Esperienze sperimentali per lo studio ed il controllo delle acque di prima pioggia a Bologna

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1 Esperienze sperimentali per lo studio ed il controllo delle acque di prima pioggia a Bologna Sandro Artina Marco Maglionico DISTART Costruzioni Idrauliche Università di Bologna -Facoltà di Ingegneria sandro.artina@unibo.it co.lionico@unibo.it Aspetti qualitativi nelle reti di drenaggio urbano Accumulo di inquinanti in tempo secco sulle superfici urbane. Lavaggio operato dalla pioggia ed ingresso nella rete fognaria. Trasporto degli inquinanti nei collettori fognari e immissione nei ricettori.

2 ACCUMULO DI INQUINANTI IN TEMPO SECCO SULLE SUPERFICI URBANE (BUILD UP) ACCUMULO DI INQUINANTI IN TEMPO SECCO Da indagini sperimentali (Alley, 1981; Alley e Smith, 1981; Bujon e Herremans, 199) il valore del coefficiente di accumulo è stato dedo secondo la seguente classificazione in funzione del tipo di urbanizzazione: zone residenziali altamente abitate 1 25 kg/(ha giorno) zone residenziali scarsamente abitate 5 6 kg/(ha giorno) zone commerciali 15 kg/(ha giorno) zone industriali 35 kg/(ha giorno) Caratteristiche qualitative dei sedimenti accumulati lungo una strada (Sartor et al., 1972, 1974). Quantità misurate Valore medio (g/m ciapiede ) Solidi totali ,8 26,8 Solidi volatili 28,2 Fosfati,31 Nitrati,26 Azoto Kjendhal,62 Zinco,18 Rame,56 Piombo,16 Nichel,14 Mercurio,21 Cromo,31

3 Campionamento sedimenti in via Togliatti a Bologna Giorno feriale tipo Veicoli transitanti: 48659; in direzione centro 245; media oraria 121 n.veicoli direzione centro direzione periferia totale veicoli ore Quantità accumulata (g/m di ciapiede) Accumulo totale su via Togliatti Tempo secco (giorni) Accu = 3 t s + 24,2 Coefficiente di accumulo 3, g/m/giorno 5,7 kg/ha/giorno

4 Analisi granulometrica del materiale campionato in via Togliatti 25 Materiale accumulato (%) > <75 Dimensioni (µm) Analisi chimica dei sedimenti stradali Parametro Manganese Arsenico Unità di misura < 75 µm µm Bario Cadmio Cromo Mercurio Confronto con i limiti U.S. EPA per are lo stato non inquinato (Np), moderatamente inquinato (Mp) o molto inquinato (Hp). Nichel Piombo Rame Vanadio Zinco Parametro Unità di misura Np Mp Hp Strada <75 µm Strada 75-2 µm Nichel <2 2-5 > Piombo <4 4-6 > Zinco <9 9-2 > Rame < >

5 Tasso di accumulo in Via Lenin a Bologna Accumulo (g/m) Tempo secco antecedente (giorni) Dimensione (µm) < > 2 % in peso Accumulo (g/m) = 1,2 * tempo secco (giorni) 12 kg/ha/giorno VALUTAZIONE DELL EFFICACIA DEI MEZZI DI PULIZIA 6 5 Efficienza (%) > < 75 Totale Dimensioni granulometriche (µm)

6 DILAVAMENTO DEGLI INQUINANTI DURANTE GLI EVENTI PLUVIOMETRICI (WASH OFF) Analisi dei campioni in caditoia ph Conducibilità a 2 ºC Materiali in sosp. totali Nitrati Solfati Cloruri TOC Cadmio (Cd) Nichel (Ni) Piombo (Pb) Platino (Pt) Rame (Cu) Palladio (Pd) Rodio (Rh) Vanadio (V) Zinco (Zn) Vibrio fischeri (inibiz.) U.M. - µs/cm % DL 152/ minimo 6, ,5 12,1 6,7 15,,11,3,35 <,1,29 <,1,1,4,89 1,6 massimo 6, ,1 24,7 9,38 24,9,51,5,19 <,1,45 <,1,1,5,122 23,

