Uso sostenibile delle acque e sviluppo di tecnologie pulite per il risparmio idrico

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1 Uso sostenibile delle acque e sviluppo di tecnologie pulite per il risparmio idrico Pubblicazione ottobre 2004 Tesi di Laurea Redattore: Lorenzo GALLETTI Relatore: Prof.ssa Alessandra BONOLI FACOLTÀ DI INGEGNERIA Università degli studi di Bologna Corso di laurea in Ingegneria per l Ambiente e il Territorio A. A. 2002/2003 Labelab srl Via Mirasole 2/ Bologna (BO) C.F./P.Iva:

2 PAROLE CHIAVE: ACQUA, USO SOSTENIBILE, RISPARMIO IDRICO, RICICLO IDRICO, RIUTILIZZO IDRICO INDICE 1. PREMESSA Progetto di studio AMBITO CIVILE 2.1 Uso sostenibile dell acqua in ambito domestico Tecnologie Pratiche comportamentali. 2.2 Tecniche per la gestione dell acqua piovana Sistemi non convenzionali di depurazione: metodologie naturali Tecniche basate sulle capacità depurative delle piante Fitodepurazione Living Machine Tecniche basate sulle capacità depurative del terreno Impianti tecnologici Esempi di applicazione di principi e tecnologie per il risparmio idrico in ambito europeo Saragozza (Spagna) Francoforte (Germania) Francia Riciclaggio di acque fognarie depurate Gran Bretagna Trattamento di acque di scarico tramite sistema fognario centralizzato (Living Machine) Applicazioni in Italia AMBITO INDUSTRIALE Linee guida per la gestione delle risorse idriche nelle nuove aree industriali Approvvigionamento idrico Trattamento degli effluenti

3 3.2 Linee guida per la gestione delle risorse idriche nelle aree industriali esistenti Valutazione dello stato ambientale dell area Definizione degli obiettivi di gestione ambientale Attuazione dei sistemi e dei progetti di gestione sostenibile delle risorse idriche Riciclo delle acque di scarico Impianti a ciclo chiuso Impianto ad osmosi inversa Metodi non convenzionali di depurazione applicati al settore industriale Sistemi basati sulle capacità depurative delle piante Marcita Fitodepurazione Applicazione della fitodepurazione al trattamento di reflui agroalimentari Applicazione della fitodepurazione per il riciclo delle acque reflue nell industria tessile Ecosistemi industriali: il modello di simbiosi tra industrie di diversi settori Danimarca Applicazione di un modello di simbiosi industriale Paesi Bassi Riciclaggio delle acque dei processi di produzione 3.6 Esempi di applicazione di principi e tecnologie per il risparmio idrico nel settore industriale Paesi Bassi Tecnologia a circuito chiuso in un mobilificio Austria Tecnologia a circuito chiuso e risparmio sulle materie prime nell industria della cellulosa Italia Risparmio idrico nell industria tessile Germania Acquafarming

4 3.6.5 Gran Bretagna Terreno irriguo per il trattamento di reflui minerari Svezia Impianto di lavaggio con ricircolo d acqua Portogallo Sistema integrato di gestione ambientale per un industria chimica Italia Industria cartaria: esempio di chiusura del ciclo idrico alla cartiera Modesto Cardella AMBITO AGRICOLO 4.1 Linee guida Metodologie e tecniche per il risparmio e la razionalizzazione dell impiego delle risorse idriche in agricoltura Aridocoltura Sistemi irrigui La fertirrigazione La microirrigazione o irrigazione a goccia Il sistema per aspersione o a pioggia La subirrigazione Italia Applicazione di un impianto di irrigazione a goccia alimentato con energia fotovoltaica in Emilia- Romagna Tecniche naturali per la gestione delle risorse idriche Fitodepurazione applicata al settore agricolo Applicazione della fitodepurazione al trattamento di reflui di origine zootecnica 4.4 Esempi di applicazione di principi e tecnologie per il risparmio idrico nel settore agricolo in Italia Il progetto Licata contro la desertificazione in Sicilia Impianto di fitodepurazione in un azienda agraria in Toscana CONCLUSIONI BIBLIOGRAFIA

5 1. PREMESSA L acqua è una risorsa di importanza universale: essa è all origine della vita, è fondamentale in tutti i processi biologici, è indispensabile alla sopravvivenza dell uomo e costituisce il materiale fondamentale per tutte le attività civili, agricole ed industriali. L acqua dall atmosfera giunge a terra sottoforma di precipitazioni. Nel suo percorso si arricchisce dei gas e delle sostanze che incontra, penetrando nel terreno o scorrendo su di esso, raggiungendo rispettivamente le falde sotterranee ed i corpi idrici superficiali; questi a loro volta si riversano negli oceani. Dagli oceani, dai corpi idrici superficiali e dal terreno l acqua, per effetto dell irraggiamento solare, evapora in atmosfera per formare i corpi nuvolosi e riprendere il ciclo. Occorre quindi rilevare che l acqua non è una sostanza pura ma, a temperatura ambiente, è un liquido che ha in soluzione e sospensione percentuali più o meno elevate di gas e solidi, che non sempre vengono tollerati negli impieghi agricoli, civili ed industriali. Per questi scopi non è quindi possibile usare qualsiasi tipo di acqua, ma è necessario che essa non contenga sostanze dannose all attività per la quale è impiegata. In particolare ciò si verifica nell industria, dove spesso l acqua è sottoposta a trattamenti di depurazione prima dell impiego. Naturalmente dopo l impiego l acqua deve essere restituita in condizioni tali da non danneggiare l ambiente, ossia l insieme dei fattori che influenzano il benessere biologico e psichico dell uomo. Pertanto se un acqua, nel suo impiego è stata inquinata, è necessario sottoporla a tutti quei processi che sono necessari ad eliminare o quanto meno trasformare gli inquinanti presenti. Sino a qualche anno fa si riteneva che l acqua idonea agli usi civili, agricoli e industriali fosse un bene disponibile senza riserve. Oggi questo concetto è superato: l aumento della popolazione e lo sviluppo socio-tecnologico, hanno reso l acqua un bene prezioso, tra l altro distribuito sulla superficie terrestre in maniera disomogenea. 5

