Corpi idrici e impianti di depurazione

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1 Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale, Aerospaziale dei Materiali Associazione studentesca Vivere Ingegneria nell Ateneo Università di Palermo Palermo, 6 maggio 2015 Seminario Progetto, impatto urbano e riqualificazione di un impianto di depurazione Corpi idrici e impianti di depurazione Prof. Ing. Gaspare Viviani

2 Sommario: a) inquadramento normativo; b) la qualità dei corpi idrici; c) interventi per la riduzione dell impatto antropico; d) analisi di alcuni casi di studio.

3 IL QUARDO NORMATIVO SUL GOVERNO DELLE ACQUE: IL D.LGS. 152/2006 Differenti settori di intervento, al fine di regolare l uso dell acqua o la sua salvaguardia: a) difesa del suolo e rischio idrogeologico; b) risorse idriche; c) inquinamento idrico. Stretta dipendenza tra: problemi di quantità e qualità delle acque; interconnessione tra aspetti tecnici e normativi. Le ultime modifiche del D.lgs. 152/06 hanno recepito i contenuti della Direttiva 2000/60 ( Direttiva quadro sulle acque ), che regola la gestione delle acque a livello comunitario.

4 L INQUINAMENTO IDRICO: IL D.LGS. 152/06 Oggetto del Decreto: la protezione e il risanamento dei corpi idrici e la regolamentazione delle reti fognarie e dei sistemi depurativi. Principi di base del Decreto: i limiti degli scarichi, e quindi i conseguenti livelli di trattamento, vanno fissati con l obiettivo di garantire voluti obiettivi di qualità per il corpo idrico; tali limiti vanno individuati partendo dal bilancio globale di tutti gli apporti, naturali e antropici, che pervengono nel corpo idrico e che contribuiscono a formarne lo stato di salute.

5 FASI DA SEGUIRE PER IL RISANAMENTO DEI CORPI IDRICI SECONDO IL D.LGS. 152/06 Le fasi attraverso cui si sviluppano le attività di risanamento dei corpi idrici sono: a) la definizione di obiettivi di qualità per i singoli usi, a cui le risorse sono finalizzate; b) il monitoraggio delle caratteristiche dei corpi idrici e delle possibili fonti di inquinamento; c) l'identificazione dello stato di qualità dei corpi idrici e la loro conseguente classificazione; d) l individuazione dei provvedimenti per il risanamento dei corpi idrici, idonei per raggiungere l obiettivo di qualità voluto.

6 GLI OBIETTIVI DI QUALITÀ DEI CORPI IDRICI Il D.lgs. 152/06 definisce due classi di obiettivi di qualità che devono essere garantiti per i corpi idrici significativi : a) l'obiettivo di qualità per specifica destinazione individua lo stato dei corpi idrici idoneo a una particolare utilizzazione (uso potabile, balneazione, vita dei pesci e dei molluschi); b) l'obiettivo di qualità ambientale è definito in funzione della capacità dei corpi idrici di mantenere i processi naturali di autodepurazione e di supportare comunità animali e vegetali ampie e ben diversificate.

7 OBIETTIVI DI QUALITA AMBIENTALE Sono identificati 5 stati di qualità ambientale, così definiti: Corpi idrici superficiali (rif. Tab.2 del All.1 del D.dls. 152/99) Elevato Buono Sufficiente Scadente Pessimo Acque sotterranee (rif. Tab.3 del All.1 del D.dls. 152/99) Elevato Buono Sufficiente Scadente Naturale particolare Sostanziale novità rispetto al passato, con attenzione finalmente al rispetto dell ecosistema e delle sue componenti biotiche e abiotiche, con superamento della precedente visione antropocentrica. La Direttiva quadro sulle acque (2000/60/CE) fissa al 2015 il limite per il raggiungimento dello stato di qualità buono.

