I trattamenti. naturali delle acque reflue urbane. Fitodepurazione, lagunaggio, accumulo in serbatoi

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1 AS10 Estratto distribuito da Biblet Giuseppe Luigi Cirelli I trattamenti Architettura sostenibile Progettazione ecologica a cura di Gianni Scudo e Mario Grosso naturali delle acque reflue urbane Se sistemi editoriali Fitodepurazione, lagunaggio, accumulo in serbatoi Aggiornato al D.M. Ambiente 12 giugno 2003, n. 185 Professionisti, tecnici e imprese Gruppo Editoriale Esselibri - Simone

2 Giuseppe Luigi Cirelli I trattamenti naturali delle acque reflue urbane Fitodepurazione, lagunaggio, accumulo in serbatoi Aggiornato al D.M. Ambiente 12 giugno 2003, n. 185 Se sistemi editoriali Professionisti, tecnici e imprese Gruppo Editoriale Esselibri - Simone

3 Copyright 2003 Esselibri S.p.A. Via F. Russo, 33/D Napoli Tutti i diritti riservati È vietata la riproduzione anche parziale e con qualsiasi mezzo senza l autorizzazione scritta dell editore. Prima edizione: dicembre 2003 AS10 - I trattamenti naturali delle acque reflue urbane ISBN Ristampe Ringraziamenti Un caloroso ringraziamento va a tutti coloro che hanno contribuito alla redazione di questo testo e, in particolare, al prof. Salvatore Indelicato che da diversi decenni si occupa di riutilizzazione delle acque reflue urbane, contribuendo con le sue ricerche in modo significativo allo sviluppo tecnico-scientifico di tale pratica in Italia. Un sentito ringraziamento al prof. Miquel Salgot dell Università di Barcellona (Spagna), al dott. Marcelo Juanico della Juanico & Frielder Ltd. (Israele), alla dott.ssa Nelly Icekson della Mekorot Company (Israele) e alla VERSEAU Association (Francia) per avere concesso l utilizzo di alcune foto riportate nel testo. Un particolare ringraziamento al geom. Marco Maria Aiello che ha pazientemente redatto gran parte delle figure riportate nel testo e al funzionario tecnico Rosario De Martino che ha collaborato alla realizzazione degli impianti sperimentali e alla conduzione delle indagini in campo i cui risultati sono riportati nei capitoli 5 e 6. Infine desidero ringraziare il dott. Annibale Sicurella e l arch. Mario Martelli, a cui sono legato per amicizia e per stima professionale, che mi hanno introdotto nel mondo della bioarchitettura. Il capitolo 2 Fitodepurazione, il capitolo 4 Accumulo in serbatoi, il capitolo 5 Esperienze di fitodepurazione per il trattamento delle acque reflue finalizzato al riutilizzo irriguo: il caso studio di S. Michele di Ganzaria (Catania) ed il capitolo 6 Esperienze di accumulo per il trattamento delle acque reflue: il caso studio di Caltagirone (Catania) sono stati redatti nell ambito delle attività di ricerca previste dal progetto PON Tecnologie di controllo, trattamento e manutenzione per la soluzione dell emergenza acqua AQUATEC, finanziato dal MIUR. Questo volume è stato stampato presso: Officina Grafica Iride Via Prov.le Arzano-Casandrino, VII traversa, 24 - Arzano (NA) sistemi editoriali Se Professionisti, tecnici e imprese Gruppo Editoriale Esselibri - Simone