6 In effetti l acqua dolce rappresenta solo il 2,5% del volume totale di acqua presente sulla Terra (il restante 97,5% è salata), di questo volume il 68,7% è immagazzinato sotto forma di ghiaccio e nevi perenni, il 29,9% costituisce le riserve idriche sotterranee, mentre quello immediatamente disponibile (laghi e corpi idrici superficiali) rappresenta solo lo 0,26% e ciò spiega la necessità di un impiego oculato di questa risorsa. La gestione delle risorse idriche viene spesso effettuata senza una programmazione mirata alla razionalizzazione del loro utilizzo ed alla minimizzazione dell impatto che le attività umane, sempre più idroesigenti, hanno sull ambiente. L acqua oggi è vista e trattata nella sua duplice veste: componente ambientale e materia prima. Come componente ambientale essa spesso non è più gratuitamente né naturalmente rinnovabile, in quanto i tempi necessari al ripristino qualiquantitativo dei corpi idrici superficiali e sotterranei compromessi sono spesso molto lunghi. Anche quando vengono messi in atto complessi e costosi interventi di bonifica, questi di rado riportano i corpi idrici alle condizioni naturali, lasciando un degrado residuo che andrà a ripercuotersi sulla possibilità delle future generazioni di avere acqua sufficiente, non inquinata e quindi disponibile. Come materia prima, anche in realtà territoriali che storicamente non avevano mai avuto questo problema di approvvigionamento, è diventata indispensabile per poter sostenere il modello di vita e di sviluppo su cui ci si è attestati; ad essa va quindi attribuito un valore economico e va gestita secondo le regole dell economia, mai però dimenticando che essa costituisce un bene indispensabile alla sopravvivenza. E necessario non sottovalutare il ruolo fondamentale rivestito dall acqua nella conservazione degli equilibri ecologici e territoriali, nella qualità del paesaggio, nella tutela della qualità della vita e della salute. A livello europeo occorre sottolineare che la desertificazione ed il degrado delle terre interessa, con intensità ed estensione diverse, i paesi europei che si affacciano sul bacino del Mediterraneo, compresa una considerevole porzione dell Italia meridionale ed insulare, esposte a stress di natura climatica ed alla pressione delle attività umane sull ambiente. 6

7 Da questo punto di vista l acqua ed il suolo devono essere considerati come risorse strategiche e vulnerabili da utilizzare con estrema attenzione, poiché la loro inadeguata gestione è la principale causa delle desertificazione. In queste aree sono pertanto di grande attualità le questioni legate allo sviluppo sostenibile, inteso come benessere della società attuale e delle generazioni future, ovvero un modello di sviluppo che sia basato sulla gestione sostenibile delle risorse naturali. Quando si parla di disponibilità della risorsa idrica sorgono due tipi di problemi: quantitativo e qualitativo. Essi si manifestano sotto le forme della scarsità e dell inquinamento tra loro strettamente connesse, nel senso che l esistenza dell una induce la presenza dell altra o ne aggrava gli effetti. Il ciclo di utilizzazione dell acqua richiede una gestione integrata ed attenta riguardo ai suoi due aspetti: naturale ed utilizzativo. Occorre pertanto confrontarsi con il suo uso sostenibile: la disponibilità della risorsa, in termini di adeguatezza qualitativa e quantitativa, per i fabbisogni presenti e futuri, è strettamente connessa alla razionalizzazione del sistema complessivo dei prelievi, delle modalità di utilizzo e di restituzione all ambiente nell ambito di una gestione integrata del territorio. Le linee guida cui attenersi per la gestione sostenibile delle risorse idriche sono: Riduzione dei flussi: il prelievo di risorsa deve essere ridotto in termini sia assoluti che specifici (per unità di prodotto). Chiusura dei cicli: razionalizzazione tecnologica e organizzativa della produzione e del consumo. Riduzione degli sprechi. Ridefinizione del benessere: promozione di un cambiamento degli stili di vita. Riforme fiscali e tariffarie e sistema di incentivi e disincentivi che favoriscano l orientamento del mercato verso la sostenibilità. Semplificazione amministrativa: miglioramento delle capacità operative degli enti locali. Messa a punto di un sistema efficiente di monitoraggio e controllo, orientato alla prevenzione del danno ambientale e non solo all individuazione e alla repressione delle violazioni delle norme in vigore. 7

8 Incentivazione delle opportunità di occupazione e di nuova imprenditorialità offerte dai nuovi campi di intervento aperti dalle norme e dalle politiche improntate alla sostenibilità. In Italia, fino all emanazione del recentissimo decreto legislativo 11/05/1999 n 152, il governo del ciclo di utilizzazione delle risorse idriche è stato spesso attuato in maniera frammentaria e settoriale: basti pensare che in materia sono stati emanati più di 130 atti normativi solamente a livello nazionale a cui occorre aggiungere la normativa UE (Unione Europea) e quella regionale. Ciò ha favorito una situazione generalizzata di incertezza nelle norme da seguire, un aumento di operatori, pubblici ma anche privati, spesso in concorrenza se non in competizione tra loro con la conseguente deregolamentazione del settore. Tale scenario non poteva che determinare un generale degrado dei corpi idrici superficiali e sotterranei, una carenza realizzativa e funzionale del sistema depurativo, derivante quest ultima da insufficienze tecnico-gestionali degli enti gestori. Una strategia di riferimento può essere quella di affiancare agli interventi per l adeguamento della disponibilità, una ottimizzazione degli impieghi dell acqua, da pianificare in funzione delle richieste territoriali. In questo senso si dovrà ricorrere a risparmio, riuso e riciclo nei processi industriali e nelle attività agricole e reimpostare il trattamento delle acque reflue come reintegro e restituzione all ambiente della risorsa. Alcuni dei campi in cui occorre intervenire con la massima priorità sono: riduzione dei flussi in entrata nei vari settori di utilizzo tramite la razionalizzazione degli usi, l ottimizzazione degli impianti e dei processi produttivi, la diffusione delle pratiche di risparmio, riciclo, riuso; soddisfacimento delle esigenze depurative del Paese attraverso la separazione delle reti fognarie ed il loro completamento insieme a quello del parco impianti; miglioramento e razionalizzazione delle reti di distribuzione (stato e gestione); stimolo alla ricerca e sperimentazione mirato allo sviluppo e diffusione di tecnologie innovative riferite all intero ciclo antropico delle acque. 8