8 G. Viviani - Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale, Aerospaziale, dei Materiali - Università di Palermo I CORPI IDRICI SIGNIFICATIVI La procedura di monitoraggio, classificazione e risanamento deve essere limitata ai corpi idrici significativi. I criteri per l individuazione dei corpi idrici significativi sono riportati nel Decreto e riguardano: corsi d acqua superficiali laghi acque marine costiere acque di transizione corpi idrici artificiali acque sotterranee Per la Sicilia, in pratica riguardano buona parte delle acque interne (fiumi, laghi), esterne (mare) e dei corpi idrici sotterranei.

9 G. Viviani - Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale, Aerospaziale, dei Materiali - Università di Palermo LE ATTIVITA DI MONITORAGGIO a) i corpi idrici superficiali Per il monitoraggio dei corpi idrici superficiali si rilevano parametri relativamente alle seguenti matrici: acqua biota sedimenti b) i corpi idrici sotterranei: Per il monitoraggio delle acque sotterranee si rilevano: misure quantitative (livello piezometrico, portate) misure qualitative (analisi chimiche)

10 CLASSIFICAZIONE CORPI IDRICI Lo Stato di qualità ambientale attuale dei corpi idrici è identificato mediante il valore assunto da alcuni parametri indicatori, determinato mediante l elaborazione di dati e misure ricavate a seguito della fase di monitoraggio: Acque correnti LIM Livello Inquinamento da Macrodescrittori IBE Indice Biotico Esteso SECA Stato Ecologico Acque Correnti SACA Stato Ambientale Acque Correnti Laghi Acque marine Acque sotterranee SEL Stato Ecologico Laghi SAL Stato Ambientale Laghi TRIX Indice Trofico SAM Stato Ambientale marino SQAS Stato Quantitativo Acque Sotterranee SCAS Stato Chimico Acque Sotterranee SAAS Stato Ambientale Acque Sotterranee

11 CONSEGUENZE DEL MONITORAGGIO E DELLA CLASSIFICAZIONE DEI CORPI IDRICI AI FINI DEL RISPETTO DEGLI OBIETTIVI DI QUALITA Nel caso in cui il monitoraggio evidenzi uno stato di qualità inferiore al minimo richiesto (buono entro il 2015 per la Direttiva 2000/60) occorre individuare le cause che determinano tale stato, prevedendo interventi di riduzione dei contributi inquinanti (emissioni). In ogni caso, va garantito il rispetto dei livelli minimi definiti dalla norma (limiti tabellari del D.lgs. 152/06), anche se può essere necessario applicare limiti sulle emissioni inferiori a quelli minimi.

12 INTERVENTI POSSIBILI PER IL RISPETTO DEGLI OBIETTIVI DI QUALITA Interventi tradizionali: depurazione degli scarichi concentrati di origine urbana e produttiva; Altri interventi: mirati a contenere anche gli scarichi diffusi (agricoli, zootecnici) e/o le caratteristiche del corpo idrico ai fini di aumentarne il potere di autodepurazione: controllo dei DMV (deflussi minimi vitali) per la diluizione minima, ricarica falda, riuso acque reflue. Lo strumento di programmazione degli interventi di risanamento dei corpi idrici è il Piano di Tutela.

13 NECESSITA DI FARE RICORSO A MODELLI La procedura di monitoraggio, classificazione e risanamento dei corpi idrici messa a punto con la normativa (D.lgs. 152/99; Direttiva 2000/60; D.lgs. 152/2006) richiede l applicazione di modelli mirati a: simulare il rapporto causa-effetto tra l uso del corpo idrico (attività naturali e antropiche produttrici di inquinanti) e il suo stato di qualità; consentire un uso previsionale, ai fini di valutare preventivamente le conseguenze degli interventi mirati al risanamento dei corpi idrici che non raggiungono i livelli minimi di qualità ambientale. Necessità di campagne di misura, significative nello spazio e nel tempo, ai fini di una piena calibrazione e validazione dei modelli.