4 A mio padre e a tutti coloro che amano la semplicità

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6 1 Introduzione 5 Giuseppe Luigi Cirelli Dipartimento di Ingegneria Agraria - Università di Catania 1.1 Premessa La depurazione delle acque reflue di origine civile e/o industriale costituisce uno dei punti cardine delle politiche di tutela ambientale intraprese a livello europeo (Commissione Europea, 2003). Negli ultimi decenni, il grande sviluppo delle reti di raccolta delle acque reflue urbane ha comportato crescenti volumi di effluenti da trattare e la messa in esercizio di migliaia di impianti di depurazione che hanno contribuito in modo significativo alla riduzione dell inquinamento dei corpi ricettori: il suolo o, più frequentemente, i fiumi, i laghi e le acque costiere. Il notevole progresso tecnologico conseguito nel settore della depurazione delle acque reflue ha consentito la messa a punto di sistemi di trattamento sempre più avanzati ed in grado di rimuovere un notevole numero di inquinanti. Tuttavia, il trattamento delle acque reflue rappresenta tuttora, soprattutto per i piccoli e medi insediamenti 1, un rilevante problema economico e gestionale, anche in relazione ai vincoli sempre più restrittivi allo scarico imposti dalla direttiva dell Unione Europea n. 271 del 21 maggio 1991, recepita a livello nazionale con il D.Lgs. 152/1999. Generalmente per le piccole e medie comunità, la causa del mancato funzionamento ovvero della scarsa efficienza depurativa degli impianti dipende dalla mancanza di personale qualificato e dagli elevati oneri di esercizio e manutenzione. In Italia, in molti casi sono state utilizzate tecniche di trattamento non idonee al contesto socio-economico e alle caratteristiche qualitative e quantitative delle acque reflue, privilegiando la realizzazione di impianti di depurazione di tipo tradizionale o intensivo 2 (fanghi attivi, dischi biologici, ecc.) che a causa del loro contenuto tecnologico, sempre più spinto, sono caratterizzati da alti costi di gestione e manutenzione (Cirelli e Barbagallo, 2002). Per tale motivo, come già avviene da qualche decennio in numerosi altre nazioni, particolare interesse avrebbe in Italia l applicazione dei trattamenti naturali come la fitodepurazione, il lagunaggio, l accumulo in serbatoi (Barbagallo et al., 2001; Indelicato e Somma, 2003). Tali trattamenti vengono denominati anche estensivi in quanto i processi di depurazione di tipo chimico-fisico e biologico richiedono: lunghi tempi (da 1-2 giorni fino a qualche decina di giorni); estese superfici (da 1-2 m 2 /AE fino a 10 m 2 /AE). 1 La Commissione Europea (2003) definisce piccoli e medi insediamenti quelli in cui il numero degli abitanti equivalenti (AE) è compreso tra 500 e Negli impianti di depurazione di tipo tradizionale o intensivo, i tempi di reazione sono generalmente dell ordine di qualche ora e lo spazio necessario alla loro costruzione è inferiore a 0,5 m 2 /AE; per accelerare le cinetiche di rimozione degli inquinati occorre disporre di apparecchiature elettro-meccaniche (pompe, soffianti, dosatori, elettrovalvole, ecc.) che hanno un notevole consumo energetico ed un elevato costo di manutenzione. 1. Introduzione

7 6 I trattamenti naturali possono essere generalmente utilizzati sia per il trattamento secondario sia per il trattamento terziario. In alcuni casi, come nel lagunaggio, possono essere anche utilizzati per il trattamento primario delle acque reflue. Particolarmente significativa, soprattutto nel caso del lagunaggio e dell accumulo in serbatoi, è la rimozione di patogeni e parassiti; tali sistemi, soprattutto nelle aree rurali, vengono proposti come alternativa ai sistemi di disinfezione tradizionale (ad esempio: clorazione) o avanzata (ad esempio: raggi UV, ozonizzazione, ecc. ) (Brissaud, 2002). Va evidenziato che nella categoria dei trattamenti naturali o estensivi è da annoverarsi anche l infiltrazione-percolazione. Tale tecnica consiste nell infiltrazione del liquame (figura 1.1), dopo un trattamento almeno primario, in vasche riempite con un medium poroso insaturo (sabbia o ghiaia) avente uno spessore variabile di circa 1,5-2 m; le vasche vengono alimentate in modo intermittente e le acque reflue dopo il processo di percolazione attraverso il medium vengono allontanate con alcuni dreni posti sul fondo delle vasche. Appare evidente che l infiltrazione-percolazione richiede una parte impiantistica non trascurabile; in questo caso vengono a mancare alcune delle caratteristiche proprie degli altri trattamenti naturali come, ad esempio, la semplicità di costruzione e di esercizio (Cirelli, 2002). Per questo motivo questa tecnica, nonostante sia considerata efficiente ed affidabile da molti autori (Salgot et al., 1996; Brissaud, 2002), non è stata presa in esame nei capitoli seguenti. I trattamenti naturali delle acque reflue urbane Figura Impianto di infiltrazione-percolazione di Hostalets de Pierola (Spagna) (per gentile concessione di Miquel Salgot)

8 Una particolare applicazione dell infiltrazione-percolazione è quella utilizzata in Israele e denominata Soil Aquifer Treatment (S.A.T.) 3. In tale sistema il liquame, dopo essere stato sottoposto ad un trattamento almeno secondario, viene immesso in bacini non impermeabilizzati sul fondo e da qui viene fatto infiltrare in falda (figura 1.2); successivamente le acque reflue miscelate con le acque di falda, vengono emunte tramite numerosi pozzi ed utilizzate per uso irriguo. Questa tecnica estensiva ha trovato numerose applicazioni anche in altri Paesi 4 ; in Italia, la ricarica degli acquiferi con le acque reflue non è consentita ai sensi degli artt. 29 e 30 del D.Lgs. 152/ e pertanto, nonostante la potenzialità di utilizzo in alcune specifiche aree, non può essere applicata. 7 Figura Ricarica degli acquiferi con il sistema Soil Aquifer Treatment (S.A.T.) (per gentile concessione di Nelly Icekson) Nei capitoli seguenti verranno illustrate alcune tecniche di trattamento naturale che in Italia possono avere notevoli potenzialità di applicazione, soprattutto nel caso di riutilizzo delle acque reflue: fitodepurazione (capitolo 2), lagunaggio (capitolo 3) e accumulo in serbatoi (capitolo 4). Inoltre vengono illustrati alcuni casi-studio in cui sono applicate a scala reale le tecniche di fitodepurazione (capitolo 5) e di accumulo in serbatoi (capitolo 6). 3 Questa tecnologia viene utilizzata per il trattamento terziario e lo stoccaggio sotterraneo delle acque reflue di Tel Aviv, pari ad un volume di circa m 3 /anno. 4 Nelle isole Baleari (Spagna) l infiltrazione in falda delle acque reflue trattate è applicata con successo per il controllo dell intrusione marina negli acquiferi costieri. 5 Testo aggiornato pubblicato sulla G.U.R.I. n. 246 del Introduzione