7 Analisi dei sedimenti in caditoia ph unità ph 7.3 Conducibilità elettrica a 2 ºC µs/cm 496 Nitrati (ione nitrato) mg/kg s.s Solfati (ione solfato) mg/kg s.s. 165 Cloruri (ione cloruro) mg/kg s.s. 8.7 Carbonio organico totale % s.s Cadmio (Cd) mg/kg s.s..588 Nichel (Ni) mg/kg s.s Piombo (Pb) mg/kg s.s. 283 Platino (Pt) mg/kg s.s. <,1 Rame (Cu) mg/kg s.s. 122 Palladio (Pd) mg/kg s.s..2 Rodio (Rh) mg/kg s.s. <,1 Vanadio (V) mg/kg s.s Zinco (Zn) mg/kg s.s. 612 Confronto con i limiti U.S. EPA per are lo stato non inquinato (Np), moderatamente inquinato (Mp) o molto inquinato (Hp). Parametro Unità di misura Np Mp Hp Caditoia Strada <75 µm Strada 75-2 µm Nichel <2 2-5 > Piombo <4 4-6 > Zinco <9 9-2 > Rame < > TRASPORTO DEGLI INQUINANTI NEI COLLETTORI FOGNARI E IMMISSIONE NEI RICETTORI

8 IL BACINO SPERIMENTALE DI VIA TOGLIATTI Caratteristiche del bacino: situato a sud-ovest di Bologna nei pressi del fiume Reno; superficie contribuente afferente l impianto: 6 ha circa; superficie della vasca: 17 m 2 circa; impianto di sollevamento costituito da 3 pompe da 35 l/s ciascuna; Bacino sperimentale Impianto di sollevamento Corpo ricettore Foto aerea del bacino Schema dell impianto di sollevamento Vista interna Parte sommersa Il condo d ingresso

9 STRUMENTAZIONE INSTALLATA Pluviometro Interno del campionatore Campionatore Misuratore di livello piezoresistivo Sonda del torbidimetro Data logger del torbidimetro Intensità di pioggia (mm/h) Livello in vasca (m) Evento del 12/4/ livello torbidità Tempo Torbidità (NTU) e ()

10 Dettaglio dell evento del 12 ile Correlazione torbidità - solidi sospesi totali livello torbidità 3 Livello in vasca (m) Torbidità (NTU) e () :3 15:45 16: 16:15 16:3 16:45 17: 17:15 17:3 17:45 18: Tempo Evento del 8-1 ile 22 7/4/2 21: 8/4/2 3: 8/4/2 9: 8/4/2 15: 8/4/2 21: 9/4/2 3: 9/4/2 9: 9/4/2 15: 9/4/2 21: 1/4/2 3: Intensità (mm/h) m 3 /ha 6 m 3 /ha 3 m 3 /halivello (m) Torbidità (NTU). 7/4/ /4/2 3. 8/4/2 9. 8/4/ /4/ /4/2 3. 9/4/2 9. 9/4/ /4/ /4/2 3. Tempo

11 Analisi dei campioni in vasca data e ora ph Cond. el. Test Test Nitrati Solfati Cloruri TOC Cadmio Nichel Piombo Rame Vanadio Zinco a 2 ºC Vibrio Daphnia () (µs/cm) () () () () () () () () () () () (% inibiz.) (% inibiz.) Limite 152/ /3/ accett. 6/3/ accett. 6/3/ accett. 6/3/ accett. 6/3/ accett. 6/3/ accett. 6/3/ accett. 6/3/ accett. 6/3/ accett. 8/4/ accett. 8/4/ accett. 8/4/ accett. 9/4/ accett. 9/4/ accett. 9/4/ accett. 11/4/ accett. 11/4/ accett. 11/4/ accett. 11/4/ accett. 11/4/ accett. 11/4/ accett. Correlazioni tra i parametri Ni () Correlazione - Nichel () Pb () Correlazione - Piombo () Cu () Correlazione - Rame () Zn () Correlazione - Zinco ()

12 Area di studio del Progetto di Ricerca INNOVATION $ % & Fiume Savena: - bacino: 16 km 2 - in studio: 6 km a Bologna " #! Rete fognaria: - bacino: 6 ha con 7 abitanti, - rete di 67 km (93 condi sopra i 3 mm di diametro), - 6 scaricatori significatci. Scaricatori sul Torrente Savena

13 Il Torrente Savena Strumenti installati lungo ilcorso d acqua Campionatore a 24 biglie Pluviometro integrato con il campionatore

