meteoriche di dilavamento deve essere affrontata mediante un approccio integrato che tenga conto dell impatto complessivo prodotto dagli scarichi del sistema di drenaggio urbano e dell impianto di trattamento sul corpo idrico ricettore. 2. INQUADRAMENTO NORMATIVO Il Decreto Legislativo 11 maggio 1999, n.152 Disposizioni sulla tutela delle acque dall inquinamento e recepimento della direttiva 91/271/CEE concernente il trattamento delle acque reflue urbane e della direttiva 91/676/CEE relativa alla protezione delle acque dall inquinamento provocato da nitrati provenienti da fonti agricole, modificato ed integrato ai sensi del D.Lgs.18 agosto 2, n. 258, definisce la disciplina generale per la tutela delle acque superficiali, marine e sotterranee. Tale decreto delega alle Regioni la disciplina delle acque meteoriche di dilavamento ai fini della prevenzione di rischi idraulici e ambientali. L art. 39 (Acque meteoriche di dilavamento e acque di prima pioggia), infatti, recita: 2

3 1. Ai fini della prevenzione di rischi idraulici ed ambientali, le Regioni disciplinano: a) le forme di controllo degli scarichi di acque meteoriche di dilavamento provenienti da reti fognarie separate; b) i casi in cui può essere richiesto che le immissioni delle acque meteoriche di dilavamento, effettuate tramite altre condotte separate, siano sottoposte a particolari prescrizioni, ivi compresa l eventuale autorizzazione. 3. Le Regioni disciplinano altresì i casi in cui può essere richiesto che le acque di prima pioggia e di lavaggio delle aree esterne siano convogliate e opportunamente trattate in impianti di depurazione per particolari casi nei quali, in relazione alle attività svolte, vi sia il rischio di dilavamento dalle superfici impermeabili scoperte di sostanze pericolose o di sostanze che creano pregiudizio per il raggiungimento degli obiettivi di qualità dei corpi idrici. La direttiva 2/6/CE del 23 ottobre 2, che istituisce un quadro per l azione comunitaria in materia di acque, ha introdotto ulteriori importanti innovazioni all apparato normativo esistente, spingendo l attenzione sull intero ecosistema acquatico. Recependo questi più recenti orientamenti normativi, la Regione Lombardia, con la Legge regionale 12 dicembre 23, n. 26 Disciplina dei servizi locali di interesse economico generale. Norme in materia di gestione dei rifiuti, di energia, di utilizzo del sottosuolo e di risorse idriche, si è data un corpus normativo di base per la riorganizzazione generale delle norme in materia di tutela e gestione delle acque. In particolare, all articolo 52, la legge fornisce i criteri generali per l attività regolamentare in materia di tutela quali-quantitativa e utilizzazione delle acque. In attuazione di tale articolo, la Giunta della Regione Lombardia ha approvato due proposte di Regolamento Regionale: Disciplina e regime autorizzatorio degli scarichi di acque reflue domestiche e di reti fognarie (Deliberazione N. VII/ ) e Disciplina dello smaltimento delle acque di prima pioggia e di lavaggio delle aree esterne (Deliberazione N. VII/ ). La D.G.R. VII/2395 contiene le disposizioni per il perseguimento degli obiettivi di qualità dei corpi idrici, applicando concretamente le misure previste dalla Proposta di Programma di Tutela e Uso delle acque (PTUA) del Piano di Gestione del Bacino Idrografico. In particolare, gli articoli e 17 disciplinano le acque meteoriche da avviare alla depurazione, le vasche di accumulo delle acque di pioggia, l adeguamento dei manufatti di sfioro e la realizzazione delle vasche di accumulo e, in maniera sintetica, recitano che: le condotte per acque meteoriche di reti fognarie separate devono inviare all impianto di trattamento un aliquota delle acque di pioggia corrispondente a 1 l/(s ha imp ); le acque eccedenti tale apporto devono essere avviate a vasche di prima pioggia sino al loro completo riempimento; Le vasche devono avere le seguenti capacità: 5 m 3 /ha imp se lo scarico è in corpi idrici significativi individuati dal PTUA, sul suolo o negli strati superficiali del sottosuolo, 25 m 3 /ha imp se lo scarico è in corpi idrici non significativi; Le vasche devono essere realizzate: in testa all impianto di trattamento; presso gli sfioratori che sottendono agglomerati con oltre 1. A.E.; presso gli sfioratori che consentono di 3

