Nell’ambito del progetto FATA assume notevole rilevan-za la valutazione delle prestazioni dei bacini di fi todepu-razione in condizioni di elevato carico azotato, situazione spesso associata a fenomeni di dilavamento dei nutrienti dal campo (es. dovuti a una pioggia intensa) verso i cana-li di bonifi ca e successivamente i corpi idrici superfi ciacana-li.
Se, infatti, è ampiamente dimostrato che i bacini di fi tode-purazione funzionano in maniera ottimale in condizioni di carico di nutrienti medio-basso, dall’altra in condizioni di carico elevato le prestazioni possono essere altalenanti, con risultati spesso variabili in funzione del tempo di riten-zione, delle condizioni climatiche, dello stato di sviluppo della vegetazione e delle interazioni suolo-piante-micror-ganismi degli ecosistemi acquatici.
Quindi, per poter comprendere in maniera dettagliata i processi biochimici che determinano le dinamiche di ab-battimento in condizioni di carichi elevati, è necessario garantire condizioni al contorno note che nella valutazione delle dinamiche tradizionali di campo sono spesso di dif-fi cile riscontro. In questo contesto, è essenziale istituire prove di carico in condizioni controllate che simulino una situazione in cui, ad una distribuzione d’azoto elevata in campo, segua un ingente fenomeno di lisciviazione inter-cettato successivamente dalla wetland.
5. Prova di Carico
Con l’obiettivo di valutare le prestazioni fi todepurative di un bacino di fi todepurazione a fl usso superfi ciale sogget-to a elevati carichi di nutrienti (azosogget-to), nel mese di giugno 2016 è stata programmata un’attività di monitoraggio in-tensivo presso il bacino sperimentale del progetto.
La prova si è concentrata sulla valutazione della qualità delle acque in diversi aree del sottobacino B4 (Figura 38).
Il sottobacino è di dimensioni pari a 60 metri di lunghezza per 30 di larghezza, con una capacità di invaso di circa 1.000 m3 ed è caratterizzato al centro da un’area emersa che divide il fl usso idrico principale in due diversi percorsi.
Il sottobacino, creato nell’ambito del progetto FATA nel corso dell’anno 2014, è attualmente soggetto a gradua-le rivegetazione, principalmente con cannuccia di palude (Phragmites australis), carice (Carex spp.) e tifa (Typha la-tifolia).
La prova è stata condotta come segue.
1) Preparazione di una soluzione a elevato carico di azoto nitrico. Per poter valutare la capacità fi todepu-rativa del sottobacino, in primo luogo si è operato con l’isolamento dei sottobacini B3, B4, B5, solitamente comunicanti tramite tubazione sotterranea, al fi ne di poter preparare una soluzione a elevate concentrazioni
Figura 38 – Il bacino B4 durante la prova di carico.
34
di N-NO3. Il sistema progettato ha previsto l’immissio-ne di circa 600 kg di nitrato di calcio (N = 15,5%) l’immissio-nel sottobacino B3 al fi ne di ottenere una soluzione con valori di N compresi tra 40 mg/l e 60 mg/l. Per poter garantire uniformità della soluzione presente in B3, un gruppo motore-pompa con presa di forza trattore raccoglieva l’acqua dal sottobacino stesso e un irriga-tore (utilizzato solitamente nei sistemi per aspersione) garantiva il rimescolamento della soluzione nel bacino stesso (Figure 39 e 40).
2) Trasferimento della soluzione da B3 a B4. La fase successiva del monitoraggio ha previsto l’immissione della soluzione preparata dal sottobacino B3 al suc-cessivo B4, per poter poi valutare le performance de-purative del sottobacino stesso. Al fi ne di monitorare dettagliatamente i volumi di ingresso in B4, il gruppo motore-pompa con presa di forza trattore è stato uti-lizzato per trasferire la soluzione secondo volumi co-stanti. Il sistema garantiva una portata di 1,5 m3/min, permettendo di sostituire la totalità d’acqua presente
Figura 39 – Alcune fasi della preparazione della soluzione di concime da omogeneizzare nel bacino B3.
Figura 40 – Alcune fasi della preparazione della soluzione di concime da omogeneizzare nel bacino B3.
5. Prova di Carico
in B4 con la soluzione arricchita di azoto in un arco temporale di circa 11 ore.