9 Consumo idrico A livello mondiale, la coltivazione agricola assorbe il 70% delle acque deviate da fiumi e laghi o pompate da falde, il 20% viene utilizzato dall industria ed il 10% dalle abitazioni (Fig. 1). fig.1 Consumo idrico a livello mondiale civile 10% industria 20% agricoltura 70% In Europa la domanda d acqua è in aumento, con particolare riguardo all area meridionale, specialmente per gli usi agricoli sebbene l industria rimanga il maggior utilizzatore. Nel complesso delle acque prelevate il 56% è utilizzato dall industria (compresi gli usi per scopi energetici e gli usi non definiti), il 30% dall agricoltura e il 14% dagli usi domestici (fig.2), ma con grandi variazioni tra paesi diversi. In generale nei paesi del Nord prevalgono gli usi industriali, mentre al Sud gli usi agricoli con punte massime fino all 80%. fig.2 Consumo idrico in Europa agricoltura 30% civile 14% industria 56% 9

10 Per quanto concerne il consumo idrico in Italia, si hanno i seguenti dati: 12% per uso civile, 25% per uso industriale, 63% per uso agricolo (fig.3). fig.3 Consumo idrico in Italia civile 12% industriale 25% agricolo 63% 1.1 Progetto di studio Il progetto per un uso efficiente dell acqua può essere definito in due ambiti: Modalità di minor utilizzo d acqua all inizio del ciclo; Riciclo dell acqua in circuito chiuso o riuso dell acqua di scarico parzialmente trattata per altre applicazioni. Gli utilizzatori possono essere suddivisi in due grandi categorie, gli utilizzatori finali e gli operatori del sistema. Questi utilizzatori possono scegliere tra molte pratiche efficienti che si dividono in due categorie: 1. tecnologiche e operative (ingegneristiche): basate sulla modificazione degli impianti o alle procedure operative di fornitura; 2. comportamentali: basate sul cambiamento delle abitudini d uso. 10

11 Pratiche per usi civili Tecnologiche Impiantistiche: sciacquoni a basso flusso; dispositivi di minor consumo degli sciacquoni; docce a flusso ridotto ed acceleratori di flusso; aeratori; riduttori di pressione; utilizzo delle acque grigie (acque di scarico domestiche composte dalle acque di lavaggio della cucina e di lavanderia). Per usi all aperto: sistemi per irrigazione programmata ed apparecchiature più efficienti come i sistemi a goccia, fino ad arrivare alla Xeriscape landscaping, che è un approccio integrato ed innovativo che si basa sulla pianificazione, l analisi dei suoli, e la selezione delle piante da utilizzare (xerofite: a bassa richiesta d acqua). Comportamentali Cambiamento dei comportamenti senza modifiche degli impianti. Per gli usi residenziali possono essere applicate sia all interno che all esterno dell abitazione. Usi all aperto possono essere ridotti con pratiche d irrigazione nelle ore migliori e nei giorni più freschi o un minimo di accorgimenti nel lavaggio dell auto. Pratiche per usi industriali Tecnologiche Oltre alle misure tecnologiche di cui sopra, questi utenti possono mettere in atto accorgimenti come il Riuso e il Riciclo. Il riuso è l uso d acque di scarico, bonificate se necessario, per una applicazione diversa da quella per la quale sono state utilizzate inizialmente (come ad esempio le acque reflue municipali trattate per altre applicazioni come l irrigazione di aree verdi). L acqua per il riuso deve corrispondere a specifiche caratteristiche definite a livello normativo. Applicazioni potenziali includono altri usi industriali, irrigazione di aree verdi, irrigazione in agricoltura, usi antincendio ecc.. I fattori da considerare in un programma di riuso industriale dell acqua includono: 1. identificazione delle opportunità di riuso dell acqua; 2. determinazione dei livelli minimi di qualità per gli usi previsti; 11

12 3. identificazione delle fonti di acque reflue che potrebbero soddisfare i livelli di qualità determinati; 4. individuazione delle modalità di trasporto. Il riciclo è il riuso dell acqua per la stessa applicazione per la quale era stata originariamente utilizzata. I fattori da considerare sono: 1. identificazione delle opportunità di riuso dell acqua; 2. determinazione dei livelli minimi di qualità per gli usi previsti; 3. valutazione del peggioramento della qualità dell acqua dovuta all uso; 4. determinazione dei trattamenti eventuali che potrebbero essere necessari. Comportamentali Cambiamento dei comportamenti senza modifiche degli impianti, inoltre possono essere sostenute da modalità di pianificazione e monitoraggio per ottimizzare le scelte. Pratiche per usi agricoli Tecnologiche Per l irrigazione si distinguono tre categorie: pratiche al campo, strategie di gestione e modifiche di sistema. Le pratiche di campo sono tecniche che mantengono l acqua nel suolo, distribuiscono l acqua più efficientemente su tutto il terreno e incoraggiano la ritenzione dell umidità del suolo. Esempi di queste pratiche includono l incisione di suoli estremamente compatti, la lavorazione più approfondita degli stessi e la realizzazione di piccoli argini ai bordi per controllare lo scorrimento. Queste pratiche sono le più convenienti dal punto di vista economico. Le strategie gestionali comportano il monitoraggio delle condizioni dell acqua e del suolo e la raccolta d informazioni sull uso dell acqua e sull efficienza, che aiuta nel prendere decisioni sulla programmazione o sul miglioramento del sistema di irrigazione. I metodi includono la misurazione dell acqua di pioggia, la determinazione dell umidità del suolo, il controllo dell efficienza delle pompe e la programmazione dell irrigazione. 12