14 MODELLI DI QUALITÀ DEI CORPI IDRICI Possibili classificazioni: Modelli fisici e matematici Modelli deterministici e stocastici Modelli concettuali e fisicamente basati Modelli a parametri concentrati e distribuiti Differenza per scala spaziale: a scala di bacino imbrifero e a scala regionale Differenza per scala temporale: per singolo evento, stagionale, annuale, continuo

15 MODELLI DI QUALITÀ FLUVIALE INPUT IDRA UL ICO (PORTATE) MODELLO IDRAULICO Supporto indispensabile: Descrive il moto della massa d'acqua in funzione del tipo e del numero di variabili simulate INPUT DI QUALITA' (BOD,NH4) MODELLO CHIMICO Dinamica della degradazione degli inquinanti: Int eraz ione fra BOD ed Ossigeno Disciolt o MODELLO BIOCHIMICO Dinamica dele reazioni biochimiche: Interazione fra Molecole e Microorganismi Radiazione Solare Nutrienti (N & P) MODELLO ECOLOGICO Dinamica della catena alimentare: Batteri, Alghe, Invertebrati, Pesci

16 IL MODELLO DPSIR (DIRETTIVA 2000/60/CE) Cause generatrici primarie: agricoltura industria trasporti ecc.. DRIVERS Interventi strutturali Interventi di riduzione emissioni RESPONSE Risposte: leggi piani prescrizioni ecc.. PRESSURE Bonifiche IMPACT Pressioni: emissioni in aria emissioni in acqua emissioni nel suolo ecc.. STATE Stato: qualità dell aria qualità dell acqua qualità del suolo biodiversità ecc.. Impatto: sulla salute sugli ecosistemi sulla biodiversità ecc..

17 ESEMPI DI APPLICAZIONE DELLA MODELLISTICA AMBIENTALE PER CORSI D ACQUA SICILIANI Campi di applicazione: singoli corpi idrici fluviali,, gruppi di bacini, analisi a scala regionale. Obiettivi delle applicazioni: valutazione dei parametri caratteristici dei modelli e ricostruzione dei profili di qualità lungo l asta fluviale (OD, BOD, etc.); valutazione dell impatto nel corpo idrico ricettore finale (mare) e degli effetti di possibili interventi di risanamento: valutazione delle maggiori criticità a scala regionale e delle priorità di intervento.

18 CASO DI STUDIO: IL FIUME ORETO Monreale Boccadifalco Palermo Mar Tirreno LEGENDA LIMITE DEL BACINO PRINCIPALE Pioppo Aquino PONTE PARCO LIMITE DEL BACINO DI PONTE PARCO PRESA DI S. CARìTERINA DEPURATORE DI MONREALE Altofonte Estensione bacino: 112 km 2 Dotato di una stazione idrometrica a Ponte Parco (sottobacino 76 km 2 ), a 11,6 km dalla foce Al suo interno ricadono i centri abitati di Monreale, Altofonte, Pioppo Geologia: Dolomie, Calcareniti e Argilliti Vegetazione: Macchia Mediterranea, Pascolo e Aree Boschive Clima: Mediterraneo

19 Fasi di sviluppo della ricerca a) fase conoscitiva: caratterizzazione di quantità e qualità delle acque del fiume: misure di portata meteorica e antropica e di concentrazioni dei principali inquinanti (in linea + campionamento automatico e analisi in laboratorio; 15 sezioni di misura); valutazione delle fonti inquinanti concentrate e diffuse che determinano lo stato di qualità del corpo idrico, in modo diretto (concentrazioni x portate) e indiretto (censimento delle fonti e stima dei carichi in funzione della potenzialità di queste) b) fase propositiva: analisi del rapporto causa-effetto tra fonti inquinanti e stato di qualità delle acque; valutazione dei possibili interventi per il risanamento del fiume, al fine di raggiungere i livelli minimi di qualità ambientale previsti dal D.lgs. 152/06.

