Impostazione funzionale e dimensionamento delle vasche di prima pioggia. Gianfranco Becciu

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1 Impostazione funzionale e dimensionamento delle vasche di prima pioggia Gianfranco Becciu

2 Le vasche di prima pioggia LE VASCHE DI PRIMA PIOGGIA SONO INVASI PER L ACCUMULO TEMPORANEO DI UNA PARTE DELLE ACQUE CONVOGLIATE DAL SISTEMA FOGNARIO DURANTE GLI EVENTI DI PIOGGIA. POSSONO ESSERE INSERITE SIA NELLE RETI FOGNARIE UNITARIE CHE NELLE RETI METEORICHE DI SISTEMI SEPARATI.

3 Sistema separato perfetto e senza inquinamento delle superfici (non necessità di vasche di prima pioggia) Sistema misto Vasca volano infiltrazione se compatibile Vasca di prima pioggia infiltrazione se compatibile Vasca di prima pioggia e vasca volano

4 Funzione delle vasche di prima pioggia RIDURRE L IMPATTO SULL AMBIENTE DEGLI SCARICATORI DI PIENA DELLE FOGNATURE LIMITARE IL NUMERO ANNUO DI SCARICHI RIDURRE LE MASSE DI INQUINANTI SVERSATE NEI CORPI IDRICI RICETTORI CONSTRIBUIRE AL RISPETTO DEI LIMITI DI LEGGE SULLE CONCENTRAZIONI DI INQUINANTI NELLE ACQUE SCARICATE

5 Elementi per il dimensionamento di una vasca di prima pioggia 1. QUALE VOLUME? 2. QUALE TIPO DI VASCA? 3. QUALE FORMA SCEGLIERE? 4. QUALE SISTEMA DI LAVAGGIO?

6 Volume della vasca I criteri di progetto delle vasche di prima pioggia si possono basare su diversi criteri, legati alle concentrazioni di inquinanti allo scarico o nel corpo idrico ricettore, al numero medio annuo di scarichi, alla quantità di massa sversata, ecc. In Italia il criterio prevalente è quello di ASSUMERE PER LA VASCA IL VOLUME DELLE COSIDDETTE PRIME PIOGGE.

7 Volume della vasca L acqua di prima pioggia è definita come la parte del volume di pioggia nella quale si concentrano generalmente la maggior parte degli inquinanti per effetto del cosiddetto first flush. Un valore standard è di 5 mm di pioggia considerati uniformemente distribuiti sul bacino e concentrati nei primi 15 minuti dell evento meteorico. I regolamenti regionali usano quindi come valore di riferimento un volume pari a 50 m 3 /ha imp, in qualche caso ridotto a 25 m 3 /ha imp per lo scarico nei corpi idrici non significativi.

8 First flush e massa inquinante intercettata

9 First flush e massa inquinante intercettata

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14 Scelta del tipo di vasca LA TIPOLOGIA DELLA VASCA PIU ADATTA DIPENDE DALLE CARATTERISTICHE DEL SISTEMA FOGNARIO IN CUI ESSA SI INSERISCE. IN GENERALE LA SCELTA TRA VASCHE IN LINEA E FUORI LINEA DIPENDE PRINCIPALMENTE DALLE QUOTE DISPONIBILI PER LO SCARICO E PER LO SFIORO DELLE ACQUE, DALLO SPAZIO DISPONIBILE PER LA REALIZZAZIONE. LA SCELTA TRA VASCHE DI TRANSITO E QUELLE DI CATTURA DIPENDE PRINCIPALMENTE DALL ANDAMENTO CARATTERISTICO DELLE CONCENTRAZIONI DI INQUINANTI NELLE ACQUE DRENATE.

15 Scelta del tipo di vasca LE VASCHE SI POSSONO DISTINGURE FUNZIONALMENTE SIA DAL PUNTO DI VISTA DEL MECCANISMO DI RIEMPIMENTO : VASCHE IN LINEA e VASCHE FUORI LINEA CHE DAL PUNTO DI VISTA DEL MECCANISMO DI SCARICO DI TROPPO PIENO : VASCHE DI TRANSITO e VASCHE DI CATTURA

16 Vasche in linea Nelle vasche in linea transitano tutte le acque convogliate dalla rete fognaria a monte. La vasca si riempie quando la portata in arrivo da monte supera, per effetto di una pioggia, il valore limite ammissibile per il sistema fognario-depurativo a valle. Questa portata limite normalmente è pari a 3 5 volte la portata nera media nelle reti unitarie e a 2 4 volte nelle reti meteoriche.

