Tecniche di fitodepurazione e possibili applicazioni nella rete di bonifica

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1 Tecniche di fitodepurazione e possibili applicazioni nella rete di bonifica Bologna, 18 novembre 2016 Seminario tecnico «Metodi di progettazione ecologici e idraulici» Floriana Romagnolli Consulente ambientale studio VIS 1

2 Contenuti Un po di storia Applicazioni Tipologie impiantistiche Ruolo delle piante Linee progettuali Esempi 2

3 ZONE UMIDE 3 Alta biodiversità = maggiore capacità di autodepurazione

4 Zone umide > fitodepurazione Già gli antichi romani utilizzavano l Agropontino per il trattamento dei reflui e piante come Taxodium disticum per il fitorimedio. Gli ecosistemi acquatici hanno la naturale capacità di autodepurarsi. 4 Dall osservazione e studio dei fenomeni che regolano i processi di autodepurazione delle zone umide nasce l idea di creare sistemi ingegnerizzati allo scopo di depurare le acque reflue.

5 FITODEPURAZIONE 5 Diverse tipologie impiantistiche

6 FITODEPURAZIONE Biologia Ecologia Geologia Ingegneria idraulica - ambientale Architettettura del paesaggio 6 MULTIDISCIPLINARE

7 Dove nasce? Si devono attendere gli anni 50 per avere i primi studi in Germania di Kathe Siedel al Max Planck Institute di Plon (Siedel, 1955) e gli anni 70 per il primo impianto a scala reale a flusso sommerso orizzontale per il trattamento di reflui urbani a Othfresen (Kickut, 77). 7

8 Dalla Germania all Europa La Germania è il paese in cui sono presenti il maggior numero di impianti a flusso sommerso (soprattutto verticale) poiché da anni hanno scelto di utilizzare queste tecniche per il trattamento delle piccole e medie utenze. I sistemi a flusso sommerso sono i più appropriati per il contesto europeo per il miglior rapporto tra superficie ed efficacia di trattamento e la possibilità d inserimento anche in aree urbane e periurbane. 8

9 Dall Europa al mondo A metà degli anni 80 le tecnologie di depurazione naturali si affermano in Europa (Germania, Inghilterra, Austria, Danimarca) negli Stati Uniti e Australia e si cominciano a pubblicare le prime linee guida di progettazione. 9

10 E in Italia? Nel nostro secolo la diffusione è capillare e anche l Italia, con il D.lg 152/99 e D.lg. 152/06, riconosce ufficialmente la fitodepurazione come tecnologia appropriata «cui è auspicabile la diffusione in tutto il territorio come trattamento appropriato». Il ritardo di 20 anni c è stato nonostante le condizioni meteoclimatiche fossero più favorevoli rispetto ad esempio ai paesi nordeuropei. 10

11 PUBBLICAZIONI ISPRA (2012) - Guida tecnica per la progettazione e gestione dei sistemi di fitodepurazione per il trattamento delle acque reflue urbane APAT (2005) - Linee guida per la progettazione e gestione di zone umide artificiali per la depurazione dei reflui civili Romagnolli F. (2013) - Fitodepurazione. Gestione sostenibile delle acque. Dario Flaccovio editore Bresciani R., Masi F., (2013) - Manuale pratico di fitodepurazione. Terra Nuova Edizioni 11

12 Utilizzo 12 Reflui domestici e assimilati Reflui urbani Reflui industriali Agrozootecnici (caseifici, cantine, sala di mungitura,..) Acquacoltura Cartiere, industrie tessili e alimentari Percolato di discarica Fanghi di depurazione Acque meteoriche di dilavamento superficiale Riqualificazione fluviale Biopiscine

13 13 REFLUI DOMESTICI

14 REFLUI ASSIMILATI DOMESTICI SALA DI MUNGITURA CANILI 14

15 REFLUI URBANI AGGLOMERATI URBANI 15

16 REFLUI AGRO - INDUSTRIALI CANTINE VITIVINICOLE CASEIFICI 16

17 17 DISIDRATAZIONE FANGHI

18 18 RIQUALIFICAZIONE FLUVIALE

19 19 BIOPISCINE

20 TIPOLOGIE IMPIANTISTICHE - 1 fitodepurazione Flusso sommerso Flusso superficiale (FWS) Orizzontale (HF) Verticale (VF) 20