20 Caso di studio: bacino del f. Oreto Centri abitati Bacino a Ponte Parco Bacino alla foce Ponte Parco Monreale Boccadifalco Altofonte Campionatore E-H H7000 Stazione idrometrica Ponte Parco: misura portate giornaliere Parametri misurati: BOD, COD, OD, Azoto, Fosforo, Tensioattivi, ph, Temperatura, SST, Conducibilità

21 Concentrazioni (media, min., max) lungo l asta principale del fiume: BOD Boccadifalco 15 concentrazione (mg/l) ,5 18,9 18,6 17, ,4 11,6 10 8,15 5,32 1,58 0 Monreale Km dalla foce 1 Pioppo Altofonte P.Maglio Blandino V. Ciambra Malpasso concentrazione (mg/l) OD ,5 18,9 18,6 17, ,4 11,6 10 8,15 5,32 1,58 0 Km dalla foce

22 Analisi dei risultati: valutazione dell impatto sul tratto di mare CORRENTOMETRIA RILEVATA AD UNA PROFONDITA' DI 1 m s.l.m. indagine a mare nell area di influenza del fiume: Rilievo del 12 giugno 2001 [cm/s] misure batimetriche e correntometriche. misure di qualità (salinità, conducibilità, temperatura) misure di quantità (portate, livelli)

23 SALINITA' NELLO STRATO COMPRESO TRA 0 E 50 cm Rilievo del 12 giugno 2001 ANDAMENTO DELLA SALINITA' IN STRATI ORIZZONTALI SOVRAPPOSTI cm Foce cm Traccia del transetto verticale Andamento della salinità lungo il transetto verticale Profondita' (m) Punti stazione

24 il maggior apporto di inquinanti è concentrati di origine urbana; da attribuire agli scarichi interventi di risanamento, per il rispetto degli standard di legge, mirati alla riduzione dei carichi riversati da attività di tipo sia civile che industriale. BOD [t/anno] ,0 17,6 14,1 11,3 10,8 9,7 7,9 0,0 distanza dalla foce [km] Valutazione dei possibili interventi di risanamento del fiume riduzione del carico [%] N [t/anno] ,0 17,6 14,1 11,3 10,8 9,7 7,9 0,0 distanza dalla foce [km] riduzione del carico [%] P [t/anno] ,0 17,6 14,1 11,3 10,8 9,7 7,9 0,0 distanza dalla foce [km] Confronto tra i carichi inquinanti, stimati lungo l asta fluviale del f. Oreto, nella situazione attuale e in quella ottenuta a seguito del trattamento degli scarichi concentrati nel rispetto dei limiti previsti dal D.lgs. 152/ riduzione del carico [%]

25 IL GOLFO DI CASTELLAMMARE Allegato 1 all Ordinanza del Vice Commissario n.65/tci del16/09/03 DELIMITAZIONE DELL AREA

26 I sistemi idrografici del Golfo di Castellammare Corpi idrici analizzati: 1 tratto marino-costiero (da Capo Rama a Capo S.Vito) 3 bacini idrografici significativi (Nocella, Jato, S. Bartolomeo), comprendenti: 2 corsi d acqua significativi (Nocella, S. Bartolomeo) 1 lago artificiale significativo (Poma)

27 IL GOLFO DI CASTELLAMMARE Allegato 2 all Ordinanza del Vice Commissario n.65/tci del16/09/03 PROGRAMMA PRELIMINARE DELLE AZIONI Ulteriori acquisizioni delle conoscenze necessarie per pervenire, entro un anno, al rilevamento delle caratteristiche del bacino drenante e all analisi dell impatto esercitato dall attività antropica. Effettuazione delle attività di monitoraggio per pervenire, entro un anno, all aggiornamento dello stato di qualità dei corpi idrici. Comune Interventi da realizzare Alcamo riuso acque reflue Castellammare completamento ID (Tab.2) S. Vito lo Capo adeguamento ID (Tab.2) Balestrate adeguamento ID (Tab.2) Terrasini adeguamento ID (Tab.2) Borgetto riuso acque reflue S. Giuseppe Jato collettore fognario Interventi in corso di realizzazione Cinisi completamento ID (Tab.2) Partinico opere di urbanizzazione S. Giuseppe Jato fognature