4 ACQUE DI PRIMA PIOGGIA: SOLUZIONI TECNOLOGICHE E INNOVAZIONE controllare complessivamente almeno l 8% della superficie servita dalla rete nel caso di scarico in corpi idrici significativi, sul suolo o negli strati superficiali del sottosuolo oppure almeno il 5% nel caso di recapito in corpi idrici non significativi. La D.G.R. VII/2396 focalizza l attenzione sui pericoli che possono derivare dal dilavamento di particolari superfici soggette alla presenza di sostanze inquinanti. Più precisamente, individua le acque di prima pioggia e di lavaggio da assoggettare alla apposita disciplina, indica i sistemi di raccolta e convogliamento di tali acque, definisce i recapiti cui le stesse possono essere destinate, indica le misure minime per la prevenzione dell inquinamento delle acque di prima pioggia e di lavaggio, specifica i contenuti per la domanda di autorizzazione allo scarico. Infine, il Piano Regionale di Risanamento delle Acque (P.R.R.A.) della Lombardia, approvato con deliberazione del Consiglio Regionale 15 gennaio 22 N.VII/42, ha come obiettivi, oltre alla razionalizzazione delle opere di acquedotto, fognatura e depurazione, anche la prevenzione o comunque l attenuazione degli effetti derivanti da tali infrastrutture sui corpi ricettori. L allegato 2 fornisce indicazioni in ordine alla riduzione delle portate meteoriche drenate, agli scaricatori di piena, alle vasche di accumulo, alle portate meteoriche da sottoporre a trattamento e alle limitazioni di quelle convogliate ai ricettori. Il P.R.R.A. della Lombardia suggerisce che le portate meteoriche scaricate dai sistemi fognari siano compatibili con la capacità idraulica del ricettore e comunque contenute entro 2 l/(s ha imp ) in aree di ampliamento ed espansione, se il recapito è una fognatura esistente e 2 l/(s ha imp ) in aree di ampliamento e di espansione o 4 l/(s ha imp ) nelle aree già dotate di pubblica fognatura, se il recapito è un corpo idrico superficiale. 3. CARATTERISTICHE DELLE ACQUE METEORICHE DI DILAVAMENTO Con il termine di acque meteoriche di dilavamento si intendono le acque che risultano dal processo di trasformazione della precipitazione in ruscellamento sulle superfici, seguito dall ingresso nella rete di fognatura. 3.1 ASPETTI QUANTITATIVI I deflussi in rete fognaria sono connessi alle caratteristiche degli afflussi meteorici e alle perdite idrologiche che hanno luogo nel bacino. Le perdite idrologiche possono essere stimate con varie metodologie e sovente vengono quantificate in maniera globale mediante il coefficiente di afflusso. Nella letteratura tecnica esistono sia tabelle che forniscono valori del coefficiente di afflusso per differenti realtà urbane, sia formule che legano questo coefficiente al rapporto di impermeabilizzazione I m del bacino. Ad esempio, il gruppo Deflussi Urbani, elaborando i molti 4

5 dati sperimentali ormai disponibili in bibliografia (AA.VV., 1997), per bacini con rapporto di impermeabilizzazione I m >,3 ha proposto la seguente formula: ϕ = ϕ ( 1 I ) + ϕ I (1) perm m imp m in cui ϕ perm rappresenta il contributo delle aree permeabili, mentre ϕ imp quello delle aree impermeabili di un bacino urbano. Il gruppo Deflussi Urbani suggerisce anche i valori da assegnare a questi coefficienti in funzione del tempo di ritorno T di progetto (AA.VV., 1997). 