13 La modificazione dei sistemi di irrigazione significa il miglioramento dei sistemi esistenti o il loro cambiamento generale con nuovi sistemi. Generalmente un cambiamento totale ha costi più gravosi rispetto alle modalità precedenti. Comportamentali Una migliore programmazione dell irrigazione generalmente ha come effetto una riduzione dell ammontare complessivo della quantità d acqua che si richiede per irrigare una coltivazione efficacemente. Una adeguata scelta delle portate e dei tempi può aiutare gli agricoltori a mantenere la stessa quantità di raccolto con una minore quantità d acqua. Informazioni accurate sulla richiesta d acqua della particolare coltivazione richiedono informazioni altrettanto accurate sulle radiazioni solari e su altre variabili meteo. Esistono anche nuovi metodi che possono essere utilizzati per migliorare la programmazione dell irrigazione e possono comportare forti ritorni, come ad esempio l utilizzo di apparecchiature come i tensiometri per monitorare le condizioni di umidità del suolo e determinare in maniera più accurata i tempi e le quantità d acqua da distribuire. Pratiche per gli operatori Sostanzialmente consistono in: introduzione di contatori e subcontatori, individuazione e analisi delle perdite, riuso, Well Capping (chiusura dei pozzi artesiani abbandonati con rivestimento danneggiato, con perdite costanti nei sistemi di drenaggio), pratiche di Pianificazione, tariffazione, programmi di Retrofit (implica alcuni cambiamenti nell impianto gestiti dal fornitore che può fornirli al prezzo di costo ed occuparsi anche dell installazione), programmi d audit (verifica) per gli usi residenziali, infine piani di gestione della siccità. Lo studio quindi si articolerà secondo questo schema analizzando le diverse situazioni di risparmio idrico nei comparti civile, industriale ed agricolo. Inoltre si riporteranno alcune applicazioni e sperimentazioni, avvenute in ambito europeo ed italiano, esemplificative di principi e tecnologie volte al risparmio idrico. 13

14 2. AMBITO CIVILE Si propone come obiettivo quello di analizzare le problematiche riguardanti una corretta progettazione per ottimizzare il ciclo dell acqua a livello urbano, inteso sia come città che come singola abitazione, cercando di elaborare una serie di linee guida. Occorre apprfondire lo studio dell impermeabilizzazione dei suoli, della rete di adduzione idrica, fognaria e della circolazione delle acque superficiali in modo tale da poter ricostruire il reale funzionamento del ciclo dell acqua a livello urbano. L acqua piovana scarsamente inquinata, possibilmente in maniera decentrata, deve: venire infiltrata attraverso strati di terreno permeabile al fine di ricaricare la falda freatica evitandone l abbassamento del livello e migliorandone la qualità; consentire la riduzione della portata idraulica delle canalizzazioni; diminuire la diluizione delle acque di scarico separando le reti fognarie (reti duali). Occorre incentivare gli interventi di rinaturazione sui corsi d acqua e fossati in genere, in modo da ripristinare tutte le funzioni ecologiche e riportarli quindi ad uno stato vicino alle condizioni naturali. Le tecniche di intervento sono rivolte: alla stabilizzazione dei terreni mediante piantumazione; alla sistemazione idraulica per rafforzare le sponde; al fitoassorbimento dei nutrienti in eccesso presenti nelle acque da parte delle piante; all aumento della variabilità ambientale (la presenza sulle sponde di radici, rami e incavature, crea molti micro-habitat aumentando di conseguenza la biodiversità del corso d acqua); alla rinaturazione dell ambiente urbano (la condizione ottimale è rappresentata da essenze ripariali mature, affiancate da zone di più recente colonizzazione con alberi autoctoni ed infine ripe più a ridosso dell acqua formate solamente da erbe). La ritenzione dell acqua piovana, l infiltrazione, il suo riciclo e la fitodepurazione, sono elementi riproponibili anche a livello di singola abitazione, dove, sin dall inizio della progettazione, possono essere prese alcune misure che garantiscano un risparmio della risorsa stessa. Un ottimizzazione dell uso dell acqua comporta anche un risparmio energetico, sia nella preparazione, nell approvvigionamento e nel trasporto dell acqua potabile che nel 14

15 funzionamento degli impianti. Se non ci sarà un uso parsimonioso dell acqua il suo costo continuerà ad aumentare e ricadrà sul consumatore. Un progetto di abitazione rivolto ad un uso sostenibile dell acqua deve quindi prevedere determinate componenti impiantistiche: rubinetterie a getti regolati, con acceleratori di flusso o a fotocellula; sciacquoni a cacciata ridotta (3/6 litri); lavatrici con sistema jet-system; decalcificatori; scaldacqua solare. E auspicabile in ogni caso che ogni singolo utente si impegni con la dovuta partecipazione ad impedire qualsiasi azione nociva alle acque. 2.1 USO SOSTENIBILE DELL ACQUA IN AMBITO DOMESTICO L acqua non è una fonte inesauribile; la media italiana per il consumo di acqua potabile è di 200 litri al giorno per persona. Quest acqua, soprattutto nelle città, è potabile anche quando non sarebbe necessario come accade per lo sciacquone del water, per lavare la macchina od innaffiare il giardino. Al fine di comprendere meglio l importanza dell acqua nella vita di tutti i giorni si riportano di seguito alcuni esempi di consumi idrici civili: da un rubinetto aperto escono 12 litri di acqua al minuto; con un rubinetto che perde si possono sprecare dai 30 ai 100 litri di acqua al giorno; per una doccia di 5 minuti occorrono 50 litri; per un bagno 150 litri; per lavarsi i denti servono 30 litri di acqua ogni 5 minuti. 15

16 2.1.1 Tecnologie Esistono oggi delle tecnologie che permettono di ottenere un risparmio consistente nell uso dell acqua; esse sono utilizzate in apparecchiature molto semplici che dimezzano i consumi di acqua corrente e che quindi portano a risparmiare non solo acqua potabile ma anche il combustibile che serve per riscaldarla. Tali apparecchiature sono definite acceleratori di flusso e consentono di accelerare l acqua sfruttando il principio di Venturi. Queste sostituiscono gli erogatori delle docce ed i frangiflutti dei rubinetti, evitano i depositi di calcare, riducono i costi di manutenzione, migliorano la pressione degli impianti idrosanitari e non necessitano di interventi tecnici particolari per la loro installazione. Le tecnologie più usate sono: doccia a cornetta: l acqua viene accelerata attraverso un ugello, si ottiene un risparmio del 50%; regolatore del flusso di acqua: adattabile su docce a cornetta e rubinetti; frangigetto: è una retina che ha lo scopo di rompere il getto d acqua che fuoriesce dal rubinetto miscelandolo con l aria. Il risultato è una maggiore potenza lavante e, a parità di effetto, minore acqua consumata, infatti eroga 8 litri al minuto contro i 14/16 litri al minuto normalmente usati. Si possono risparmiare circa litri di acqua all anno a persona, così che una famiglia media di tre persone riesce a risparmiare fino a litri di acqua in un anno. Oltre a queste tecnologie, esistono molti accorgimenti, anche di facile attuazione, che possono portare ad una diminuzione rilevante del consumo di acqua potabile in ogni famiglia. Di seguito si evidenziano gli interventi principali. E necessaria una corretta manutenzione di rubinetti e tubazioni. L acqua risparmiata facendo riparare per tempo un rubinetto che gocciola al ritmo di 90 gocce al minuto è di 5-15 litri al giorno ( litri di acqua all anno). Un foro di 1 millimetro in una tubatura provoca, in un giorno, una perdita di litri di acqua potabile. Oltre il 30% dei consumi idrici domestici sono imputabili allo sciacquone, infatti normalmente si sprecano dai 6 ai 12 litri di acqua. E utile dotare lo sciacquone di 16