28 Tratto marino-costiero da Cefalù a Capo Zafferano: 50,0 45,0 40,0 BOD N P 35,0 30,0 [%] 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 Carichi di BOD, N e P rilasciati dai vari bacini afferenti, distinti in base al tipo di fonte 0,0 BM Punta Raisi-Nocella Nocella e BM Nocella- Jato Jato BM Jato-San Bartolomeo San Bartolomeo BM San Bartolomeo- Punta di Solanto BM Punta di Solanto- Forgia Carichi di BOD, N e P rilasciati dai vari bacini afferenti, distinti in base al bacino afferente [%] 70,0 60,0 50,0 40,0 BOD N P 30,0 20,0 10,0 0,0 Domestici depurati Domestici fognati non depurati Produttivo in fognatura Produttivo nei corpi idrici Scaricatori Fertilizzanti Dilavamento e deposizioni Zootecnico

29 Le opere che fanno parte del ciclo integrato delle acque (L. 36/94) Captazione acqua ed eventuale trattamento (potabilizzazione) Depurazione delle acque reflue Scarico Adduzione delle acque Fognatura Corpo idrico ricettore Distribuzione delle acque Acque reflue e corpi ricettori

30 Modifiche nel tempo delle caratteristiche di qualità delle acque in relazione agli usi e normativa di competenza Qualità delle acque Acque naturali D.lgs.152/06 (parte 3 a, All.2) Potabilizzazione Acque potabili D.lgs. 31/01 Usi civili ACQUEDOTTI Acque reflue grezze L.R.S. 27/86 (Tab.1) D.lgs. 152/06 (parte 3 a, All.5) Depurazione FOGNATURE Acque reflue depurate tempo Acque reflue riutilizzabili Tratt. di affinamento D.M.. 185/03 D.Lgs 152/06 (parte 3 a, All.5)

31 Il ciclo delle acque e i sistemi fognari FOGNATURA A SISTEMA UNITARIO Acque nere Impianto di depurazione Rispetto dei limiti imposti dal D. Lgs. 152/06 Fognatura unitaria Scaricatore di piena Eventuale trattamento meccanico Acque bianche Recapito

32 Acque nere Il ciclo delle acque e i sistemi fognari FOGNATURA A SISTEMA SEPARATO Fognatura separata Impianto di depurazione Rispetto dei limiti imposti dal D. Lgs. 152/06 Eventuale trattamento meccanico Acque bianche Recapito

33 I CRITERI DI QUALITA PER LE ACQUE REFLUE Distinzione in funzione di: a) origine dello scarico (civile, produttivo, acque meteoriche) b) tipo di recapito (acque interne, marino-costiere, suolo, rete fognaria) Imposizione di livelli di trattamento minimi, in funzione di: a) potenzialità del produttore dei reflui (p.e. numero di abitanti serviti) b) tipo di corpo ricettore Sovrapposizione di norme di origine comunitario (Direttive), nazionale (D.lgs. 152/06) e regionale (L.R.S. 27/86)

34 LA DISCIPLINA DEGLI SCARICHI La disciplina degli scarichi contenuta nel D.lgs. 152/06 (sostanzialmente equivalente a quella del D.lgs. 152/99) prevede un doppio canale di controllo degli scarichi: a) quello tabellare, riportato nell All.5 alla parte terza del decreto, i cui limiti sono differenziati in funzione della provenienza degli scarichi; essi costituiscono valori inderogabili, di cui quindi non può essere concesso il superamento (limitatamente ai parametri nelle Tabb. 1, 2 e 5); b) quello individuato dalle Regioni nell ambito della redazione del Piano di Tutela delle Acque (PTA), finalizzato al rispetto degli obiettivi di qualità che si vogliono raggiungere e garantire per i corpi idrici ricettori, da cui dipende la scelta dei limiti su concentrazioni e carichi massimi ammissibili per gli scarichi che in essi trovano recapito;