3.2 ASPETTI QUALITATIVI La qualità delle acque che transitano nelle reti fognarie in tempo di pioggia dipende da molteplici fattori che riguardano sia il bacino e il sistema di drenaggio sia la pluviometria e, più in generale, il clima. La tabella 1 mostra il campo di variabilità dei parametri qualitativi dei campioni prelevati in tempo di pioggia in due sistemi fognari: quello unitario di Cascina Scala (Pavia), 23 eventi e quello pluviale di Picchianti (Livorno), 14 eventi (Milano et alii, 22; Barco et alii, 24). Tabella 1 - Parametri qualitativi nei sistemi fognari di Cascina Scala e di Picchianti Sistema unitario di Cascina Scala Sistema pluviale di Picchianti Parametro Valore minimo Valore massimo Valore minimo Valore massimo Cond.specifica [µs/cm] BOD 5 [mg/l] COD [mg/l] < SS T [mg/l] < EMC SS T [mg/l] N TOT [mg/l] 1,51 128,6 < 5 1,6 NH 4 [mg/l],45 39,6 <,5 2, P TOT [mg/l],22 26,9 <,5 6,6 Le concentrazioni medie e massime di SS sono confrontabili nei due sistemi. In ogni caso, le determinazioni analitiche sui campioni prelevati in tempo di pioggia confermano l elevato grado di inquinamento delle acque defluenti da superfici urbanizzate. Nel sistema unitario i valori medi di SS e BOD 5 assumono valori confrontabili con quelli connessi alle acque reflue di tempo asciutto e superano abbondantemente i limiti di emissione stabiliti dal D. Lgs 152/99 per lo scarico in acque superficiali. La figura 1 mostra l idrogramma di piena e le concentrazioni di SS e COD nei campioni prelevati a Cascina Scala durante l evento del 11/4/3 (Barco et alii, 24, Ciaponi et alii, 25). 5

6 ACQUE DI PRIMA PIOGGIA: SOLUZIONI TECNOLOGICHE E INNOVAZIONE QMISTA [l/s] Concentrazione [mg/l] Tempo [min] SS COD Figura 1 - Idrogramma e concentrazioni di SS e COD nell evento 17 11/4/23 (Barco et alii, 24, Ciaponi et alii, 25) Dalla figura 1 emerge che le concentrazioni di SS e COD sono più consistenti nella prima parte dell idrogramma di piena, nonostante l effetto di diluizione connesso alle elevate portate. E importante rimarcare che la valutazione del contributo inquinante associato alle acque di dilavamento è incerta, perché, durante un evento di pioggia, intervengono anche fenomeni di ripresa in sospensione del materiale eventualmente sedimentato. Tale fenomeno è tanto più accentuato in un sistema fognario unitario. In realtà, tutti gli eventi campionati a Cascina Scala (tre campagne sperimentali nel 2, 21 e 23) hanno evidenziato, in maniera più o meno marcata, il fenomeno del first foul flush per i SS (Ciaponi et alii, 25). Tuttavia, questo fenomeno non si manifesta in maniera generalizzata per tutti gli eventi, per tutti gli inquinanti e in tutti i bacini; si verifica con più evidenza in occasione di piogge di forte intensità, soprattutto per gli inquinanti legati ai solidi sospesi e per l inquinamento batterico. 6

7 4. IL CONTROLLO DELLE ACQUE METEORICHE DI DILAVAMENTO 4.1 CONTROLLO QUANTITATIVO Il controllo quantitativo delle acque meteoriche di dilavamento è legato all intercettazione degli eventi più estremi e rari e si ottiene mediante la realizzazione di invasi: le vasche volano o di laminazione. La capacità d invaso di queste vasche, W m, si determina in funzione della portata massima accettabile in uscita, Q umax, e dell evento critico più critico di assegnato tempo di ritorno (valutato statisticamente). La tabella 2, a titolo esemplificativo, mostra i valori del volume da assegnare alla vasca volano per ogni ettaro di superficie impermeabile o efficace del bacino [m 3 /ha imp ], in funzione della portata specifica ammissibile all uscita q umax =Q umax /S imp [l/(s ha imp )], del tempo di corrivazione del bacino, tra 1 minuti e 6 minuti, e del tempo di ritorno per cui si vuole progettare la vasca, tra 5 e 2 anni. I volumi specifici sono stati ottenuti mediante simulazioni dalla serie pluviometrica di Milano nel periodo con il metodo cinematico (Paoletti e Becciu, 1997). Tabella 2 - Valori della capacità specifica (m 3 /ha imp ) delle vasche volano (Paoletti e Becciu, 1997) Portata in uscita q umax [l/(s ha imp )] Tempo di ritorno [anno] Tempo di corrivazione [min] Per attenersi alle indicazioni del P.R.R.A. della Lombardia (q umax tra 2 e 4 l/(s ha imp )) l ordine di grandezza dei volumi dovrebbe essere rilevante (tra 3 e 7 m 3 /ha imp ). 