17 moderni sistemi di scarico che, a seconda della pressione, erogano quantità diverse di acqua a seconda dell esigenza, oppure di sistemi a cacciata ridotta che usano 3,5-6 litri d acqua. In questo modo quindi si può risparmiare fino al 50%, che equivale a circa litri anno/famiglia. Inoltre eliminando il flusso costante di una perdita di acqua nello sciacquone, che può arrivare fino a 100 litri, si possono risparmiare fino a litri d acqua in un anno Pratiche Comportamentali Si elencano di seguito alcuni dati di grande interesse sulle possibili riduzioni nei consumi di acqua in una casa tipo italiana, adottando comportamenti idrosensibili. Il lavaggio di una persona nella vasca da bagno comporta un consumo di litri d acqua; se si sceglie la doccia piuttosto che il bagno si risparmiano litri per volta, infatti il consumo di acqua per una doccia si aggira attorno ai litri. Usando poi la doccia con un miscelatore aria e acqua si consuma ancora un 50% di meno. Tenere aperto il rubinetto è causa di un notevole spreco, infatti questo scarica circa 12 litri al minuto. In un anno una famiglia di tre persone arriva a risparmiare fino a litri di acqua potabile. Per lavare le stoviglie e gli alimenti è buona norma non usare l acqua corrente, ma raccoglierla in un contenitore. Inoltre pulire le stoviglie subito dopo i pasti, usare l acqua di cottura della pasta per lavarle, permette di ottenere un risparmio non soltanto idrico ma anche energetico e di detersivo. Infatti l eccessivo uso di prodotti chimici per la pulizia delle stoviglie e della casa oltre a causare inquinamento dei corsi d acqua, aumenta il consumo di acqua utilizzata per la pulizia delle superfici saponate. Lavatrici e lavastoviglie consumano tanta acqua ( litri) indipendentemente dal carico di panni e stoviglie, per risparmiare acqua ed energia elettrica è opportuno utilizzare gli elettrodomestici a pieno carico, diminuendo così la frequenza dei lavaggi. In questo modo si risparmiano litri anno/famiglia. E bene acquistare una lavatrice con il sistema Jet System o con Lavaggio a Pioggia, ovvero a basso consumo di energia ed acqua. Conviene raffrontare il consumo di acqua indicato dal costruttore ed acquistare i prodotti che garantiscono un minor consumo. In media la lavatrice consuma meno 17

18 della metà dell acqua (80 l.) con il lavaggio a 30 rispetto a quello a 90 ; oggi molti detersivi sono poi efficaci sotto ai 60. La quantità di acqua che normalmente si consuma per lavare l automobile con il tubo di gomma, lasciando correre l acqua durante il lavaggio, è di litri per lavaggio, se si utilizza un contenitore si risparmiano oltre 100 litri di acqua. E bene collocare la caldaia per il riscaldamento dell acqua in una posizione il più vicino possibile alle utenze: in questo modo vengono evitati notevoli sprechi dovuti all attesa dell arrivo dell acqua calda. E necessario non usare la toilette come discarica di sostanze tossiche (vernici, lacche, prodotti chimici, sigarette, solventi) altrimenti si riduce la funzionalità del sistema fognario. Si può limitare l utilizzo per annaffiare i fiori, se possibile è bene usare pozzi o raccogliere l acqua piovana, altrimenti è opportuno usare per i fiori l acqua già utilizzata per lavare frutta e verdura. Bisogna tenere presente che l irrigazione a goccia penetra nel terreno e consente di ottenere un migliore risultato rispetto all innaffiamento tradizionale, ma con molta meno acqua. Irrigando nelle ore serali, quando le temperature sono inferiori, l acqua evapora in misura minore e non viene sprecata. Tutto questo porta ad un risparmio annuo di circa litri di acqua potabile. Le piante e i fiori hanno esigenze idriche molto diversificate. Anche la loro posizione rispetto al sole assume notevole importanza ai fini dell irrigazione. Quando si acquista una pianta si devono prendere in considerazione le sue esigenze idriche e posizionarla in penombra, si ottengono maggiori risultati senza che la pianta soffra la sete e in più si risparmia acqua. Al riguardo una pratica che si sta affermando è la Xeriscape Landscaping, una particolare tecnica di ambientazione paesaggistica per la conservazione delle risorse idriche e la tutela dell ambiente. Si tratta di un approccio globale, primo nel suo genere, articolato in sette principi di base: pianificazione e progettazione, analisi del suolo, creazione di tappeti erbosi funzionali, adeguata selezione delle piante, irrigazione efficiente, utilizzo di concimi naturali organici e manutenzione appropriata. La combinazione di tali principi consente di ottenere un notevole risparmio idrico e al contempo ambienti verdeggianti. Con questi semplici accorgimenti, una famiglia risparmia in un anno non meno di litri di acqua potabile. 18

19 2.2 TECNICHE PER LA GESTIONE DELL ACQUA PIOVANA Si deve procedere a favore di una raccolta separata di acque reflue e piovane. Quando sia prevista, la rete separata di scarico dei reflui civili dovrebbe consentire, per favorire il recupero differenziato degli scarichi umani, la separazione delle frazioni di scarico alla fonte. Nell ambito dei sistemi di adduzione o approvvigionamento, si prevedono: la separazione delle reti di adduzione di acqua potabile e acqua piovana; il recupero e il riutilizzo dell acqua piovana per usi specifici; lo stoccaggio dell acqua piovana in vasche realizzate da consentire il mantenimento delle caratteristiche. Tutti gli interventi in quest ambito dovrebbero essere sottesi a più generali criteri di risparmio idrico e di razionalizzazione nell uso dell acqua potabile, limitandone l utilizzo ai soli casi in cui non siano possibili alternative, cioè per cucinare e per bere. Altri usi, come quelli legati all igiene personale ed alla pulizia della casa, potrebbero essere risolti ricorrendo all impiego di acqua piovana depurata. Quindi la gestione dell acqua piovana, in modo da renderla utilizzabile come risorsa, può contribuire positivamente allo sviluppo dell ambiente urbano tramite soluzioni orientate alla gestione locale, alla raccolta ed al riutilizzo. Gli obiettivi potenzialmente raggiungibili sono i seguenti: reinserimento delle acque piovane nel loro ciclo naturale; riduzione delle portate di acque di scarico che raggiungono il depuratore; alimentazione delle falde sotterranee (ravvenamento); diminuzione dell inquinamento dei corsi d acqua; miglioramento del microclima; riduzione dei costi di gestione. 19