14 Campionamento del 22 Marzo 1999 in fognatura $ Campionamento del 22 Marzo 1999 sullo scaricatore & Livello 2 3 Livello 18 Livello (cm) ,, () Livello (cm) ,, () Campionamento del 22 Marzo 1999 sul corso d'acqua " Campionamento del 22 Marzo 1999 sul corso d'acqua! Valore massimo di di 264 alle 12: Livello (cm) Livello ,, () Livello (cm) Valore massimo di di 3494 alle 12:56 Livello ,, () Campionamento del 22 Maggio 1998 in fognatura $ Campionamento del 22 Maggio 1998 sullo scaricatore & Livello Livello Livello (cm) ,, () Livello (cm) ,, () Campionamento del 22 Maggio 1998 sul corso d'acqua " Campionamento del 22 Maggio 1998 sul corso d'acqua! Altezza d'acqua (cm) Livello ,, () Altezza d'acqua (cm) Livello ,, ()

15 Campionamento del 28 gio 1998 in fognatura $ Campionamento del 28 gio 1998 sullo scaricatore & Livello (cm) Livello () Livello (cm) Livello ,, () Campionamento del 28 Maggio 1998 sul corso d'acqua # 21 5 Campionamento del 28 Maggio 1998 sul corso d'acqua! 3 () , () Altezza d'acqua (cm) Livello ,, () Caratterizzazione del liquame fognario in tempo asciutto Valori di concentrazione nei reflui urbani (Masi, 1987) Parametro Concentrazione () Alta Media Bassa Solidi Sospesi Tot Azoto Totale Fosforo Totale Oli e grassi Misure effettuate in tempo secco nella rete fognaria di Bologna il gno 1998 Ora 5 [] [] [] 8: : : : : : : : : : : : : : : : : Media

16 CONTROLLO DELLE ACQUE DI PRIMA PIOGGIA D.Lgs. 11 Maggio 1999 n. 152 D.Lgs. 18 sto 2 n. 258 Aspetti Normativi per il controllo delle acque di prima pioggia Articolo 39 (Acque di prima pioggia e di lavaggio di aree esterne) 1. Le regioni disciplinano i casi in cui può essere richiesto, che le acque di prima pioggia e di lavaggio delle aree esterne non recapitanti in reti fognarie siano convogliate e opportunamente trattate in impianti di depurazione per particolari stabilimenti nei quali vi sia il rischio di deposizione di sostanze pericolose sulle superfici impermeabili scoperte. Articolo 39 (Acque meteoriche di dilavamento e acque di prima pioggia) 1. Ai fini della prevenzione di rischi idraulici e ambientali, le regioni disciplinano: a) le forme di controllo degli scarichi di acque meteoriche di dilavamento provenienti da reti fognarie separate; b) i casi in cui può essere richiesto che le immissioni delle acque meteoriche di dilavamento, effettuate tramite altre conde separate, siano soposte a particolari prescrizioni, ivi compresa l eventuale autorizzazione. 2. Le acque meteoriche non disciplinate ai sensi del comma precedente non sono soggette a vincoli o prescrizioni derivanti dal presente decreto. 3. Le regioni disciplinano altresì i casi in cui può essere richiesto che le acque di prima pioggia e di lavaggio delle aree esterne siano convogliate e opportunamente trattate in impianti di depurazione per particolare ipotesi nelle quali, in relazione alle attività svolte, vi sia il rischio di dilavamento dalle superfici impermeabili scoperte di sostanze pericolose o di sostanze che creano predizio per il ragngimento degli obiettivi di qualità dei corpi idrici. 4. È comunque vietato lo scarico o l immissione diretta di acque meteoriche nelle acque serranee.

17 Dimensionamento delle vasche di prima pioggia Portata (mc/s) Portata (mc/s) Concentrazione () Concentrazione limite Concentrazione ().5 Volume da invasare Tempo (min) Schema di vasca di prima pioggia Riducono il picco inquinante dovuto al lavaggio operato dalla pioggia delle superfici urbane trattenendo la prima parte dell evento meteorico Portata (mc/s) Portata (mc/s) Tempo (min) Tempo (min) Fognatura Recapito Depuratore