4.2 CONTROLLO QUALITATIVO Per il controllo qualitativo delle acque meteoriche di dilavamento è necessario l impiego combinato di scaricatori di piena e vasche di prima pioggia. Infatti, studi e simulazioni condotti su alcuni sistemi fognari unitari hanno mostrato come il controllo operato mediante soli scaricatori di piena, dimensionati secondo gli usuali criteri (3-5 7

8 ACQUE DI PRIMA PIOGGIA: SOLUZIONI TECNOLOGICHE E INNOVAZIONE volte la portata media di tempo asciutto), risulti inadeguato ai fini della salvaguardia della qualità dei corpi idrici ricettori (Mignosa et alii, 1991; Papiri, 2). Inoltre, simulazioni condotte mediante il modello SWMM dell US-EPA per la serie continua di eventi del 1997 a Cascina Scala hanno mostrato che in presenza di fenomeni consistenti di deposito in rete, l efficacia degli scaricatori sul controllo delle masse di inquinanti è modesta anche per valori molto elevati della portata di soglia specifica. Tale situazione è peraltro molto frequente, soprattutto nei centri urbani di pianura (Barco e Papiri, 23). L adozione di invasi in linea o fuori linea combinati con gli scaricatori può permettere un deciso abbattimento della frequenza, del volume e dei carichi inquinanti sversati nel ricettore. Le figure 2.a e 2.b fanno riferimento alle simulazioni condotte sulla fognatura di Cascina Scala mediante la successione di eventi del Per le simulazioni sono stati considerati gli schemi impiantistici corrispondenti alla vasca in linea di transito, alla vasca fuori linea di transito e alla vasca fuori linea di cattura. Lo svuotamento della vasca è stato ipotizzato in continuo. a) b) Figura 2 - Massa specifica scaricata in funzione: a) dello schema impiantistico e del volume specifico della vasca (sistema fognario misto senza deposito - portata di soglia specifica q =3 q nm ), b) della tipologia del sistema fognario e del volume specifico (vasca di cattura fuori linea- portata di soglia specifica q =3 q nm ) (Paoletti e Papiri, 23). I risultati delle simulazioni mettono in evidenza che la tipologia della vasca influenza sensibilmente l efficacia in termini di riduzione delle masse inquinanti scaricate nel ricettore; a parità di volume utile, il comportamento delle vasche di transito in linea e fuori linea è sostanzialmente analogo, mentre risulta nettamente superiore l efficacia offerta dalla vasca di cattura fuori linea (figura 2.a) (Paoletti e Papiri, 23). Questo risultato, riconducibile all effetto di first flush che si riscontra molto frequentemente nei bacini di piccola estensione, conferma quanto già ottenuto da altri autori (Oliveri et alii, 21) 8

9 che, con un analisi di tipo diverso, hanno evidenziato che, a parità di volume, è sostanzialmente identico il comportamento di vasche in linea e fuori linea, mentre è decisamente superiore il rendimento offerto dalle vasche di cattura, rispetto a quelle di transito. Le simulazioni presentate da Paoletti e Papiri (23) hanno anche messo in evidenza che, adottando gli usuali criteri di dimensionamento degli scaricatori di piena [q = 3 5 q nm ] e delle vasche di prima pioggia (W = 25 5 m 3 /ha imp ), l impatto esercitato dai due sistemi fognari (unitario e separato) sul corpo ricettore è praticamente analogo (figura 2.b). Questo risultato è anche confermato da una valutazione orientativa della diversa efficienza dei sistemi unitari e separati ottenuta con stime di bilancio annue delle masse di inquinante scaricate nel ricettore (Paoletti e Papiri, 23; Paoletti e Sanfilippo, 24); questi risultati mostrano che l impatto sul ricettore è pressoché identico tra sistemi unitari e separati, quando essi siano dotati di attrezzature (scaricatori