9 8 1.2 Caratteristiche dei trattamenti naturali Il notevole interesse per i trattamenti naturali quali fitodepurazione, lagunaggio e accumulo in serbatoi, è legato in particolare alle seguenti caratteristiche: relativa semplicità in fase di costruzione, di esercizio e di manutenzione; notevole economicità in fase di esercizio e manutenzione; efficienza dei processi depurativi; affidabilità in diverse condizioni operative Semplicità I sistemi di trattamento naturale sono caratterizzati da una notevole semplicità costruttiva e richiedono prevalentemente operazioni di movimento terra e piccole opere edili (pozzetti di scarico e di manovra, vasche di regolazione, ecc.) realizzabili da imprese di costruzione senza particolare specializzazione; la costruzione di altre opere accessorie (sistema di grigliatura, impianto di sollevamento e ricircolo delle acque, ecc.) non presenta particolare complessità tecnica. Gli interventi di esercizio e manutenzione sono molto semplici e possono essere eseguiti anche da personale che non dispone di una specifica qualifica. Le operazioni di routine comprendono: il taglio e la rimozione della vegetazione sulle sponde, la pulizia delle opere di presa e di scarico, la riparazione di eventuali danni alle arginature, ecc. Lo smaltimento dei fanghi, che è uno dei principali oneri gestionali negli impianti di trattamento intensivi, non rappresenta invece nei trattamenti naturali un problema; infatti, la produzione dei fanghi di depurazione è modesta ed in alcuni casi, come nei sistemi di fitodepurazione a flusso subsuperficiale, praticamente nulla Economicità I trattamenti naturali delle acque reflue urbane I trattamenti estensivi sono caratterizzati da: costi di costruzione confrontabili o, in alcuni casi, inferiori a quelli degli impianti intensivi; costi di esercizio e manutenzione modesti (assenza di reagenti, produzione di fanghi molto ridotta, consumo energetico minimo o nullo, componentistica elettromeccanica minima o addirittura assente, ecc.). Questi trattamenti sono molto più economici nella fase di esercizio rispetto ai sistemi intensivi, in quanto sono praticamente nulle alcune delle principali voci di spesa: consumo energetico; trattamento e smaltimento dei fanghi. La quasi totale assenza di apparecchiature elettromeccaniche riduce notevolmente anche i relativi costi di manutenzione. Secondo Mara (1995), a parità di abitanti equivalenti serviti, il costo di esercizio e manutenzione di un sistema di lagunaggio è pari al 10% di quello di un impianto di depurazione biologica a fanghi attivi. Numerosi autori (Metcalf e Eddy, 1991; Masotti, 1993; Reed et al. 1995; Mara, 1997; Kadlec et al., 2000; Brissaud, 2002) hanno evidenziato che il fattore limitante per la

10 realizzazione dei sistemi di trattamento estensivi risulta essere, in molti casi, la disponibilità di terreno e non il costo di quest ultimo 6. Pertanto, soprattutto nelle aree rurali dell Italia Meridionale, dove generalmente esiste un ampia disponibilità di terreni marginali in prossimità dei centri abitati, i trattamenti estensivi sarebbero la soluzione ottimale per il trattamento delle acque reflue urbane e agro-industriali Efficienza L efficienza depurativa dei sistemi di trattamento naturale è generalmente elevata per la maggior parte degli inquinanti, anche se tale efficienza dipende molto dalle condizioni climatiche di esercizio; per tenere conto di tali problematiche, il dimensionamento viene effettuato facendo riferimento per il sito prescelto alle condizioni climatiche statisticamente più sfavorevoli (autunno-inverno). Particolarmente elevata è l efficienza nella rimozione dei patogeni (batteri, virus, protozoi, uova di elminti). Ad esempio in un lagunaggio con tempi di detenzione di circa 20 giorni è possibile ottenere una rimozione di coliformi fecali fino al % (ovvero pari a 5 unità logaritmiche). Per tale motivo l Organizzazione Mondiale della Sanità ha espressamente indicato il lagunaggio come il sistema ottimale per la depurazione di acque reflue da destinare ad uso irriguo (WHO, 1989) Affidabilità In relazione ai lunghi tempi di detenzione ed alle significative capacità di regolazione di cui dispongono, i sistemi di naturali hanno una notevole affidabilità anche in condizioni operative estreme. Essi sono in grado di assorbire notevoli variazioni di carico idraulico o organico e, quando sono posti a valle di un trattamento tradizionale, presentano una notevole capacità buffer che consente eventualmente di risolvere problemi temporanei sulla qualità degli effluenti che si dovessero verificare a monte. I sistemi estensivi sono particolarmente indicati per la depurazione dei liquami di piccole medie comunità a popolazione fluttuante (località di villeggiatura, villaggi turistici, campeggi, ecc.) e per il trattamento di liquami provenienti da fognature urbane in cui vengono immesse saltuariamente acque reflue provenienti da particolari insediamenti produttivi (oleifici, mattatoi, caseifici, ecc.); inoltre possono contribuire a ridurre i problemi degli impianti di depurazione tradizionali a servizio di centri abitati dotati di fognature miste (acque nere e bianche). Sulla base delle numerose esperienze condotte in Israele ed in molti altri Paesi, Juanico e Dor (1999) affermano che, nel caso di riutilizzo delle acque reflue, l accumulo in serbatoi dovrebbe essere a must in any wastewater reuse system, in quanto consente di aumentare notevolmente l affidabilità complessiva del sistema di trattamento. 6 In Sicilia, il valore agricolo medio per un terreno classificato come seminativo irriguo è pari a 1,5-2,5 /m Introduzione