20 A livello urbano sono adottabili le seguenti specifiche: la raccolta delle acque meteoriche ed il loro riutilizzo per usi non potabili; una pavimentazione che favorisca la permeabilità del terreno per no diminuirne le capacità depurative, per migliorare il microclima urbano, per favorire l assorbimento dei nutrienti ad opera di vegetazione locale e per consentire l eventuale ravvenamento delle falde per percolazione; la realizzazione di aree umide con finalità depurative e di miglioramento microclimatico. Le tecniche per la gestione dell acqua piovana sono: Recupero delle acque meteoriche: presenta indubbi vantaggi quali: risparmio d acqua potabile; miglioramento del bilancio idrico; riduzione dei costi per la depurazione di minori quantità di reflui che raggiungono i depuratori, grazie alla separazione della componente acqua meteorica. Le superfici che più si prestano al recupero dell acqua piovana sono quelle dei tetti, soprattutto quelli realizzati in laterizio ed in terracotta o comunque in materiali che non rilascino eventuali residui tossici. In ogni caso andrebbe evitato di raccogliere la prima acqua di pioggia, spesso ricca d impurità: allo scopo è possibile adottare dei separatori automatici delle prime acque meteoriche. La fase seguente dovrà prevedere il filtraggio dell acqua ricorrendo a strati di materiali inerti (sabbia, ghiaia, ciottoli, ecc..) oppure utilizzando zone umide artificiali. Successivamente l acqua potrà essere convogliata in apposite cisterne d accumulo che dovranno essere realizzate lontano da qualsiasi fonte d inquinamento, interrate per garantire costanza della temperatura dell acqua, chiuse ermeticamente per evitare il passaggio della luce che potrebbe indurre la formazione di alghe, protette da infiltrazioni esterne da un setto impermeabile con inclinazione verso l esterno; occorreranno anche dei filtri, per impedire ai corpi estranei che cadono sui tetti di arrivare alle cisterne. La capienza di queste cisterne d accumulo non dovrà essere inferiore ai 3 m 3 ; la forma dovrà essere compatibile con l installazione di una pompa, eventualmente 20

21 alimentabile con pannelli fotovoltaici, ed avere un fondo preferibilmente semisferico per favorire la spontanea sedimentazione delle sostanze sospese. Il mantenimento delle qualità organolettiche dell acqua risulterà favorito da un adeguata foderatura interna della cisterna. Nel caso in cui i serbatoi risultino vuoti causa il basso volume di acqua piovana raccolta, entra in funzione un elettrovalvola posta in contatto con la linea dell acquedotto. L acqua raccolta nelle cisterne potrà essere utilizzata in tutti gli impieghi che non richiedano acqua potabile: sciacquoni dei bagni, alimentazione di elettrodomestici (l acqua piovana è povera di sali, per cui diminuiscono le incrostazioni di calcare), lavaggio di parti della casa e delle automobili, irrigazione dei giardini. Permeabilizzazione del terreno: alla base delle scelte dei singoli criteri d intervento si considerano alcuni parametri: modalità d uso delle aree soprastanti il terreno d infiltrazione; caratteristiche del terreno in termini di capacità d infiltrazione; livello di falda; intensità e dinamica della precipitazione; caratteristiche chimiche dell acqua piovana nel caso in cui si possa caricare d inquinanti prima dell infiltrazione. Le tecniche d infiltrazione possono consistere in impianti d infiltrazione diretta dell acqua nel punto in cui cade, oppure possono essere costituite da un bacino di raccolta dal quale l acqua è fatta filtrare, previo eventuale trattamento biofitodepurativo. La riduzione della quantità di acqua di scorrimento superficiale implica un minor carico dei depuratori centralizzati ed un miglior controllo dei picchi di piena nei canali, in particolare in quelli di medie e piccole dimensioni. La presenza di adeguata vegetazione nel terreno permeabile svolge un azione depurativa che riduce di molto i rischi che eventuali agenti inquinanti presenti in superficie possano, percolando, raggiungere le falde sotterranee. Il ricorso a pavimentazioni permeabili è facilmente adattabile a piazze, parcheggi, vialetti, cortili e impianti sportivi. 21

22 Magazzini di acque meteoriche provenienti dal dilavamento di varie superfici: tramite questa tecnicaè possibile soddisfare i seguenti obiettivi: trattare in modo naturale ed in loco l acqua proveniente da superfici impermeabili e carica di inquinanti; evitare di caricare gli impianti di depurazione con ingenti masse d acqua variabili nel tempo sia in quantità che in qualità; contribuire alla regimentazione fluviale in caso di forti precipitazioni; scaricare nei corpi idrici di superficie un effluente che alteri il meno possibile gli equilibri naturali. I magazzini d acqua consistono in bacini con fondo reso impermeabile tramite l uso di argilla o di una guaina, realizzati per escavazione del terreno, contenenti uno strato di materiale inerte adatto alla piantumazione d essenze vegetali che espletino la funzione depurativa che è propria delle zone umide a flusso superficiale. In esse la vegetazione, fissa sul fondo o galleggiante, emerge sopra uno strato d acqua che fluisce lentamente dalla zona di entrata a quella d uscita. In corrispondenza di queste due zone i bacini possono presentare due piccoli invasi, più profondi del livello medio del bacino e di capacità pari a circa 1/10 di quella complessiva del bacino, per favorire un azione di sedimentazione in entrata e di ristagno prima dell uscita. La permanenza media ottimale per la depurazione è valutata in circa 10 giorni: per consentire un eventuale ritenzione dell acqua di abbondanti precipitazioni, il bacino è usualmente sovradimensionato rispetto al funzionamento a regime, con un altezza dello strato d acqua di circa 60 cm. Una fascia esterna più alta rispetto allo scavo interno, ma più bassa del livello del terreno circostante, è piantumata con alberature di medie dimensioni ed assicura quella flessibilità della capacità di accumulo che è sfruttata in caso di forti precipitazioni consentendo una liberazione graduale, attraverso l adozione di valvole regolabili, dell acqua in eccesso. 22

