COLLAUDO SPERIMENTALE DI UN PROTOTIPO DI DISPOSITIVO PER IL TRATTAMENTO DELLE ACQUE METEORICHE IN CADITOIA Tesista: Gabriele Lunghi Relatori: Prof. Ing. Luca Giovanni Lanza Ing. Ilaria Gnecco Correlatore: Ing. Anna Palla
1 INTRODUZIONE Lo sviluppo urbanistico, il forte incremento del traffico veicolare e la conseguente impermeabilizzazione del suolo hanno aumentato il grado di contaminazione delle acque pluviali di dilavamento, peggiorando le caratteristiche qualitative dei corpi idrici ricettori. Le acque meteoriche vengono raccolte e smaltite attraverso fognature, separate o unitarie, poste a servizio del centro abitato. Per quanto riguarda il sistema di drenaggio urbano di tipo separato (costituito da due reti indipendenti adibite al convogliamento delle acque reflue e delle acque meteoriche), lo scarico delle acque bianche in corpo idrico superficiale avviene in assenza di trattamento o, tutt'al più, a seguito di un semplice pre-trattamento, generalmente rappresentato da una grigliatura grossolana per la rimozione dei rifiuti trasportati dalle acque. Nel caso di sistemi di drenaggio urbano di tipo unitario (costituiti da una sola rete per lo smaltimento delle acque reflue e meteoriche) lo scarico delle acque bianche avviene in corrispondenza di opportuni scaricatori di piena al superamento di prefissate soglie di portata (generalmente pari a circa 3-5 volte la portata nera media di tempo asciutto). Ad oggi, però, il recepimento delle direttive emanate dalla Comunità Europea (2000/60/CE Direttiva quadro sulle acque) e della conseguente normativa nazionale (D.L. 152/2006 - norme in materia ambientale ) impone una modifica di tale approccio gestionale e delle relative implicazioni tecniche e tecnologiche. I riferimenti normativi sopracitati, infatti, definiscono l'inquinamento associato alle acque di scorrimento superficiale di aree urbanizzate come una delle principali cause di alterazione della qualità dei corpi ricettori. Pertanto, le norme richiedono che tali acque vengano depurate, prima dello scarico, al pari delle acque reflue. 5
Si riportano, per completezza, alcuni estratti della normativa nazionale riguardante la disciplina delle acque di dilavamento e della normativa della Regione Lombardia per la definizione delle acque di prima poggia. L art. 113 del Decreto Legislativo 03 Aprile 2006 n 152 parte III (Disposizioni sulla tutela delle acque dall inquinamento) afferma che le acque vanno disciplinate. Le direttive comunitarie n 91/271/CEE (Trattamento delle acque reflue urbane), e n 91/676/CEE (Protezione delle acque dall inquinamento provocato dai nitrati provenienti da fonti agricole), entrambe recepite dallo stato italiano, affermano: 1. ai fini della prevenzione di rischi idraulici ed ambientali, le regioni, previo parere del Ministero dell ambiente e della tutela del territorio, disciplinano e attuano: 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 condotte separate, siano sottoposte a particolari prescrizioni, ivi compresa l'eventuale autorizzazione. 2. Le acque meteoriche non disciplinate ai sensi del comma 1 non sono soggette a vincoli o prescrizioni derivanti dalla parte terza del 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 particolari condizioni nelle quali, in relazione alle attività svolte, vi sia il rischio di dilavamento da superfici impermeabili scoperte di sostanze pericolose o di sostanze che creano pregiudizio per il raggiungimento degli obiettivi di qualità dei corpi idrici. 4. E' comunque vietato lo scarico o l'immissione diretta di acque meteoriche nelle acque sotterranee. Per la definizione di acque di prima pioggia quasi tutte le regioni italiane si sono allineate nella maggior parte dei casi alla normativa della Regione Lombardia. In particolare si definiscono: 6
acque di prima pioggia quelle corrispondenti per ogni evento meteorico ad una precipitazione di 5 mm uniformemente distribuita sull intera superficie scolante servita dalla rete di drenaggio. Si stabilisce che, ai fini del calcolo delle portate, tale precipitazione deve considerarsi relativa ad un evento meteorico di durata 15 minuti e indica un coefficiente di afflusso alla rete pari a 1 per le superfici lastricate o impermeabilizzate e pari a 0,3 per quelle permeabili. Infine, devono considerarsi acque di prima pioggia quelle risultanti da eventi meteorici che si succedono a distanza l uno dall altro non inferiore a 48 ore. I sistemi di trattamento e depurazione delle acque meteoriche di dilavamento si distinguono principalmente in sistemi di tipo concentrato e sistemi di tipo distribuito. I sistemi di tipo concentrato sono collocati alla sezione di chiusura della rete di drenaggio. Essi sono generalmente costituiti da una vasca di sedimentazione ed un disoleatore e possono essere realizzati con trattamenti in continuo. Sono generalmente vantaggiosi in tutti gli insediamenti di nuova realizzazione. Contrariamente ai dispositivi di tipo concentrato, che vengono posti a valle delle reti di raccolta delle acque meteoriche, i dispositivi di tipo distribuito vengono posizionati a monte. Essi sono, inoltre, costituiti da dispositivi di filtrazione di dimensioni contenute, che possono essere installati facilmente in caditoia. Dal punto di vista economico, i sistemi di tipo distribuito sono maggiormente onerosi, a causa di superiori oneri di manutenzione dovuti alla sostituzione del materiale filtrante ad intervalli di tempo prestabiliti. Nonostante ciò, l'intervento distribuito è ancora vantaggioso rispetto a quello concentrato su aree di piazzali di rilevanti dimensioni. 7