17 Vasche in linea LE VASCHE DI PRIMA PIOGGIA IN LINEA SONO FUNZIONALMENTE EQUIVALENTI AGLI SCARICATORI A BACINO DI CALMA.

18 Vasche di prima pioggia IN LINEA Schemi di funzionamento 15 IN TEMPO SECCO IN RIEMPIMENTO A VASCA PIENA Scarico al ricettore Scarico al ricettore Scarico al ricettore Scarico di troppo pieno Scarico di troppo pieno Scarico di troppo pieno Bocca di controllo Condotto derivatore verso la depurazione Bocca di controllo Condotto derivatore verso la depurazione Bocca di controllo Condotto derivatore verso la depurazione Max livello in vasca Max livello in vasca Vantaggi: Svantaggi: - collegamenti idraulici semplici - bypass > evita miscelazione tra acque invasate e da sfiorare - può essere svuotata a gravità - anche per Q<Q soglia la corrente attraversa la vasca PP (senza invaso) - in caso di bocca fissa > portate in uscita molto variabili - difficile da rendere autopulenti

19 Vasche fuori linea Nelle vasche fuori linea transitano solo le acque provenienti dall emissario dello scaricatore di piena a monte. La vasca si riempie, anche in questo caso, quando la portata in arrivo allo scaricatore di piena a monte supera, per effetto di una pioggia, la portata limite per il sistema fognario-depurativo a valle.

20 Vasche fuori linea LE VASCHE DI PRIMA PIOGGIA FUORI LINEA RICHIEDONO UNO SCARICATORE DI PIENA A MONTE.

21 Vasche di prima pioggia FUORI LINEA Schemi di funzionamento 18 IN TEMPO SECCO IN RIEMPIMENTO A VASCA PIENA Scarico al ricettore Scarico al ricettore Scarico al ricettore Scarico di troppo pieno Scarico di troppo pieno Scarico di troppo pieno Bocca di controllo Condotto derivatore verso la depurazione Bocca di controllo Condotto derivatore verso la depurazione Bocca di controllo Condotto derivatore verso la depurazione Max livello in vasca Max livello in vasca Vantaggi: Svantaggi: - portata verso valle è meno variabile rispetto allo schema in linea - invaso solo per Q>Q soglia > vasca vuota in tempo secco - bypass > evita miscelazione tra acque invasate e da sfiorare - più facilmente inseribile nel tessuto urbano - collegamenti idraulici più complessi - per lo svuotamento è spesso necessario usare una pompa

22 Vasche di transito e di cattura Nelle vasche di TRANSITO lo scarico a vasca piena avviene dopo il transito delle acque in eccesso. Si ha dunque il miscelamento delle acque di seconda pioggia con quelle di prima pioggia accumulate nella vasca. Sono più efficaci nel caso del cosiddetto late flush, cioè quando le concentrazioni degli inquinanti rimangano significative dopo la prima parte dell evento. Nelle vasche di CATTURA lo scarico avviene a monte della vasca, mediante un manufatto di by-pass. Le acque di seconda pioggia vengono quindi scaricate senza il miscelamento con quelle di prima pioggia accumulate in vasca. Queste vasche sono comunque dotate anche di uno scaricatore superficiale di emergenza. Sono più efficaci nel caso di first flush significativo. Questo secondo tipo è generalmente preferito e in molti casi esplicitamente prescritto dalle norme.