11 I trattamenti naturali delle acque reflue urbane Potenzialità dei trattamenti naturali I sistemi naturali sono diffusamente utilizzati in varie parti del mondo per la depurazione di acque reflue di tipo: domestico; urbano; industriale (agro-industrie); agricolo (liquami zootecnici). Numerose applicazioni sono state realizzate in Europa nel settore civile per il trattamento secondario di piccole comunità e di insediamenti isolati, il trattamento terziario di medie e grandi comunità, l affinamento ai fini del riuso agricolo. In Italia esistono notevoli potenzialità di utilizzo dei trattamenti naturali, principalmente legate a: il grande numero di insediamenti abitati di piccole e medie dimensioni; le favorevoli condizioni climatiche; la disponibilità di terreni marginali, soprattutto nelle regioni meridionali; la necessità di adeguare gli scarichi di acque reflue ai nuovi limiti imposti dal D.Lgs. 152/1999; il crescente interesse per il riutilizzo delle acque reflue depurate. Il problema della depurazione per le piccole e medie comunità è particolarmente avvertito in Italia (Barbagallo et al., 2001), dove su oltre impianti di depurazione esistenti circa il 13% non risulta in esercizio ed in particolare l 80% di questi è costituito da impianti aventi meno di abitanti equivalenti (AE). Le cause del mancato esercizio degli impianti sono principalmente dovute ai problemi gestionali e agli elevati costi di esercizio e manutenzione che risultano a volte insostenibili per le piccole e medie comunità. I sistemi di trattamento estensivo, come lagunaggio e fitodepurazione, risultano poco diffusi 7 (Masi, 2001), nonostante in molti casi costituirebbero una valida soluzione, soprattutto nel caso delle piccole e medie comunità delle regioni meridionali. In tali regioni, dove il costo del terreno risulta relativamente basso (e le condizioni climatiche risultano favorevoli (insolazione e temperature elevate anche nel periodo autunno-inverno), i trattamenti estensivi potrebbero essere utilizzati come alternativa ai sistemi di depurazione convenzionali per le piccole comunità o come sistema terziario (particolarmente efficiente per l affinamento batteriologico) per le medie comunità (Barbagallo et al., 2001). Particolarmente interessante da un punto di vista applicativo appare la possibilità di fare ricorso alla combinazione di tipologie di trattamento di tipo intensivo ed estensivo, utilizzando i sistemi estensivi per l affinamento dei reflui dopo un trattamento secondario di tipo intensivo; oppure di utilizzare più tecniche di trattamento naturale nell ambito di un medesimo sistema depurativo. Le suddette caratteristiche consentono di utilizzare, quando si ha disponibilità di terreno, i sistemi naturali per integrare o per sostituire gli impianti di depurazione che non rispettano i limiti allo scarico del D.Lgs. 152/1999, a cui dovranno comunque conformarsi entro e non oltre il 31 dicembre Si stima che gli impianti estensivi in esercizio siano circa 200, molti dei quali a servizio di piccolissime comunità.