Figura 1: Esempio di sistema di trattamento concentrato delle acque di prima pioggia. L utilizzo di tali sistemi è ampiamente diffuso negli Stati Uniti, mentre ad oggi sono rare le applicazioni in Europa. Le soluzioni di trattamento distribuito consentono di intervenire su vaste aree anche nei casi in cui l intervento di tipo tradizionale (concentrato) si dimostri operativamente insostenibile. I vantaggi legati all'utilizzo di sistemi di tipo distribuito sono principalmente due: in primo luogo, essi rispondono alla difficile reperibilità di spazi e volumi tecnici adeguati alla gestione delle acque meteoriche in forma concentrata, in secondo luogo offrono la possibilità di intervenire su inquinanti specifici e su volumi limitati, prima che questi siano convogliati insieme ad altri contributi di origine differente (ad esempio le acque reflue derivanti dagli scarichi civili ed industriali), che ne modificherebbero le caratteristiche e comporterebbero difficoltà di rimozione e trattamento. Una tipica applicazione dei sistemi di tipo concentrato riguarda aree scoperte (piazzali) di siti produttivi o terminali portuali. In tal caso, sistemi di tipo 8
concentrato comporterebbero ingenti investimenti, o, addirittura, sarebbero di impossibile realizzazione. 1 2 3 Figura 2: Alcuni dispositivi di trattamento delle acque meteoriche in caditoia Le attività svolte nel corso della presente tesi si inseriscono nell ambito del Progetto PON01_02543 Servizio di gestione integrata e sostenibile del ciclo acqua energia nei sistemi di drenaggio urbano sviluppato nel Programma Operativo Nazionale di Ricerca e Competitività 2007-2013 e co-finanziato con fondi strutturali europei. L obiettivo della presente tesi riguarda il collaudo idraulico di un prototipo di dispositivo di trattamento delle acque meteoriche di dilavamento. Nell ambito del presente lavoro di tesi, sono state condotte una serie di prove sperimentali presso il laboratorio di idraulica E. Marchi, atte a verificare la funzionalità e ad evidenziare eventuali criticità del dispositivo. 9
2 SISTEMI DI TRATTAMENTO DELLE ACQUE METEORICHE IN CADITOIA 2.1 Stato dell arte Lo stato dell arte nella progettazione dei dispositivi compatti per il trattamento delle acque meteoriche viene analizzato nel dettaglio, mediante la compilazione di due database relativi rispettivamente alle caratteristiche idrauliche del dispositivo ed alle caratteristiche tecniche del sistema di trattamento. Tale analisi strutturata consente di confrontare i diversi dispositivi attualmente esistenti sul mercato, seguendo una logica progettuale, per evidenziare come ciascuna soluzione tecnica influenzi le prestazioni e al contempo determini eventuali criticità dei dispositivi. Il database relativo alle caratteristiche idrauliche del dispositivo fa riferimento a tre aspetti principali: tipologia di struttura, modalità di deflusso e dispositivo di by-pass. In merito al primo aspetto Tipologia di struttura, l analisi sarà rivolta ad una classificazione dei dispositivi in: dispositivi adattabili alla rete esistente ovvero direttamente installabili all interno del pozzetto di raccolta delle acque meteoriche; dispositivi non flessibili che richiedono interventi strutturali alla rete esistente per la loro installazione ed il loro funzionamento. In merito al secondo aspetto Modalità di deflusso, l analisi sarà rivolta ad una classificazione dei dispositivi in: dispositivi caratterizzati da funzionamento con modalità di deflusso dall alto, ovvero il deflusso meteorico attraversa il sistema di trattamento con direzione dall alto verso il basso; dispositivi caratterizzati da funzionamento con modalità di deflusso dal basso, ovvero il deflusso meteorico prima di attraversare il sistema di 10
trattamento riempie una struttura contenitiva e/o il pozzetto stesso e poi risale da basso verso l alto attraverso il sistema di trattamento. In merito al terzo aspetto Dispositivo di by-pass, l analisi sarà rivolta ad una classificazione dei dispositivi in: dispositivi caratterizzati dalla presenza di by-pass; ovvero dispositivi che presentano un uscita secondaria dalla quale viene smaltita la portata in ingresso che supera la capacità del sistema di trattamento; dispositivi caratterizzati dall assenza di by-pass; ovvero dispositivi che, presentando una sola uscita, prevedono che il deflusso meteorico venga completamente trattato. In Tabella 1, si riporta il database compilato per i dispositivi attualmente presenti sul mercato relativamente alle caratteristiche idrauliche. I risultati dell analisi relativa alle caratteristiche idrauliche dei dispositivi possono essere sintetizzati come segue: la quasi totalità dei dispositivi analizzati (18 su 19) presenta una configurazione adattabile alla rete esistente; i dispositivi esistenti non presentano criticità specifiche in merito alla definizione di configurazioni adattabili alle diverse caditoie; nella maggioranza assoluta dei dispositivi analizzati (15 su 19) il deflusso avviene dall alto verso il basso, solo per alcuni dispositivi (3 su 19) il deflusso avviene dal basso verso l alto e per un solo dispositivo avviene orizzontalmente. Lo studio della modalità di deflusso all interno del dispositivo risulta, allo stato attuale, un aspetto da approfondire maggiormente per migliorare le prestazioni idrauliche; la maggioranza assoluta dei dispositivi analizzati (14 su 19) presenta un organo di by-pass; si rileva comunque la necessità di sviluppare ulteriormente la progettazione di by-pass efficienti per il corretto smaltimento della portata di picco in ingresso alla caditoia. 11