Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali Università di Palermo

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1 Idraulica ed Università di Palermo Sistemi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano G. Freni,, G. Mannina,, M. Torregrossa,, G. Viviani

2 Sommario Introduzione alle problematiche del riuso localizzato delle acque meteoriche Possibili forme di riuso Tecnologie per il trattamento locale delle acque meteoriche Esempi applicativi e stima dei costi di trattamento Dimensionamento degli interventi localizzati di riuso delle acque meteoriche Efficienza degli interventi localizzati di riuso delle acque meteoriche Esempi di calcolo 2

3 RISORSE IDRICHE LOCALI RIUTILIZZABILI ACQUE DI PIOGGIA da aree semipermeabili (prati, parchi, spazi pubblici, ecc.) tetti aree soggette a traffico aree industriali e commerciali RECUPERO DIFFERENZIATO PER ACQUE PROVENIENTI DAi DIVERSi TIPI DI AREE ACQUE GRIGIE... acque di scarico escluse quelle da w.c. (doccia, bagno, lavamani, lavabiancheria, cucina) 75% delle acque convogliate allo scarico ACQUE NERE... acque di scarico anche da w.c. 3

4 INDOOR FLUSSAGGIO DEI W.C. FORME DI RIUSO POSSIBILI PULIZIA SUPERFICI E PAVIMENTI PRE-LAVAGGIO IN LAVATRICE??? OUTDOOR IRRIGAZIONE DI PRATI, PARCHI, CAMPI SPORTIVI, CIMITERI, GIARDINI DOMESTICI LAVAGGIO DI AUTOVEICOLI ALIMENTAZIONE CALDAIE USO ANTINCENDIO CONFEZIONAMENTO CALCESTRUZZI ALTRI USI INDUSTRIALI 4

5 RIUSO DI ACQUE DI PIOGGIA INTERVENTI: - Raccolta - Stoccaggio - Trattamento - Distribuzione INQUINANTI Atmosferici: Particolati Colloidi Microrganismi Organici Metalli pesanti Idrocarburi RISPARMIO DI ACQUA POTABILE: 30 40% 5

6 Possibili schemi di intervento localizzato Intercettazione totale acque nere (allo scarico) al riuso Afflusso meteorico Deflusso dai tetti Tratt. meccanico Deflusso superficiale VANTAGGI: Maggiore efficienza di recupero (anche per gli eventi meteorici di minore intensità) Richiede minori volumi di immagazzinamento Vasca riuso Trattamento chimico-fisico Sfioro troppo pieno Portata di tempo secco Collettore fognatura SVANTAGGI: Maggiore complessità degli interventi di trattamento 6

7 Possibili schemi di intervento localizzato Separazione delle prime acque di pioggia acque nere (allo scarico) al riuso Deflusso dai tetti Tratt. chimico-fisico Afflusso meteorico tratt. meccanico Vasca prime piogge Vasca riuso Portata di tempo secco Sfioro troppo pieno Deflusso superficiale Collettore fognatura VANTAGGI: Minore necessità di trattamento SVANTAGGI: Necessità di volumi aggiuntivi per la separazione delle prime piogge Non è possibile recuperare volumi idrici dagli eventi meteorici più piccoli 7

8 Possibili schemi di intervento localizzato Alimentazione attraverso scaricatore di piena acque nere (allo scarico) al riuso Afflusso meteorico Deflusso dai tetti Tratt. meccanico VANTAGGI: Ridotti volumi di invaso Minori necessità di trattamento Scaricatore di piena Vasca riuso Sfioro troppo pieno Deflusso superficiale SVANTAGGI: Ridotta efficienza di recupero dei volumi meteorici Tratt. chimico.-fisico Portata di tempo secco Collettore fognatura 8

9 TRATTAMENTI PER IL RECUPERO DI ACQUE DI PIOGGIA PRE-STOCCAGGIO, in fase di raccolta: 9

10 TRATTAMENTI PER IL RECUPERO DI ACQUE DI PIOGGIA PRE-STOCCAGGIO, in fase di raccolta: acqua piovana grezza acqua piovana grezza allo stoccaggio allo scarico 10

11 TRATTAMENTI PER IL RECUPERO DI ACQUE DI PIOGGIA PRE-STOCCAGGIO, in fase di raccolta: 11

12 TRATTAMENTI PER IL RECUPERO DI ACQUE DI PIOGGIA PRE-STOCCAGGIO, in fase di raccolta: acqua piovana grezza allo stoccaggio SEPARATORE CENTRIFUGO Continuous Deflection Separator CDS 12

13 TRATTAMENTI PER IL RECUPERO DI ACQUE DI PIOGGIA PRE-STOCCAGGIO, in fase di raccolta: allo stoccaggio acqua piovana grezza SEPARATORE/DECANTATORE + FILTRO strato filtrante poroso 13