12 Il riuso delle acque reflue depurate è uno degli altri fattori che spinge all utilizzazione dei sistemi naturali. Nelle regioni aride e semiaride, l impiego delle acque reflue urbane depurate risulta indispensabile per fronteggiare la carenza di risorse idriche ed in alcuni rappresenta l unica alternativa nel breve periodo per fronteggiare i sempre più frequenti periodi di siccità (Lazarova et al., 2000; 2001). A fronte di questo interesse nel riutilizzo delle acque reflue è emersa a livello internazionale la necessità di mettere a punto sistemi di trattamento sempre più efficienti ed affidabili e di semplice ed economica gestione e manutenzione. Tale necessità si è affermata non solo per una maggiore sensibilità ambientale, ma anche per un rinnovato interesse di tecnici ed amministratori pubblici ad un impiego più produttivo degli impianti di depurazione, i quali non vengono visti solo nell ottica di strutture imposte dai sempre più stringenti vincoli ambientali, ma piuttosto come opportunità di sviluppo del territorio in quanto fonte di risorse idriche integrative. A livello internazionale sono sempre più numerosi gli esempi di applicazione dei sistemi naturali per il trattamento delle acque reflue finalizzato al riuso agricolo o all irrigazione di aree a verde e campi da golf (Brissaud, 2002; Alcalde et al., 2002; Juanico, 2003). Questo è il caso ad esempio dei sistemi di lagunaggio finalizzati al trattamento per riuso irriguo dove, essendo la produzione di effluenti costante e la domanda limitata alla sola stagione irrigua, è frequente l accoppiamento con serbatoi di accumulo per la regolazione stagionale dei volumi (figura 1.3). 11 Figura Sistema di depurazione estensivo di Yoknean (Jeezrael Valley, Israele) finalizzato al riutilizzo irriguo: in primo piano il lagunaggio (4 stagni anaerobici e 2 stagni aerati) e sullo sfondo il serbatoio di accumulo. (per gentile concessione di Marcelo Juanico) 1. Introduzione

13 12 Negli ultimi anni, anche in Italia sono stati realizzati o sono in corso di realizzazione sistemi di trattamento estensivi finalizzati al riutilizzo delle acque reflue. Ad esempio, a S. Michele di Ganzaria in provincia di Catania, è in corso di realizzazione un sistema di trattamento finalizzato al riuso delle acque reflue (Barbagallo et al., 2003a), in cui a valle di un impianto di depurazione esistente di tipo convenzionale (filtri percolatori e sedimentazione secondaria), si prevede la realizzazione di un sistema di fitodepurazione costituito da 4 letti a flusso subsuperficiale e di un sistema di accumulo costituito da 2 serbatoi. Allo stato attuale, è in esercizio uno dei quattro letti di fitodepurazione, la restante parte del sistema è in corso di finanziamento. Recentemente a livello internazionale (Oron et al., 1999; Tchobanoglous, 2002) si sta progressivamente affermando la pratica di trattare e riutilizzare le acque reflue prodotte dagli insediamenti abitativi o produttivi isolati di piccole dimensioni (case sparse, villaggi turistici, agroindustrie, ecc.), direttamente vicino al punto di origine. Tali sistemi denominati decentralized systems, si contrappongono alla filosofia dei grandi sistemi di raccolta e depurazione centralizzati, che a partire dagli anni 70 hanno avuto tanto successo anche in Italia. Il fallimento gestionale di taluni sistemi centralizzati, gli elevati costi di collettamento, l elevato impatto ambientale sui corpi ricettori a causa della concentrazione puntuale degli scarichi, nonché la disponibilità delle acque reflue depurate in aree in cui non vi è interesse o possibilità di riutilizzo, ha comportato in alcuni casi una sostanziale revisione degli schemi depurativi privilegiando ove possibile, soluzioni decentralizzate attraverso l impiego di sistemi di depurazione a bassa tecnologia ovvero di sistemi naturali. In tali casi il riuso delle acque depurate è principalmente finalizzato a (Lazarova et al., 2002; Tchobanoglous, 2002): l alimentazione degli scarichi dei wc tramite la realizzazione di reti duali; l irrigazione delle aree a verde ( landscape irrigation ). 1.4 Aspetti normativi I trattamenti naturali delle acque reflue urbane In Italia, la direttiva 271/1991 dell Unione europea concernente la qualità delle acque di scarico è stata recepita con il D.Lgs. 152/1999 (successivamente modificato ed integrato dal D.Lgs. 258/2000); con tale decreto sono stati imposti nuovi limiti per lo scarico delle acque reflue depurate ed è stata abrogata la Legge Merli (L. 319/1976) che fino a quella data ha regolato il settore della depurazione delle acque. I nuovi limiti di emissione fissati con il D.Lgs. 152/1999 sono stati differenziati nel caso che lo scarico degli impianti di trattamento dei reflui avvenga in corpi idrici recettori situati in aree sensibili 8. Nella tabella 1.1 sono riportati i limiti di emissione per gli impianti di acque reflue urbane che recapitano in corpi idrici superficiali. In tale tabella i limiti di emissione sono differenziati in funzione degli abitanti equivalenti (AE) e dell area (non sensibile o sensibile), inoltre sono indicate le percentuali minime di riduzione dei parametri inquinanti 258/ La definizione di aree sensibili è riportata nell All. 6 del D.Lgs. 152/1999 come modificato dal D.Lgs.