21 21 TIPOLOGIE IMPIANTISTICHE - 2

22 TIPOLOGIE IMPIANTISTICHE - 3

23 23 FLUSSO SOMMERSO ORIZZONTALE

24 24 FLUSSO SOMMERSO ORIZZONTALE

25 25 FLUSSO SOMMERSO VERTICALE

28 VERTICALE ALLA FRANCESE Trattamento primario reflui industriali e urbani Disidratazione fanghi di supero depurazione fanghi attivi (Fonte: Bresciani, 2013) 28

29 SISTEMI VERTICALI AERATI USA Treatment wetlands and patented Forced-bed Aeration TM technology. Heathrow Airport (London) Runoff treatment glycol- and acetate-based chemicals

30 30 FLUSSO SUPERFICIALE

31 31 FLUSSO SUPERFICIALE

32 SUDs- drenaggio urbano sostenibile Giardini della pioggia Tetti e pareti verdi Canalette inerbite 32

33 33 DRENAGGIO URBANO SOSTENIBILE

34 SISTEMI IBRIDI Fonte: 34

35 Sistemi a biomassa sospesa Flusso superficiale (FWS) Fanghi attivi 35

36 Sistemi a biomassa adesa Flusso sommerso (HF e VF) Biodischi 36

37 CONFRONTO 37 Sistemi naturali Estensivi Bassa tecnologia Bassi costi di gestione legati alla vegetazione e ispezione dei sistemi di ingresso e uscita reflui Assenza di fanghi da smaltire in discarica Impatto ambientale nullo (al contrario aumento della naturalità e del valore paesaggistico dell area) Tecniche impiantistiche Intensivi Media/alta tecnologia Costi di gestione annuale legati all uso costante di energia elettrica e allo spurgo dei fanghi prodotti dal processo e utilizzo di reagenti chimici Presenza di fanghi da smaltire in discarica Impatto ambientale a volte considerevole dato dall odore sgradevole e dai manufatti di calcestruzzo che possono essere anche fuori terra

38 VANTAGGI FITODEPURAZIONE Assenza di manutenzione e gestione specializzata Adattamento a scarichi discontinui/stagionali Riduzione dei consumi di energia elettrica Ottimi rendimenti di depurazione Possibilità di riutilizzo dell acqua depurata 38

39 39 RIUSO REFLUI DEPURATI

40 ALTRI SISTEMI NATURALI Evapotraspirazione con salici Vassoi assorbenti Sistemi filtro forestali SUD s Drenaggio Urbano Sostenibile Fitorimedio 40

41 EVAPOTRASPIRAZIONE 1 salice 22 l/day (Nyer et al., 1996) 1 pioppo l/day (Hinckley et al., 1993) 41

42 42 VASSOIO ASSORBENTE

43 VASSOIO ASSORBENTE Sono sistemi costituiti da bacini impermeabili riempiti di ghiaia, terra e torba e piantumati con piante ornamentali Sono sistemi ad evapotraspirazione totale che necessitano di ampie superfici e climi aridi per poter funzionare. (Vismara, 2001) L esperienza ha dimostrato che dopo poco tempo il sistema si intasa con conseguente creazione di fenomeni di ristagno dei reflui sulla superficie e insorgenza di cattivi odori 43

44 44 FASCE FILTRO FORESTALI

45 FITORIMEDIO Short Rotation cappice 45 Mesocosmi

46 FUNZIONAMENTO Un impianto di fitodepurazione è un ecosistema aperto costituito da elementi biotici e abiotici in stretta relazione fra loro. Esso risente dell influenza esterna della radiazione solare: bilancio idrico, cinetiche chimiche di reazione, ecc.) 46

47 47 BILANCIO IDRICO

48 RIMOZIONE INQUINANTI INQUINANTI Solidi sospesi BOD5 COD Azoto Fosforo Microrganismi patogeni Metalli Idrocarburi Idrocarburi di sintesi (pesticidi, composti clorurati, solventi, ecc.) 48