e vasche) analoghe. Nella figura 3 (Artina e Maglionico, 21), sono riassunti i principali risultati ottenuti dalla simulazione dell inserimento di vasche di prima pioggia a valle degli scaricatori esistenti nella rete di drenaggio di tipo misto a servizio di un area urbana localizzata nella periferia di Bologna. Volumi cumulati (m 3 /ha) Senza vasche Vasche di 25 mc/ha Vasche di 5 mc/ha Vasche di 7 mc/ha Massa BOD 5 cumulata (kg/ha) Senza vasche Vasche di 25 mc/ha Vasche di 5 mc/ha Vasche di 7 mc/ha gen feb mar apr mag giu lug ago set Tempo (mesi) ott nov dic gen feb mar apr mag giu lug ago set Tempo (mesi) ott nov dic Massa SST cumulata (kg/ha) Senza vasche Vasche di 25 mc/ha Vasche di 5 mc/ha Vasche di 7 mc/ha Massa COD cumulata (kg/ha) Senza vasche Vasche di 25 mc/ha Vasche di 5 mc/ha Vasche di 7 mc/ha gen feb mar apr mag giu lug ago set Tempo (mesi) ott nov dic gen feb mar apr mag giu lug ago set Tempo (mesi) ott nov dic Figura 3 - Volumi e masse di inquinanti sversati nel ricettore con vasche di prima pioggia (Artina e Maglionico, 21) I risultati di figura 3 si riferiscono alla simulazione degli eventi meteorici aventi intensità minima di 3 mm/h registrati presso il bacino considerato nell arco del Essi mostrano che grazie ad una capacità di invaso di appena 25 m 3 /ha imp è possibile dimezzare il volume sfiorato e 9

10 ACQUE DI PRIMA PIOGGIA: SOLUZIONI TECNOLOGICHE E INNOVAZIONE ridurre a circa un terzo le masse inquinanti scaricate nel ricettore. E, invece, molto meno marcato l abbattimento del numero degli scarichi la cui frequenza non può mai essere ridotta a qualche unità all anno, come attuato in altri Paesi (Germania, Svizzera), neppure realizzando volumi d invaso molto grandi (W > 1 m 3 /ha imp ). L esame delle figure mostra come aumentando il volume d invaso oltre i 25 m 3 /ha imp, il miglioramento dei benefici conseguiti diventa progressivamente meno significativo. La figura 4 mostra i risultati di alcune simulazioni relative a differenti modalità di svuotamento di una vasca di prima pioggia (in continuo, intermittente con o senza interruzione in tempo di pioggia e con svuotamento entro 24, 48 e 96 ore dalla fine dell evento) inserita in una fognatura di tipo pluviale, condotte con riferimento ai dati pluviometrici registrati nel 2 a Cascina Scala (Ciaponi et alii, 25). Questa figura mostra come la scelta fra diverse modalità di svuotamento condizioni in modo rilevante l efficacia della vasca in termini di volumi e di masse trattenute. Vol. specifico annuo intercettato [%] Svuot. in continuo Svuot. intermittente senza interr. 24 h Svuot. intermittente senza interr. 48 h Svuot. intermittente senza interr. 96 h Svuot. intermittente con interr. 24 h Svuot. intermittente con interr. 48 h Svuot. intermittente con interr. 96 h Volume specifico della vasca [m 3 /haimp] Massa specifica annua intercettata [%] Svuot. in continuo Svuot. intermittente senza interr. 24 h Svuot. intermittente senza interr. 48 h Svuot. intermittente senza interr. 96 h Svuot. intermittente con interr. 24 h Svuot. intermittente con interr. 48 h Svuot. intermittente con interr. 96 h Volume specifico della vasca [m 3 /ha imp] Figura 4 - Volume e massa specifici annui intercettati rispetto a quelli dilavati [%] al variare del volume specifico della vasca e della modalità di svuotamento: q US = 1 l/(s ha imp ) (Ciaponi et alii, 25). 5. IMPIANTI DI DEPURAZIONE URBANI In Italia, gli impianti di depurazione a servizio di sistemi fognari separati sono progettati per trattare una portata pari a quella massima di tempo asciutto, mentre le acque veicolate dalla rete bianca vengono scaricate direttamente nel ricettore. Tuttavia, le caratteristiche qualitative delle acque meteoriche di dilavamento, descritte in precedenza, richiederebbero di sottoporre a trattamento la prima frazione di queste acque. 1