14 in rapporto al carico inquinante e le tipologie di trattamento considerate minime per il raggiungimento dei suddetti limiti. 13 Nel D.Lgs. 152/1999 (artt. 31 e 32) vengono fissati i limiti temporali entro cui dovranno adeguarsi gli scarichi degli impianti di depurazione. Entro il (data limite fissata nel decreto), tutto il sistema depurativo italiano dovrà adeguarsi a limiti molto più restrittivi di quelli precedentemente fissati dalla legge Merli. Nel medesimo decreto (Allegato 5, paragrafo 3), viene consigliata l adozione di alcune tecnologie di trattamento naturale quali lagunaggio o la fitodepurazione per tutti gli agglomerati con popolazione equivalente compresa tra 50 e AE e, laddove le caratteristiche territoriali e climatiche lo consentano, per gli agglomerati in cui la popolazione equivalente fluttuante sia superiore al 30% della popolazione residente. Inoltre. il ricorso a tali tecnologie viene auspicato anche per gli agglomerati di maggiori dimensioni con popolazione equivalente compresa tra i e i AE, come trattamento di affinamento da realizzarsi a valle di impianti a fanghi attivi o a biomassa adesa. Queste disposizioni normative hanno dato un grande impulso al settore della depurazione naturale e risvegliato l interesse di tecnici ed amministratori, che, fino a qualche anno fa, hanno praticamente snobbato le tecniche estensive di depurazione; nonostante da oltre un decennio, l impiego del lagunaggio per le piccole comunità e medie comunità sia auspicato da molti esperti e ricercatori italiani come Masotti (1993). Nel D.Lgs 152/1999 sono contenuti anche importanti riferimenti al riutilizzo delle acque reflue (Indelicato e Somma, 2003), in particolare nei seguenti articoli: art. 23, comma 3, che regola le concessioni idriche, ove si invita a tenere conto delle possibilità di utilizzo delle acque reflue depurate; art. 25, commi 1 e 2, in cui si sancisce l obbligo da parte di chi gestisce o utilizza la risorsa idrica all adozione di misure volte all incremento del riciclo e del riutilizzo, con l adozione di reti duali e contatori differenziati, compresi incentivi economici con tariffe differenziate; art. 26, comma 1 (in sostituzione dell art. 14 della L. 36/ legge Galli, disposizioni in materia di risorse idriche), che incentiva nelle utenze industriali il riutilizzo delle acque reflue o già usate nel ciclo produttivo; art. 26, comma 2 (in sostituzione di quanto previsto nell art. 6 della medesima legge Galli ), dove si fa riferimento ad un ulteriore decreto che definisca le norme tecniche per il riutilizzo delle acque reflue. In applicazione dell art. 26 del D.Lgs. 152/99 il Ministero dell Ambiente e della Tutela del Territorio ha recentemente emanato il regolamento che stabilisce le Norme tecniche per il riutilizzo delle acque reflue (D.M. n.185 del 12 giugno 2003). Il regolamento stabilisce che il riutilizzo delle acque reflue deve avvenire in condizioni di sicurezza ambientale e che il riutilizzo è liberamente consentito previo trattamento di recupero 9 diretto ad assicurare il rispetto dei requisiti di qualità previsti per il riuso. 9 Il D.M. n. 185/2003 definisce come recupero: la riqualificazione di un acqua reflua, mediante adeguato trattamento depurativo, al fine di renderla adatta alla distribuzione per specifici utilizzi. 1. Introduzione

15 I trattamenti naturali delle acque reflue urbane 14 Le destinazioni d uso ammissibili delle acque reflue recuperate, riportate nel suddetto decreto, sono le seguenti: a) irriguo: per l irrigazione di colture destinate sia alla produzione di alimenti per il consumo umano ed animale sia a fini non alimentari, nonché per l irrigazione di aree destinate al verde o ad attività ricreative o sportive; b) civile: per il lavaggio delle strade dei centri urbani; per l alimentazione dei sistemi di raffreddamento e riscaldamento; per l alimentazione di reti duali di adduzione, separate da quelle delle acque potabili, con esclusione dell utilizzazione diretta di tale acqua negli edifici ad uso civile, ad eccezione degli impianti di scarico nei servizi igienici; c) industriale: come acqua antincendio, di processo, di lavaggio e per i cicli termici dei processi industriali, con l esclusione degli usi che comportano un contatto tra le acque reflue recuperate e gli alimenti o i prodotti farmaceutici e cosmetici. Nella tabella 1.2 sono indicati alcuni dei parametri chimico-fisici e microbiologi ed i relativi requisiti minimi di qualità delle acque reflue destinate al riutilizzo, per come riportato nella tabella 10 allegata al D.M. n.185/2003, con le seguenti precisazioni: per il riuso irriguo i limiti riportati per fosforo ed azoto possono essere elevati rispettivamente a 10 e 35 mg/l, fatte salve le prescrizioni nel caso di aree irrigue ubicate in zone vulnerabili ai nitrati; le Regioni per un periodo di 3 anni possono autorizzare, con alcune limitazioni, per il parametro Escherichia coli fino a 100 UFC/100 ml (80% dei campioni) con un massimo di 1000 UFC/100mL, solo nel caso di riuso per scopo irriguo, e a condizione che il metodo irriguo non comporti il contatto dei prodotti edibili crudi con l acqua di irrigazione, e che le zone irrigate non includano aree a verde aperte al pubblico; per le acque reflue provenienti da lagunaggio e fitodepurazione i limiti di Escherichia coli sono aumentati a 50 UFC/100 ml (80% dei campioni) e 200 UFC/100 ml (valore puntuale massimo); i valori limite riportati in tabella per i parametri ph, azoto ammoniacale, conducibilità elettrica specifica, alluminio, ferro, manganese, cloruri, e solfati, sono da considerare valori guida (per la conducibilità elettrica il valore limite è 4 ds/m), per i quali le Regioni possono autorizzare limiti diversi previo parere del Ministero dell Ambiente e della Tutela del Territorio. In nessuna circostanza è comunque ammesso il superamento dei limiti previsti per lo scarico in corpo idrico (tabella 3 dell allegato 5 del D.Lgs. 152/99); in caso di riutilizzo per destinazione industriale, le parti interessate possono fissare limiti specifici in relazione alle esigenze dei cicli produttivi, nel rispetto comunque dei limiti allo scarico in corpo idrico (tabella 3 dell allegato 5 del D.Lgs. 152/ 99). 10 La tabella completa, allegata al D.M. n. 185/2003, è disponibile sulla G.U.R.I. n. 169, serie generale, del 23 luglio2003.