23 2.3 SISTEMI NON CONVENZIONALI DI DEPURAZIONE: METODOLOGIE NATURALI L adozione di sistemi non convenzionali presenta i seguenti vantaggi: riduzione del materiale di scarto inutilizzabile per la possibilità di riciclare gran parte dei nutrienti presenti nel refluo; riduzione della rete fognaria nel caso di trattamento del refluo nel luogo di produzione; adozione di un sistema di separazione dell acqua piovana che evita rischi di sovraccarico e facilita il trattamento del refluo che presenta nel tempo una stabilità della propria composizione chimica; garanzia di una migliore qualità ambientale e di un minore impatto visivo sul territorio; sfruttamento del sole come fonte energetica; ridotti consumi energetici; costi per la realizzazione di un impianto non convenzionale quasi uguali a quelli di un impianto tradizionale, mentre sul piano gestionale, gli oneri sono molto inferiori per gli impianti non convenzionali. Tenendo conto dei costi ambientali nelle valutazioni economiche di impianti di trattamento, la scelta si indirizza decisamente verso sistemi di trattamento non convenzionali. I costi realizzativi e gestionali diminuiscono ulteriormente per impianti di piccola scala; possibilità di integrazione fra paesaggio e costruito; questo rende gli impianti basati su metodi depurativi naturali adatti ad operazioni di restauro e riqualificazione del territorio in ambito urbano, periferico ed in aree dismesse. Gli svantaggi, cioè i fattori che ne limitano la diffusione, sono i seguenti: sensibilità alle variazioni territoriali e climatiche; maggiore necessità di spazio; adeguata depurazione soprattutto di reflui di origine domestica, a composizione chimica stabile, mentre di solito non si ottengono buoni risultati nel trattamento di reflui di origine industriale. 23

24 Per la realizzazione di impianti non convenzionali occorre tenere presente le seguenti caratteristiche fondamentali: forme dei bacini favorenti la dinamica di flusso; impermeabilizzazione delle fosse e dei bacini di trattamento; permeabilità del materiale di riempimento; percorsi sinuosi tra un bacino e l altro per l ossigenazione dell acqua. La possibilità di inserire delle tecnologie non convenzionali in contesti territoriali di piccole dimensioni è uno dei punti di forza di una visione decentralizzata della gestione dei reflui che coniuga caratteristiche di economicità, efficacia e semplicità. I vantaggi ottenuti con una gestione locale dei reflui sono: possibilità di evitare un mescolamento tra reflui civili ed industriali, ottenendo un refluo più pulito e trattabile nel luogo di produzione ed in aree limitrofe con metodologie naturali; possibilità di svincolarsi da reti di scarico e di adduzione che costringono a costosi interventi di manutenzione o di sostituzione per limitare le perdite lungo il percorso fino alla singola utenza; possibilità di sfruttamento del calore del refluo nelle stagioni climaticamente sfavorevoli, per l ottimizzazione del funzionamento dei processi fitodepurativi; possibilità di stimolare l utenza verso una gestione sostenibile degli scarti e renderla consapevole del proprio ruolo all interno del sistema tramite aree verdi progettate per il trattamento ma anche fruibili sul piano estetico e ricreativo. Separando il refluo di origine domestica in più frazioni elementari come urine, feci ed acque grigie si ottiene l ottimizzazione di molti processi depurativi naturali e soprattutto si rende possibile l impiego dei nutrienti nel settore agricolo. 24

25 TECNICHE SPECIFICHE NON CONVENZIONALI Per la depurazione delle acque reflue in ambito civile si possono sfruttare varie metodologie naturali suddivisibili in tre famiglie principali: 1. tecniche che sfruttano la capacità depurativa delle piante (Land and vegetation based system), in particolare la fitodepurazione; 2. tecniche che sfruttano la capacità depurativa del terreno (Land based system); 3. tecniche che sfruttano l azione depurativa biologico-meccanica di impianti tecnologici Tecniche basate sulle capacità depurative delle piante Fanno parte di questa categoria le seguenti metodologie: fitodepurazione living machine Fitodepurazione La fitodepurazione è un processo naturale per depurare le acque reflue che utilizza i vegetali come filtri biologici attivi in grado di ridurre gli inquinanti in esse presenti. I trattamenti di fitodepurazione sono trattamenti biologici secondari, che necessitano di un trattamento primario di sedimentazione, e/o terziario (di affinamento), che sfruttano la capacità di autodepurazione degli ambienti acquatici. La rimozione dei nutrienti e dei batteri avviene attraverso gli stessi processi fisici, chimici e biologici dei fanghi attivi, cioè tramite filtrazione, adsorbimento, assimilazione da parte degli organismi vegetali e degradazione batterica. L impianto di fitodepurazione rappresenta quindi un alternativa alla depurazione tradizionale, rispetta l ambiente ed è vantaggioso dal punto di vista economico (risparmio di energia elettrica, in un ottica di sviluppo sostenibile, e limitati costi di gestione) ed ambientale (miglior impatto sul paesaggio, eliminazione di trattamenti di disinfezione). 25

26 In pratica, si tratta di una zona umida costruita, in cui il suolo è mantenuto costantemente saturo d acqua e consiste in un bacino poco profondo, impermeabilizzato ove necessario, riempito con un idoneo substrato e vegetato con piante acquatiche. Il criterio generale della decentralizzazione sotteso alla realizzazione degli impianti di fitodepurazione può prestarsi alla gestione dei reflui in ambiti territoriali ed urbanistici diversi: settori di città, quartieri, vuoti urbani, periferie (ma anche aree agricole ed aree industriali con produzioni agroalimentari). Se adottata come tecnica di finissaggio di depuratori esistenti, può costituire una valida alternativa per l adeguamento e il miglioramento delle potenzialità depurative. Applicazioni La fitodepurazione può essere utilizzata per: trattamenti di depurazione completi per piccole comunità (fino a abitanti); trattamenti secondari, dopo sedimentazione, di reflui di insediamenti civili (abitativi, ricreativi quali campeggi, centri di agriturismo, centri commerciali, ecc..), soprattutto in siti abitativi rurali dove non è possibile o si rivela troppo costoso l allacciamento a fognatura, oppure in siti con popolazione fluttuante; trattamenti terziari a valle di impianti di depurazione di tipo civile o misto soprattutto in funzione dell abbattimento della carica batterica. Vantaggi riduzione dei costi capitali; consumi energetici ridotti o nulli; semplicità gestionale; costi di gestione molto limitati; limitate quantità di biomassa di risulta; buon inserimento ambientale; maggior tutela dei corpi idrici recettori. 26