11 Gli impianti di depurazione a servizio di sistemi fognari unitari, che costituiscono la quasi totalità dei casi dato che, in Italia, la maggior parte delle reti fognarie è di tipo unitario, sono progettati per trattare, in tempo di pioggia, una portata pari a un multiplo di quella media di tempo asciutto. In realtà, nel caso di impianti a servizio di sistemi fognari unitari o misti, anche se il progettista verifica alcuni parametri dimensionali per portate pari a un multiplo di quella media di tempo asciutto, tuttavia, non tiene in conto altre problematiche che si manifestano negli impianti in tempo di pioggia (Bertanza et alii, 24). I principali problemi legati alle portate di pioggia negli impianti di depurazione derivano da: maggior portata che giunge alle diverse unità di processo; maggior grado di diluizione del liquame; minore temperatura del liquame; apporto di altri inquinanti; apporto di ossigeno. Una portata più elevata rende meno efficaci i pre-trattamenti, riduce la resa di rimozione del BOD nel sedimentatore primario, causa un wash out della biomassa dal comparto biologico e, sovente, una perdita di fango dallo sfioro del sedimentatore finale. Il maggior grado di diluizione e la minor temperatura del liquame in ingresso rallentano le cinetiche nei reattori biologici e, quindi, riducono i rendimenti depurativi. L apporto di metalli pesanti, provenienti essenzialmente dal dilavamento di superfici impermeabili interessate da traffico veicolare, genera il problema dello smaltimento di fanghi con elevate concentrazioni di tali inquinanti e, inoltre, produce effetti tossici sulla biomassa. Infine, l apporto di ossigeno inibisce la pre-denitrificazione. A causa dei problemi appena menzionati, è necessario adottare alcuni accorgimenti sia in fase progettuale sia in quella gestionale. Innanzitutto, è doveroso effettuare un controllo statico della portata addotta all impianto. La figura 5 mostra uno schema di controllo statico piuttosto diffuso che prevede due scaricatori di piena, uno a monte e uno a valle dei trattamenti fisico-meccanici. Lo schema di figura 6 mostra una soluzione meno diffusa a scala reale che accoppia una vasca di prima pioggia allo scaricatore di piena in testa all impianto. In tal modo è possibile limitare la portata addotta alle diverse unità di processo praticamente al valore della portata massima di tempo asciutto e nel contempo garantire il trattamento di una frazione più consistente del deflusso di pioggia. Questa soluzione, ad esempio, è stata adottata per l impianto consortile della valle Bardoneggia (Oltrepo Pavese). Infine, un altra soluzione possibile è rappresentata dalla realizzazione di una linea di depurazione parallela a quella delle acque di tempo asciutto che agisca in maniera mirata su una frazione abbastanza consistente delle portate in afflusso in tempo di pioggia (figura 7). Questa scelta è stata adottata per l impianto consortile della Valle Versa (Oltrepo Pavese). 11

12 ACQUE DI PRIMA PIOGGIA: SOLUZIONI TECNOLOGICHE E INNOVAZIONE Figura 5 - Schema di controllo statico tradizionale delle portate di pioggia addotte all impianto di depurazione Figura 6 - Schema di controllo statico delle portate addotte alla depurazione con vasca di prima pioggia Figura 7 - Impianto consortile della valle Versa in fase di realizzazione a Stradella (Pavia) Q 24 =2 m 3 /h 12

13 In impianti che accolgono una frazione importante delle acque meteoriche di dilavamento, i sedimentatori devono avere altezze maggiori rispetto al caso in cui si trattino solo acque nere. L alimentazione step-feed ai reattori biologici riduce il wash out della biomassa, ma solo se il fango presenta mediocri caratteristiche di sedimentabilità: SVI=2 ml/g SS (Vismara et alii, 22). La soluzione di figura 7, rispetto a quella di figura 6, consente di ridurre i costi di investimento, a fronte di un aumento non trascurabile dei costi gestionali; consente inoltre di agire in maniera mirata, con chiari-flocculazione e sedimentazione mediante pacchi lamellari, su una frazione abbastanza consistente del deflusso connesso a un evento di pioggia. 