16 Inoltre, nel D.M. n.185/2003, allo scopo di incentivare il riutilizzo delle acque nel settore irriguo e civile si stabilisce che: l acqua reflua recuperata è conferita dal titolare dell impianto di recupero al titolare della rete di distribuzione senza oneri a carico di quest ultimo; il soggetto titolare della rete di distribuzione (che può essere diverso dal titolare dell impianto di recupero) fissa la tariffa relativa alla distribuzione delle acque reflue recuperate. 15 Tabella 1.1 Limiti di emissione per gli impianti di acque reflue urbane che recapitano in corpi idrici superficiali (All. 5 - D.Lgs. 152/1999 come modificato dal D.Lgs. 258/2000) Popolazione Aree non sensibili Aree sensibili < AE trattamento appropriato trattamento secondario o equivalente Valore Efficienza % Valore Efficienza % AE BOD 5 < 25 mg/l COD< 125 mg/l SST < 35 mg/l BOD 5 < 25 mg/l COD< 125 mg/l SST < 35 mg/l trattamento secondario o equivalente trattamento avanzato AE Valore Efficienza % Valore Efficienza % BOD 5 < 25 mg/l COD< 125 mg/l SST < 35 mg/l BOD 5 < 25 mg/l COD<125 mg/l SST < 35 mg/l Ntot < 15 mg/l Ptot < 2 mg/l trattamento secondario o equivalente trattamento avanzato > AE Valore Efficienza % Valore Efficienza % BOD 5 < 25 mg/l COD<125 mg/l SST < 35 mg/lâ BOD 5 < 25 mg/l COD<125 mg/l SST < 35 mg/l N tot < 10 mg/l P tot < 1 mg/l AE: abitanti equivalenti 1. Introduzione

17 16 Tabella 1.2 Valori limite di alcuni parametri per il riutilizzo delle acque reflue all uscita dell impianto di depurazione (D.M. n. 185/2003) Parametro Unità di misura Valore limite ph 6-9,5 SAR 10 Materiali grossolani Assenti Solidi sospesi totali mg/l 10 BOD 5 mg/l 20 COD mg/l 100 Fosforo totale * mg/l 2 Azoto totale * mg/l 15 Azoto ammoniacale mg/l 2 Conducibilità elettrica ds/m 3 Alluminio mg/l 1 Arsenico mg/l 0,02 Bario mg/l 10 Berillio mg/l 0,1 Boro mg/l 1,0 Cadmio mg/l 0,005 Cobalto mg/l 0,05 Cromo totale mg/l 0,1 Cromo VI mg/l 0,005 I trattamenti naturali delle acque reflue urbane Ferro mg/l 2 Manganese mg/l 0,2 Mercurio mg/l 0,001 Nichel mg/l 0,2 Piombo mg/l 0,1 Rame mg/l 1 Selenio mg/l 0,01 Stagno mg/l 3 Zinco mg/l 0,5

18 Cianuri Totali (come CN) mg/l 0,05 17 Solfuri mg/l 0,5 Solfiti mg/l 0,5 Solfati mg/l 500 Cloro attivo mg/l 0,2 Cloruri mg/l 250 Fluoruri mg/l 1,5 Grassi e oli animali/ vegetali mg/l 10 Oli minerali mg/l 0,05 Fenoli totali mg/l 0,1 Tensioattivi totali mg/l 0,5 Escherichia coli ** UFC/100 ml 10 (80% dei campioni) 100 (valore max) Salmonella UFC/100 ml Assente (100% dei campioni) * Per il riuso irriguo i limiti riportati per fosforo ed azoto possono essere elevati rispettivamente a 10 mg/l e 35 mg/l. ** Per le acque reflue recuperate provenienti da lagunaggio o fitodepurazione valgono i limiti di 50 UFC/100 ml (80% dei campioni) e 200 UFC/100 ml (valore puntuale massimo). 1. Introduzione