18 Controllo delle acque di prima pioggia Metodi che non tengono conto in modo diretto delle caratteristiche del corpo idrico ricettore: Viene individuato una parte del volume dell evento meteorico che deve essere trattenuto (la Legge della Regione Lombardia 62/85 individua le acque di prima pioggia come i primi 5 mm dell evento meteorico (questo equivale ad avere degli invasi pari a 5 m 3 /ha); Le normative di alcuni Paesi Europei prescrivono di dimensionare le vasche di prima pioggia in modo tale da impedire che più di 7-1 eventi meteorici, in un anno, diano luogo a scarico nei corpi idrici ricettori. Si possono fare delle considerazioni sulle masse inquinanti sversate nei ricettori, fissato un limite di concentrazione. Metodi che analizzano in modo integrato il sistema fognatura-corpo idrico ricettore: ad esempio la metodologia UPM (Urban Pollution Management) inglese; in tali casi è indispensabile l adozione di modelli di calcolo dinamici, con diversi gradi di semplificazione, per lo studio degli aspetti quali-quantitativi. Volumi e masse di 5,, immessi dagli scaricatori della rete fognaria di Bologna nel Torrente Savena nella situazione attuale e adando vasche di prima pioggia di diverse dimensioni. Volumi cumulati (m 3 /ha) Massa cumulata (kg/ha) Senza vasche Vasche di 25 mc/ha Vasche di 5 mc/ha Vasche di 7 mc/ha Senza vasche Vasche di 25 mc/ha Vasche di 5 mc/ha Vasche di 7 mc/ha Massa 5 cumulata (kg/ha). Massa cumulata (kg/ha) Senza vasche Vasche di 25 mc/ha Vasche di 5 mc/ha Vasche di 7 mc/ha Senza vasche Vasche di 25 mc/ha Vasche di 5 mc/ha Vasche di 7 mc/ha

19 Fattore di riduzione dei volumi totali sversati (VOL), del numero degli scarichi (NUM) e delle masse scaricate nelle diverse configurazioni esaminate. Fattore di riduzione rispetto alla configurazione senza vasche 1.9 NUM.8 VOL Senza vasche Vasche di 25 mc/ha Vasche di 5 mc/ha Vasche di 7 mc/ha Dimensionamento di vasche considerando le caratteristiche del corpo idrico ricettore Limiti di concentrazione per l Ossio Disciolto per garantire la vita dei ciprinidi definiti dalla procedura UPM (Foundation for Water Research, 1994) Tempo di ritorno Concentrazione minima di Ossio Disciolto () 1 ora 6 ore 24 ore 1 mese 4, 5, 5,5 3 mesi 3,5 4,5 5, 1 anno 3, 4, 4,5

20 Piogge e portate registrate nel Torrente Savena alla sezione di chiusura del tratto studiato nel Portata (m 3 /s) Altezza di pioggia (mm) Concentrazioni massime di Ossio Disciolto con tempo di permanenza 1 ora, senza vasche di prima pioggia (a) e con vasche di 25 (b), 5 (c) e 7 (d) m 3 /ha. a) Ossio Disciolto () (permanenza 1 ora) mese 3 mesi 12 mesi Ossio Disciolto () (permanenza 1 ora) mese 3 mesi 12 mesi b) c) Ossio Disciolto () (permanenza 1 ora) mese 3 mesi 12 mesi Ossio Disciolto () (permanenza 1 ora) mese 3 mesi 12 mesi d)

21 Concentrazioni massime di 5 con tempo di permanenza 1 ora, senza vasche di prima pioggia (a) e con vasche di 25 (b), 5 (c) e 7 (d) m 3 /ha. a) 5 () (permanenza 1 ora) mese 3 mesi 12 mesi 5 () (permanenza 1 ora) mese 3 mesi 12 mesi b) 6 1 mese 3 mesi 12 mesi 6 1 mese 3 mesi 12 mesi 5 5 c) 5 () (permanenza 1 ora) () (permanenza 1 ora) d) Manutenzione degli invasi Ispezioni regolari almeno una volta all anno per valutarne le condizioni. Rimozione dei solidi accumulati. Esempio di massa che transita nei collettori durante gli eventi pluviometrici Data inizio evento 25/4/94 2/5/94 28/1/94 23/6/95 13/9/95 13/11/95 21/8/97 Durata evento (min) Livello massimo (m) Portata massima (l/s) Durata campionamento (min) Tempo secco ant. (ore) Conc. max SS () Portata massica max SS (g/s) Massa totale (kg)

22 Best management practices (BMP) per la gestione delle acque meteoriche Sistemi vegetati Fasce filtro Aree tampone Canali inerbiti Sistemi filtranti Filtri a sabbia Sistemi ad infiltrazione Bacini di infiltrazione Canali filtranti Pozzi asciutti Pavimentazioni filtranti Sistemi di fitodepurazione