49 MECCANISMI DI RIMOZIONE FISICI CHIMICI BIOLOGICI Sedimentazione Radiazione UV Degradazione batterica Filtrazione Precipitazione Ossido-riduzione batterica Adsorbimento Scambio ionico complessazione Volatilizzazione Evaporazione Assorbimento radicale Fotosintesi Predazione Morte naturale Azione antibiotica essudati radicali 49

50 FUNZIONE PIANTE - 1 Parte pianta Funzione Attenua radiazione luminosa = - alghe (FWS) Isolamento nella stagione invernale (SSF) Parte aerea Riduzione velocità vento = + sedimentazione (FWS) Estetica Stoccaggio nutrienti Filtrazione materiali grossolani in sospensione Riduzione velocità acqua=+ sedimentazione Parte immersa in acqua Superficie di crescita per biofilm batterico Assorbimento nutrienti Riducono erosione superficiale del medium di reimpimento Riducono il «clogging» nei VF Radici e rizomi Rilasciano ossigeno Rilasciano sostanze antibiotiche 50

51 51 TRASPORTO OSSIGENO

52 FUNZIONE PIANTE - 2 Funzione FWS HF VF Riduzione della velocità delle corrente Attenuazione della luce Isolamento termico Stabilizzazione della superficie del medium Prevenzione dell intasamento del medium Substrato per biofilm Assorbimento nutrienti Trasferimento di ossigeno Ricreazione di habitat per fauna Aspetto estetico

53 53 QUALI PIANTE? AQUATICHE

54 QUALI SPECIE? 54 autoctone erbacee perenni «rustiche», competitive adatte a terreno saturo d acqua, buona resistenza resistenti alle malattie e a condizioni avverse al loro normale sviluppo in natura con buona resistenza a carichi organici anche elevati e ad eventuali sostanze tossiche presenti nei reflui.

55 55 QUALI SPECIE?

56 56 QUALI SPECIE?

57 57 QUALI SPECIE?

58 Phragmites autralis Elofite --- Phragmites australis 58

59 59 Phragmites australis L. (cannuccia di palude)

60 APPARATO RADICALE Typha angustifolia Schoenoplectus lacustris 60

61 61 ALLOCTONE: NO GRAZIE!

62 62 ALLOCTONE: NO GRAZIE!

63 PROGETTAZIONE - 1 Indagini preliminari Caratteristiche dello scarico e degli inquinanti presenti Normativa, vincoli, autorizzazioni Pre-trattamenti Configurazione idraulica Impermeabilizzazione Inserimento paesaggistico Lay-out impianto 63

64 Albero decisionale PROGETTAZIONE - 1 (Fonte: APAT,2005) 64

65 DIMENSIONAMENTO HF Il modello di funzionamento di un sistema a flusso sommerso approssima un reattore di tipo plug-flow a biomassa adesa in cui le sostanze sono degradate secondo cintiche del primo ordine (ISPRA, 2012). Questo tipo di dimensionamento è stato adottato anche in Italia. 65

66 DIMENSIONAMENTO HF Area superficiale Area trasversale 66

67 67 DIMENSIONAMENTO HF

68 DIMENSIONAMENTO FWS Il dimensionamento dei bacini prevede l utilizzo di equazioni cinetiche che si basano sulla rimozione dei principali parametri di inquinamento: BOD5, ammoniaca e nitrati. 68

69 DIMENSIONAMENTO FWS I lay-out possibili sono innumerevoli e dipendono dalla morfologia dell area di intervento. Sono da evitare cortocircuiti idraulici, perdite di carico, erosione. Sono caratterizzati da una forte naturalità poiché devono ricreare le caratteristiche idrauliche, biologiche e ambientali di una zona umida. 69

70 70 DIMENSIONAMENTO FWS

71 71 Rendimenti di depurazione

72 SCHEMI DI IMPIANTO - esempio SFS-v IN Pre-tratt Sedimentazione SFS-h SFS-v SFS-v SFS-v SFS-h FWS OUT SFS-v SFS-h SFS-v SFS-h SFS-v SFS-v Figura 12 Schema impianto di fitodepurazione misti:vf-hf 72