27 Svantaggi necessità di ampie superfici; non adattabile ad alte quote o in climi freddi. Aspetti innovativi della Fitodepurazione Attualmente, la tecnologia appare matura per consentire uno sviluppo industriale di tali sistemi in diversi ambiti di applicazione su piccola, media e grande scala, soprattutto per il trattamento dei reflui civili, ma anche per il trattamento dei reflui di origine industriale. Le numerose esperienze condotte sia all estero che in Italia, hanno confermato la validità di questi sistemi nel trattamento dei reflui e la loro capacità di raggiungere appropriati livelli di abbattimento degli inquinanti, paragonabili a quelli ottenibili con impianti tradizionali. Inoltre presentano notevoli vantaggi che contribuiscono a migliorarne le qualità ambientali ed economiche. Uno degli aspetti di maggior rilievo, anche a fronte della crescente attenzione a queste problematiche, è rappresentato dal basso impatto sull ambiente. I sistemi di fitodepurazione si inseriscono nel contesto ambientale in modo non invasivo, spesso contribuiscono alla riqualificazione paesaggistica e non incidono negativamente sul paesaggio in aree ad alta valenza ambientale. Inoltre, questi sistemi richiedono un limitato apporto energetico, imputabile esclusivamente all alimentazione del sistema di distribuzione del refluo, consentendo in tal modo risparmi energetici dal 40% al 75% rispetto ai sistemi tradizionali. Un ulteriore aspetto positivo è rappresentato dalla semplificazione delle operazioni di gestione. Ciò incide sull affidabilità complessiva del sistema, nonché sui costi ad essa associati. Questo appare di notevole interesse con particolare riferimento alle piccole utenze. I limitati costi di gestione si riflettono sul costo complessivo della tecnologia. Da recenti indagini sui costi della depurazione secondaria con tecnologie tradizionali o con sistemi di fitodepurazione, è stato possibile evidenziare come, nonostante i maggiori costi iniziali, un impianto di fitodepurazione, nel mediolungo periodo, comporti un risparmio complessivo di risorse finanziarie. 27

28 Classificazione I trattamenti di fitodepurazione, in base alla modalità ed alla direzione di scorrimento dell acqua, si possono suddividere in: lagunaggi biologici (o stagni biologici); ecosistemi filtro; sistemi a flusso superficiale (FWS, Free Water Surface); sistemi a flusso sub-superficiale orizzontale (H-SFS, Horizontal Sub- Surface Flow System); sistemi a flusso sub-superficiale verticale (V-SFS, Vertical Sub-Surface Flow System). Possono essere classificati anche in base al tipo di vegetali utilizzati: sistemi a microalghe; sistemi a macrofite galleggianti; sistemi a macrofite radicate sommerse; sistemi a macrofite radicate emergenti; sistemi misti. Si prendono in esame i sistemi con possibilità di applicazione anche sul territorio nazionale. a. Lagunaggi biologici (stagni biologici) Sono sistemi basati sull interazione tra microrganismi e piante; la tecnica consiste in un sistema di bacini di accumulo, in pratica dei laghetti profondi da 0,2 a 5 m., percorsi d acqua in fossati, rigagnoli (in cui il fitoassorbimento è garantito dalla vegetazione) e sculture a lemniscata (a forma di otto ) che favoriscono l ossigenazione. Possibilmente vengono realizzati a pianta quadrata o rettangolare con angoli arrotondati, ma spesso la planimetria segue l andamento irregolare del terreno. In funzione delle sostanze inquinanti che si prevede possa contenere il refluo da trattare, il fondo può necessitare di impermeabilizzazione realizzata con fogli di materiale plastico termosaldati, mediante impregnazione con sostanze bituminose o plastiche, con materiali cementizi, o con uno strato d argilla di almeno 0,1 m. 28

29 ricoperto con uno strato di sabbia grossolana. Gli argini sono realizzati con materiale di riporto compattato ed hanno solitamente pendenza di 45. L acqua da depurare viene immessa nel sistema dopo una grigliatura ed una dissabbiatura, l afflusso non deve avvenire in prossimità degli argini e deve essere realizzato in modo da minimizzare i fenomeni di cortocircuito. Il refluo subisce poi un azione depurativa ad opera di organismi viventi di vario tipo come alghe, batteri e macrofite che, alimentandosi, demoliscono o assorbono le sostanze inquinanti. I meccanismi depurativi consistono quindi nella sedimentazione, nel filtraggio di particolari sostanze e nell assorbimento dei nutrienti da parte delle macrofite, tramite un attività microbiologica che si sviluppa nell acqua, nel substrato del terreno e sulla superficie delle piante. Per lo scarico dell effluente è fondamentale la realizzazione di deflettori immersi per limitare il deflusso di solidi galleggianti, di una tubazione con funzione di troppo pieno ed una per lo svuotamento totale dello stagno. Il lagunaggio è un trattamento estensivo che necessita di superfici molto ampie (da 2 a 4 m 2 /A.E. (abitanti equivalenti)), presenta molti vantaggi per la capacità di sopportare temporanei sovraccarichi inquinanti ed i bassi costi di gestione ed è indicato soprattutto per comunità fino a qualche migliaio di abitanti, in climi caldi o temperati. Può dare problemi di odori e di insetti, per questo sono previste distanze di rispetto dal centro abitato diverse a seconda del tipo di stagno; si consigliano valori di 500 m. per gli anaerobici, 200 m. per gli aerati. Per quanto riguarda il problema dello smaltimento dei fanghi, data la loro alta mineralizzazione e la scarsa carica batterica, possono essere utilizzati in agricoltura come ammendante evitandone l uso solo nelle colture a prevalente scopo alimentare. Vantaggi Basso costo di investimento e soprattutto di gestione; Limitato consumo energetico; Scarsa o nulla produzione di fanghi di supero; Alta efficienza di rimozione di microrganismi patogeni (ad esempio coliformi fecali). 29