6. CONCLUSIONI La corretta gestione delle acque meteoriche di dilavamento è fondamentale sia per la limitazione dei fenomeni di esondazione, sia per la riduzione degli impatti inquinanti sui corpi idrici ricettori. Tale problematica deve, quindi, essere attentamente considerata nella pianificazione urbanistica e nella progettazione dei sistemi fognari e degli impianti di depurazione delle acque reflue urbane. In sede di pianificazione urbanistica bisognerebbe privilegiare, ove possibile, le soluzioni atte a ridurre a monte le portate meteoriche circolanti nelle reti di drenaggio, prevedendo una raccolta separata delle acque meteoriche non suscettibili di apprezzabile contaminazione e il loro smaltimento in loco tramite sistemi di infiltrazione nel suolo. In sede di progettazione di sistemi fognari in aree di ampliamento ed espansione è sempre più spesso necessario adottare invasi per garantire la compatibilità idraulica nei ricettori (sistema fognario pubblico o corpo idrico). In sede di progettazione di sistemi fognari in aree di ampliamento ed espansione bisogna garantire la compatibilità idraulica nei ricettori (sistema fognario pubblico o corpo idrico) e per perseguire questo obiettivo, sempre più spesso, è necessaria l adozione di invasi. Il raggiungimento e/o il mantenimento degli obiettivi di qualità ambientale dei corpi idrici, previsti dal Decreto Legislativo 152/99, richiedono l invio alla depurazione di un aliquota delle acque meteoriche di dilavamento. La frazione delle acque meteoriche di dilavamento da inviare alla depurazione, a parità di obiettivo ambientale da conseguire, è in pratica indipendente dalla tipologia del sistema fognario. Quindi, i costi di investimento e gestione di impianti di trattamento a servizio di sistemi separati sarebbero della stessa entità di quelli di impianti per sistemi unitari. La scelta fra sistema fognario unitario e separato (con gli stessi manufatti di controllo qualitativo: scaricatori di piena e vasche di prima pioggia) non implica una differente efficacia di controllo dell inquinamento dei ricettori, quindi, deve derivare da considerazioni di natura funzionale ed economico-gestionale proprie di ciascuna area urbana. 13

14 ACQUE DI PRIMA PIOGGIA: SOLUZIONI TECNOLOGICHE E INNOVAZIONE Ad esempio, è preferibile adottare un sistema separato in aree con un clima molto rigido in quanto lo scioglimento della neve, con il conseguente afflusso di acque molto fredde per periodi prolungati, ridurrebbe il rendimento dei comparti biologici per il trattamento dei reflui urbani. Il governo delle acque di pioggia richiede un approccio multidisciplinare che integri le molteplici competenze coinvolte (urbanisti, ricercatori idraulici, sanitari e chimici, progettisti e gestori di reti fognarie e impianti di depurazione) nel rispetto delle imposizioni normative. La gestione delle acque meteoriche di dilavamento è indissolubile da quella delle acque reflue e la tutela dei corpi idrici richiede un approccio integrato nella progettazione e gestione del sistema fognario e dell impianto di trattamento associato al fine di minimizzare l impatto globale degli scarichi nel corpo idrico ricettore. Il controllo dell impatto degli scarichi nei corpi ricettori conseguibile con i soli scaricatori di piena è del tutto inadeguato (soprattutto in pianura dove a causa delle basse pendenze si verificano fenomeni consistenti di deposizione e ripresa in sospensione dei sedimenti durante la prima frazione della piena), a meno di non ricorrere a valori della portata di soglia decisamente elevati, dell'ordine di 5 l/(s ha imp ), impiegabili solo lungo la rete. L'impiego di vasche di prima pioggia di cattura accoppiate agli scaricatori consente, invece, un buon rendimento in termini di riduzione della massa inquinante scaricata. Inoltre, vasche di prima pioggia, ubicate in testa agli impianti, consentono di limitare la portata inviata al trattamento e nel contempo di trattare la frazione più inquinata del deflusso connesso a un evento di pioggia. Il rendimento di una vasca di prima pioggia non dipende solo dal suo volume utile, ma anche dalla modalità di svuotamento; questo aspetto va tenuto in conto in fase di progettazione. 7. RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI Artina S., Maglionico M., Dimensionamento di vasche di prima pioggia secondo criteri di stream standard, Dalle fognature alla Tutela Idraulica e Ambientale del Territorio, a cura di G. La Loggia, CSDU, Milano, 21. AA.VV., Sistemi di fognatura Manuale di Progettazione, CSDU, Hoepli, Milano, Barco O.J., Papiri S., Qualità delle acque defluenti in una rete fognaria mista durante eventi meteorici e controllo degli scarichi nei corpi idrici ricettori, Atti del convegno "Acque di Prima Pioggia: Esperienze sul Territorio e Normativa". Genova, 23. Barco O.J., Ciaponi C., Papiri S., Pollution in storm water runoff. Two cases: an urban catchment and a highway toll gate area, Proceedings of 5 th Int. Conference on Sustainable Techniques and Strategies in Urban Water Management, Lyon, France, 24. Barco O.J., Ciaponi C., Papiri S., Inquinamento delle acque meteoriche di dilavamento. Il caso del bacino urbano residenziale di Cascina Scala (Pavia), XXIX Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, Trento,

15 Bertanza G., Collivignarelli C., Collivignarelli M.C., La problematica delle acque meteoriche nella depurazione degli scarichi idrici. Decreto Legislativo 152/99: interpretazione ed attuazione. Rapporti GSISR n.164, 79-91, 24. Ciaponi C., Papiri S., Todeschini S., Qualità delle acque meteoriche di dilavamento dei siti sperimentali di Cascina Scala (Pavia) e di Cremona, La Tutela Idraulica e Ambientale dei Territori Urbanizzati, CSDU, Milano, 25. Ciaponi C., Papiri S., Todeschini S., Vasche di prima pioggia: analisi critica di possibili modalità di svuotamento, Convegno Nazionale Acqua e Città, Sorrento (NA), 25. P. Mignosa, A. Paoletti, G. Passoni., Carichi effluenti dagli scaricatori di piena di fognature unitarie. Idrotecnica, n. 3, , Milano V., Pagliara S., Dellacasa F., Urban stormwater quantity and quality in the experimental urban catchment of Picchianti, New Trends in Water and Environmental Engineering, June 24-28, Capri, Italy, 22. Oliveri E., Viviani G., La Loggia G., Comportamento ed efficienza delle vasche di pioggia, Dalle Fognature alla Tutela Idraulica e Ambientale del Territorio, Palermo (Italia), a cura di La Loggia G., , CSDU, Milano, 21. Paoletti A., Becciu G., in AA.VV., Sistemi di fognatura Manuale di Progettazione, CSDU, Hoepli, Milano, Paoletti A., Papiri S., Sistemi fognari unitari e separati: aspetti funzionali e ambientali, Atti della Giornata di Studio La Separazione delle Acque nelle Reti Fognarie Urbane, 25 giugno 23, Roma, in corso di pubblicazione. Paoletti A. e Sanfilippo U., Structural and non-structural measures to reduce pollutants discharged in receiving water bodies, Sustainable Techniques and Strategies in Urban Water Management, 5 th International Conference, Novatech 6-1 june 24, Lyon (France), (I), Edition GRAIE, Villeurbanne Cedex, 24. Papiri S., Gli scaricatori di piena nelle fognature miste alla luce dei risultati di una simulazione continua quali-quantitativa delle acque meteoriche nel bacino urbano sperimentale di Cascina Scala (Pavia), Dalle Fognature alla Tutela Idraulica e Ambientale del Territorio, CSDU, Milano, 49-6, 2. Vismara R., Pomesano G., Raganella K. Ratti A., La gestione delle acque di pioggia negli impianti a fanghi attivi: comparazione tra gli schemi ad alimentazione tradizionale e ad alimentazione frazionata (step-feed). IA Ingegneria Ambientale, XXXI (6), ,