14 POST-STOCCAGGIO: STOCCAGGIO: Rimozione di: SOLIDI SOSPESI TRATTAMENTI PER IL RECUPERO DI ACQUE DI PIOGGIA Filtrazione filtri a sabbia (lenti) filtri a carbone attivo filtri a cartuccia su membrana Elettrocoagulazione + Filtrazione SOSTANZA ORGANICA Biofiltrazione MICRORGANISMI Trattamenti di disinfezione Chimici Fisici con cloro con ozono u.v. membrane 14

15 POST-STOCCAGGIO: STOCCAGGIO: TRATTAMENTI PER IL RECUPERO DI ACQUE DI PIOGGIA Filtrazione su cartucce + disinfezione a raggi u.v. 15

16 BERLINO: Berlino-Lankwitz RECUPERO DI ACQUE DI PIOGGIA Tetti: 63% AREA URBANA m 2 Cortili e marciapiedi: 25% Superficie soggetta a traffico: 12% Tetti Marciapiedi Strade Separatore First Flush Alla rete di drenaggio acque bianche Qualità Utenti serviti: effluente: BOD 80 appartamenti < 5 mg/l + 6 negozi COD < 20 mg/l in E. totale coli < limite 200 persone di rilevabilità Sedimentazione Irrigazione Trattamento biologico Flussaggio w.c. Biofiltro U.V. Serbatoio 190 m 3 Disinfezione Serbatoio 6 m 3 Sollevamento 16

17 RECUPERO E RISUO DI ACQUE DI PIOGGIA Tempo di recupero dei costi d investimento d Il sistema comunque diventa conveniente quando il consumo per appartamento supera i 10 m 3 /mese I tempi di recupero economico sono compresi tra 10 e 14 anni Costi di esercizio fino a 0,75 /m 3 17

18 RECUPERO DI ACQUE GRIGIE CARATTERISTICHE: - contenuto organico simile alle acque nere ma basse concentrazioni i di solidi = elevata concentrazione di inquinanti disciolti - bassa biodegradabilità delle sostanze organiche - carenza di nutrienti TRATTAMENTI BIOLOGICI POCO ADATTI 18

19 RECUPERO DI ACQUE GRIGIE TRATTAMENTI: FISICI E FISICO-CHIMICI CHIMICI Filtrazione convenzionale Filtrazione su membrana (limitazione x fouling) (*) con aggiunta di nutrienti BIOLOGICI (*) DISINFEZIONE Biofiltrazione Sistemi MBR Sistemi SBR Trattamenti Fitodepurazione RBC Chimici Fisici con cloro con ozono u.v. membrane 19

20 RECUPERO DI ACQUE GRIGIE RISPARMIO DI ACQUA POTABILE: 25 30% 20

21 RECUPERO E RIUSO DI ACQUE GRIGIE COSTI D INVESTIMENTO (Vita utile = anni) Costo Specifico [US$/appartamento] persone x piano Trattamento biologico con biofiltri o RBC Importi volte più grandi prevedendo un trattamento biologico tipo MBR Numero di appartamenti 21

22 RECUPERO E RIUSO DI ACQUE GRIGIE COSTI D ESERCIZIO 3 44 persone x piano Trattamento biologico con biofiltri o RBC Costo Specifico annuo [US$/appartamento] Numero di appartamenti 22

23 RECUPERO E RIUSO DI ACQUE GRIGIE Tempi di recupero dell investimento Tempo di recupero dell investimento funzione del costo dell acqua potabile distribuita Tempo di recupero [anni] RBC Numero di appartamenti 23

24 Efficienza degli interventi localizzati di riuso delle acque meteoriche Efficienza nel riuso delle acque meteoriche η riuso V = V recuperato richiesto V recuperato = volume di pioggia riutilizzato V richiesto = volume richiesto per gli usi compatibili con il riuso Efficienza nella riduzione dei deflussi meteorici in fognatura η scarico V = 1 V fognatura pioggia V fognatura = volume di pioggia scaricato in fognatura V pioggia = volume totale dei deflussi meteorici 24

25 Parametri che influenzano l efficienza degli interventi di riuso delle acque meteoriche Popolazione servita P [ab] Richiesta pro-capite di acque compatibili col riuso d [l/ab] Area impermeabile utile per la raccolta delle acque meteoriche A [ha imp ] Volume della vasca di accumulo delle acque di pioggia V [m 3 ] Eventuale volume delle acque di prima pioggia avviato direttamente in fognatura W 0 [m 3 ] Fattori climatici (piovosità, tempo medio di interevento) η η riuso scarico d P V W0 = f,, A A A d P V W0 = g,, A A A Abachi per il dimensionamento semplificato dei volumi necessari al riuso delle acque meteoriche per fissata efficienza di riuso e di scarico 25