23 Vasche di transito IN LINEA FUORI LINEA

24 Vasche di cattura 21 MISTA SEPARATA nera bianca IN LINEA Scarico al ricettore Scarico al ricettore Scarico di troppo pieno Bocca di controllo Condotto derivatore verso la depurazione Scarico di troppo pieno Condotto derivatore verso la depurazione Corpo idrico ricettore VASCA DI PRIMA PIOGGIA di capacità W pp MISTA nera bianca SEPARATA Ripartitore / Bypass (devia portate a vasca piena) FUORI LINEA Scarico al ricettore Scarico di troppo pieno Scarico al ricettore Scarico di troppo pieno Scaricatore (devia portate superiori alla soglia) Bocca di controllo Condotto derivatore verso la depurazione Bocca di controllo Condotto derivatore verso la depurazione

25 Tipologia di vasca e massa intercettata

26 Tipo di fognatura e massa intercettata

27 Vasche chiarificatrici Un tipo di vasche particolare sono le vasche chiarificatrici. Hanno un comportamento funzionale intermedio tra le vasche di transito e quelle di cattura. Raggiunto il massimo riempimento, le portate da scaricare attraversano comunque la vasca (come nelle vasche di transito), ma l uso di limitatori di portata allo scarico di troppo pieno dalla vasca e l attivazione successiva di uno scarico a monte (scarico d emergenza) fa sì che la parte più rilevante delle acque in eccesso non si mescolino alle acque invasate (come nelle vasche di cattura).

28 Scarico di troppo pieno

29 Combinazione scarico di troppo pieno e di emergenza

30 Combinazione scarico di troppo pieno e di emergenza Riadattato da Brombach et al., Clarifiers type CSO tanks: hydrailic design for optimim sedimentation efficiency, 11 ICUD, Edimburgh, 2008.

31 Combinazione scarico di troppo pieno e di emergenza

32 Forme della vasca LE FORME GENERALMENTE USATE PER LE VASCHE DI PRIMA PIOGGIA SONO TRE: RETTANGOLARE QUADRATA CIRCOLARE La forma rettangolare è la più comune, sia per la semplicità realizzativa, sia per la maggiore efficienza dei sistemi di pulizia. La forma circolare consente di minimizzare il perimetro della vasca e quindi i costi di realizzazione. Le maggiori complessità realizzative però ne limitano l adozione. La forma quadrata risulta la meno efficiente per quanto riguarda la sedimentazione e la pulizia. E quindi generalmente sconsigliata. Un caso particolare sono le vasche realizzate mediante una tubazione di dimensioni maggiorate (Supertubo). Consentono l inserimento della vasca anche in spazi sotterranei ristretti.

33 Forme della vasca Le proporzioni della vasca possono essere calcolate secondo il criterio dell efficienza di sedimentazione: V = velocità longitudinale = Q/(bh) V S = velocità di sedimentazione = g(ρ S ρ A )D 2 /(18µ) (Legge di Stokes) Imponendo che il tempo di sedimentazione sia uguale al tempo di percorrenza della vasca risulta che V s = V A = Q/(bL) = velocità superficiale

34 Forme della vasca In generale è opportuno che le vasche rettangolari siano allungate per agevolare sia la sedimentazione, che i processi di pulizia. Le norme ATV suggeriscono che i rapporti di forma della vasca risultino entri i limiti seguenti : 10 < L/h < 15 3 < L/b < < b/h < 4 Le norme tedesche ATV suggeriscono i seguenti valori di progetto: Q = l/(sha imp ) V A < 10 m/ora V h = velocità verticale = Q/(bh) < 5 cm/s

35 Sistemi di lavaggio Esistono diversi sistemi di pulizia delle vasche: PARATOIE SISTEMI A DEPRESSIONE VASCHE RIBALTANTI MIXER ED EIETTORI I primi tre sistemi si attivano dopo che la vasca si è svuotata, creando un onda che rimuove i sedimenti e li avvia verso lo scarico. Il quarto sistema si attiva prima del completo svuotamento, per mettere in sospensione i solidi presenti nell acqua invasata e avviarli verso lo scarico.

36 Sistemi di lavaggio Ogni sistema di lavaggio è applicabile a tutte le possibili tipologie di vasche (in linea o fuori linea, di transito o di cattura) I costi di realizzazione dei diversi sistemi sono equivalenti, mentre i costi operativi sono differenziati. In generale, i sistemi di lavaggio mediante paratoie presentano i minori consumi energetici, mentre quelli con mixer ed eiettori i maggiori. I sistemi ad eiettori aria-acqua, dall altro lato, riducono significativamente i fenomeni putrefattivi di tipo anaerobico.

37 Sistema a vasche paratoie (Papiri, 2008)

38 Sistema a depressione (Papiri, 2008)

39 Sistema a vasche ribaltanti (Papiri, 2008)

40 Sistema con eiettori (Papiri, 2008)

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