35 Limiti sulle acque reflue depurate (Tab.1 All.5 parte 3 a D.lgs. 152/06) Potenzialità impianto in A.E > Parametri (media giornaliera) Concentrazione % di Concentrazione % di riduzione riduzione BOD 5 (mg/l) COD (mg/l) Solidi Sospesi (mg/l) Limiti per lo scarico in aree sensibili (Tab.2 All.5 parte 3 a D.lgs. 152/06) Parametri Potenzialità impianto in AE (conc. media annua) da a > concentrazione % di riduzione concentrazione % di riduzione Fosforo totale (mgp/l) <= 2 80 <= 1 80 Azoto totale (mgn/l) <= <= Limiti da applicare al campione medio

36 Limiti per lo scarico di reflui da attività produttive per lo scarico in pubbliche fognature e in corpi ricettori (Tab.3 All.5 parte 3 a D.lgs. 152/06): parametro SOSTANZE unità di Scarico in acque Scarico in rete misura superficiali fognatura (*) 1 ph 5,5-9,5 5,5-9,5 2 Temperatura C (1) (1) 3 colore non percettibile con diluizione 1:20 4 odore non deve essere causa di molestie 5 materiali grossolani assenti assenti 6 Solidi sospesi totali (2) mg/l < 80 < BOD 5 (come O 2 ) (2) mg/l < 40 < COD (come O 2 ) (2) mg/l < 160 < Alluminio mg/l < 1 < 2,0 10 Arsenico mg/l < 0,5 < 0,5 50 Escherichia coli (4) UFC/100mL Nota 51 Saggio di tossicità acuta (5) non percettibile con diluizione 1:40 non deve essere causa di molestie

37 Limiti per gli scarichi di acque reflue urbane e industriali che recapitano sul suolo (Tab.4 All.5 parte 3 a D.lgs. 152/06): Differenza tra scarico su suolo e scarico in corpo idrico in secca?

38 I LIVELLI MINIMI DI TRATTAMENTO Tipologia minima di impianto di depurazione, in funzione del numero di abitanti serviti: Tipo di corpo ricettore Potenzialità del centro urbano (ab.) < da a > acque dolci ed aree normali TA TS (1) TS (1) estuari aree sensibili TA TS TSP mare aree normali TA TA TS aree sensibili TA TA TSP Legenda: RF: rete fognaria; TA: trattamento appropriato; TS: trattamento secondario; TSP: trattamento spinto; (1) TA per centri oltre m s.l.m. Osservazioni : a) sui reflui urbani non sono applicati limiti, nel caso di agglomerati di potenzialità inferiore a AE (inferiore a AE per i nutrienti), anche se i reflui devono essere sottoposti a un trattamento appropriato ; b) oltre tali soglie di potenzialità, sono previsti sia limiti di concentrazione, sia trattamenti secondari (den+dep per scarico oltre AE in aree sensibili).

39 I LIVELLI MINIMI DI TRATTAMENTO c) Le tecnologie che possono essere considerate trattamenti appropriati non sono definite dalla norma; tuttavia si può fare riferimento al manuale ANPA 1/2001: Potenzialità agglomerato [AE] Tipologia trattamento < 50 vasca Imhoff vasca Imhoff, fitodepurazione trattamenti biologici a basso carico (fanghi attivi, letti percolatori), lagunaggi, fitodepurazione trattamenti biologici a basso carico (fanghi attivi, letti percolatori)

40 GLI IMPIANTI DI DEPURAZIONE

41 Impianto di depurazione di potenzialità medio-grande Linea acque Linea fanghi

42 Impianto di depurazione di potenzialità medio-piccola Linea acque Linea fanghi