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20 2 Fitodepurazione 19 Giuseppe Luigi Cirelli, Attilio Toscano Dipartimento di Ingegneria Agraria - Università di Catania 2.1 Generalità La fitodepurazione è una tecnica di trattamento naturale che riproduce, in un ambiente controllato, i processi di depurazione caratteristici delle zone umide e prevalentemente ottenuti dall azione combinata di suolo, vegetazione e microrganismi. I sistemi di fitodepurazione sono stati sviluppati ed utilizzati a partire dagli anni 80 soprattutto negli USA e in Europa centrale. Oggi in Europa esistono diverse migliaia di impianti di fitodepurazione in esercizio (Vymazal et al., 1998a; Vismara et al., 2000), per lo più ubicati in Germania, Danimarca, Regno Unito, Austria, Slovenia e Svizzera; solo di recente, anche in Italia, si è sviluppato un certo interesse nei confronti di questa tipologia di trattamento (Masi et al., 2000). I sistemi di fitodepurazione (nella letteratura tecnica internazionale vengono indicati come constructed wetlands = aree umide costruite) sono generalmente costituiti da bacini artificiali poco profondi, spesso riempiti di materiale granulare inerte, e vegetati con piante acquatiche (macrofite) atte a riprodurre i naturali processi autodepurativi tipici delle zone umide. In particolare, vengono utilizzate piante vascolari particolarmente adatte alla crescita in terreni saturi grazie alla notevole presenza di tessuti aerenchimi che, in alcuni casi, possono arrivare ad occupare anche il 60% del volume totale dei tessuti della pianta (Belgiorno et al., 2001). I diversi sistemi di fitodepurazione possono essere classificati (figura 2.1) in funzione della tipologia di macrofite utilizzate (Brix, 1993): sistemi a macrofite galleggianti: vengono utilizzate delle piante acquatiche che si sviluppano sulla superficie dei bacini in cui vengono immesse le acque reflue; sistemi a macrofite radicate sommerse: si fa ricorso ad essenze vegetali radicate al fondo del bacino e con il fusto totalmente immerso nel liquame; sistemi a macrofite radicate emergenti: vengono impiegate essenze vegetali radicate al fondo ed aventi l apparato radicale, ed eventualmente solo parte dello stelo, immerso nel liquame. Una ulteriore classificazione dei sistemi di fitodepurazione a macrofite è quella effettuata sulla base del regime di funzionamento idraulico: sistemi a flusso superficiale; sistemi a flusso subsuperficiale. 2. Fitodepurazione

21 110 6 Esperienze di accumulo per il trattamento delle acque reflue: il caso studio di Caltagirone (Catania) 6.1 Premessa...» Descrizione dell impianto...» Metodologia...» Risultati...» Conclusioni...» 95 Bibliografia...» 97 Glossario...» 103 Indice

22 Applicazioni La depurazione delle acque reflue di origine civile e/o industriale costituisce uno dei punti cardine delle politiche di tutela ambientale intraprese a livello europeo (Commissione Europea, 2003). Generalmente per le comunità medio-piccole la causa del mancato funzionamento ovvero della scarsa efficienza depurativa degli impianti dipende dall assenza di personale qualificato e dagli elevati oneri di esercizio e di manutenzione. Per ovviare a tale inconveniente, come del resto già avviene da qualche decennio in altre nazioni, particolare interesse ha suscitato in Italia l applicazione di trattamenti naturali come la fitodepurazione, il lagunaggio e l accumulo in serbatoi. Tali tecnologie vengono illustrate nel volume grazie anche alla presentazione di alcuni casi-studio. Aggiornato al D.M. Ambiente 12 giugno 2003, n. 185 (Norme tecniche per il riutilizzo delle acque reflue), il testo si presenta come una guida pratica ai sistemi di depurazione estensivi. Giuseppe Luigi Cirelli, Dottore di Ricerca in Idronomia ambientale, nonchè Professore Associato nel settore scientifico-disciplinare di Idraulica Agraria e Sistemazioni Idraulico Forestali presso la Facoltà di Agraria dell Università degli Studi di Catania, svolge la sua attività di ricerca nel Dipartimento di Ingegneria Agraria. Professionisti, tecnici e imprese Gruppo Editoriale Esselibri - Simone sistemi editoriali, una rete di volumi e di strumenti interattivi. Edilizia: norme e tecniche Ambiente e Territorio: norme e tecniche Architettura sostenibile Sicurezza e Lavoro Igiene e Alimenti Software per l edilizia Volumi collegati: A15 - La disciplina giuridica dei reflui zootecnici ed oleari A12 - L inquinamento idrico A9 - Codice delle acque Se sistemi editoriali