26 Densità abitativa p Dipartimento di Ingegneria Caratteristiche della domanda idrica residenziale e potenzialità per il riuso Domanda specifica D = d p Alta densità ab/ha 3-18 m 3 /(ha g) 9-24 m 3 /(ha g) m 3 /(ha g) Media densità ab/ha 2-9 m 3 /(ha g) 6-12 m 3 /(ha g) 8-18 m 3 /(ha g) Bassa densità ab/ha 1-6 m 3 /(ha g) 3-8 m 3 /(ha g) 4-12 m 3 /(ha g) l/(ab*g) Scarico WC l/(ab*g) WC+usi esterni l/(ab*g) WC+usi esterni+ pre-lavaggio Domanda di acqua da riuso d 26

27 Schematizzazione del modello di calcolo V pioggia Afflusso meteorico se V se V pioggia pioggia V recuperato < V * V pioggia V * V * V * se Vpioggia < V * 0 se Vpioggia V * V pioggia V * acque nere (allo scarico) al riuso Deflusso dai tetti tratt. meccanico Vasca prime piogge Vasca riuso Sfioro troppo pieno se Vr < V se Vr V Deflusso superficiale richiesto richiesto Vr V richiesto V r se Vr < Vr,max 0 se Vr Vr,max Vr Vr,max V fognatura Tratt. chimico-fisico Portata di tempo secco Collettore fognatura I primi volumi di deflusso meteorico sono intercettati dalla prima vasca e avviati alla fognatura Se la vasca per il riuso è piena, i volumi in eccesso vengono sfiorati in fognatura Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 27

28 Dati pluviometrici utilizzati nello studio I dati di pioggia sono stati raccolti presso il bacino sperimentale di Parco d Orld Orlèans - Palermo S = 12.8 ha. 68% Aimp Idr. Serie continua di pioggia Pluv

29 Dati pluviometrici utilizzati nello studio Rainfall depth [mm] N Events (Vrain>2mm) Average ADWP [days] Average rainfall intensity [mm/h] Maximum 5min rainfall intensity [mm/h] Maximum 10min rainfall intensity [mm/h] Maximum 15min rainfall intensity [mm/h]

30 Dati pluviometrici utilizzati nello studio Rainfall depth [mm] N Events (Vrain>2mm) Average ADWP [days] Average rainfall intensity [mm/h] Maximum 5min rainfall intensity [mm/h] Maximum 10min rainfall intensity [mm/h] Maximum 15min rainfall intensity [mm/h]

31 Analisi dei risultati Efficienza di riuso media nel decennio analizzato D= 4 m 3 /ha imp D= 12 m 3 /ha imp Domanda specifica D = d p η riuso V = V recuperato richiesto 31

32 Analisi dei risultati Efficienza di riuso media nel decennio analizzato Separazione delle prime acque di pioggia D= 4 m 3 /ha imp D= 12 m 3 /ha imp Domanda specifica D = d p η riuso V = V recuperato richiesto Interventi localizzati di riuso delle acque meteoriche in ambiente urbano 32

33 Analisi dei risultati Riduzione dei deflussi scaricati in fognatura in tempo di pioggia Separazione delle prime acque di pioggia D= 4 m 3 /ha imp D= 12 m 3 /ha imp η scarico Domanda specifica D = d p V = 1 V fognatura pioggia Interventi localizzati di riuso delle acque meteoriche in ambiente urbano 33

34 Analisi dei risultati Variabilità dell efficienza nel riuso delle acque meteoriche in funzione della variabilità pluviometrica Domanda specifica D = d p Interventi localizzati di riuso delle acque meteoriche in ambiente urbano 34

35 Analisi dei risultati Effetto della separazione delle prime acque di pioggia 35

36 Conclusioni Gli interventi localizzati di riuso delle acque meteoriche e grigie sono di notevole interesse perché meno complessi e più economici degli interventi centralizzati (non necessitano della costruzione di reti di distribuzione specifiche). I volumi specifici richiesti per il riuso delle acque meteoriche sono elevati (in relazione alla domanda pro-capite di acque da riuso ed alla densità abitativa) ma, a scala locale, sono paragonabili ai volumi di accumulo già adottati dalla popolazione per contrastare i fenomeni di scarsità idrica Gli interventi localizzati sono scarsamente applicabili in aree ad alta densità (superiori a ab/ha) perché richiedono elevati volumi di accumulo e portano a modeste riduzioni della domanda idrica potabile. Negli insediamenti a bassa densità (< 300 ab/ha) con presenza di giardini domestici, interventi di modesta entità (~100 l/ab) consentirebbero la riduzione del 20-25% della domanda idrica potabile Interventi localizzati di riuso delle acque meteoriche in ambiente urbano 36

37 Idraulica ed Università di Palermo Sistemi localizzati di riuso delle acque meteoriche in ambiente urbano G. Freni,, G. Mannina, M. Torregrossa, G. Viviani