3) Sistema di monitoraggio. Le performance depura-tive del sottobacino B4 sono state garantite grazie a una fi tta rete di punti di monitoraggio organizzati se-condo uno schema a griglia (Figura 41). Il monitoraggio è stato effettuato a partire dalla prima ora dopo l’inizio dell’immissione della soluzione in B4, proseguendo per circa 24h: a intervalli orari nella prima fase del mo-nitoraggio, ogni tre ore nelle fasi successive. Il moni-toraggio ha previsto l’analisi on-site di alcuni parametri di base (es. temperatura, conducibilità elettrica, ecc.) con una sonda multi-parametrica da campo, mentre l’analisi delle concentrazioni di azoto è stata effettua-ta tramite metodo spettrofotometrico presso il labo-ratorio chimico centralizzato (La-Chi) del dipartimento DAFNAE dell’Università di Padova.
Il protocollo così costruito ha permesso di monitorare:
1) i volumi realmente immessi nel sistema;
2) il movimento dell’acqua e gli eventuali fl ussi preferen-ziali;
3) la capacità depurativa del sottobacino nello spazio e nel tempo, sia in termini di concentrazione che in ter-mini quantitativi.
Una valutazione approfondita della prova di carico non è ancora stata possibile, viste le tempistiche ristrette cau-sate dalla necessità di garantire la ripresa vegetativa che migliora le performance depurative del sistema biologico, aspetto fondamentale di un bacino “naturale” di fi tode-purazione.
Ciononostante, alcuni interessanti risultati preliminari mo-strano come i valori di N-NO3 dell’acqua in ingresso (Figu-ra 42) al sottobacino B4 siano mediamente pari a 45,34 mg/l, con un picco osservato durante il primo campiona-mento (66,9 mg/l) e un valore minimo di 25,5 mg/l, rile-vato in data 8 giugno alle ore 04.00, raggiungendo le con-centrazioni auspicate durante la preparazione della prova.
Inoltre, i dati dimostrano come il sottobacino di carico B3
30 29
27
23 24 26
21 20 18
13 14 15 16
5 6 7 8
4 3 2 1
22 17
28
25
19
12 11 10 9
Figura 41 – Punti di campionamento all’interno e all’esterno del bacino B4 durante la prova di carico.
Ore del campionamento:
A = 18.00 (07/06) B = 19.00
C = 22.00 D = 01.00 E = 04.00 F = 07.00 G = 10.00 H = 13.00 I = 16.00
L = 9.30 (10/06) M = 11.10
N = 12.10 O = 14.40 P = 17.10
36
sia stato suffi cientemente omogeneizzato, operazione co-munque non facilmente prevedibile visti i notevoli volumi considerati (1.600 m3). Per contro, la dinamica delle acque in uscita da B4 ha mostrato valori vicino a zero (0,65 mg/l) durante i primi campionamenti (ore 18.00-19.00 del 7 giu-gno), seguiti da un graduale aumento delle concentrazioni dovute al rimescolamento di acque estremamente pove-re di azoto (già ppove-resenti in B4) con quelle provenienti da B3 (ricche in azoto). Di conseguenza, si nota un fronte di avanzamento del carico azotato che raggiunge l’output di B4 attorno alle ore 07.00 dell’8 giugno, ovvero tredici ore dopo l’inizio della prova.
Grazie alla dinamica temporale osservata e sopra de-scritta e alla conoscenza dei volumi di ingresso, in prima
approssimazione si può quindi affermare che in B4, alle ore 7.00, ci sia una sostanziale sostituzione dell’acqua già presente con quella proveniente da B3. Questo permette, quindi, di valutare le performance depurative solamen-te considerando i dati oltre questo momento in quanto, precedentemente, si assiste a un fenomeno di diluizione.
In questo contesto, dalle analisi di laboratorio si evince che la concentrazione di azoto nitrico di output si è ge-neralmente abbassata rispetto all’input, attestandosi su valori mediani di 42,5 mg/l (Figura 43), quindi diminuendo le concentrazioni di azoto del 6,2%. Una valutazione quan-titativa è invece ancora prematura non avendo a disposi-zione, attualmente, tutti i dati necessari ad un dettagliato bilancio di massa.
80 70 60 50 40 30 20 10 0
B3 - IN B3 - OUT
07/06/20 16 - 18.00 07/06/20
16 - 19.00 07/06/20
16 - 22.0 0
08/06/20 16 - 01.00
08/06/20 16 - 04.0
0
08/06/20 16 - 07
.00
08/06/20 16 - 10.00
08/06/20 16 - 13.00
08/06/20 16 - 16.00 N-NO3 (mg/L)
70
60
50
40
30
20
10
0
-10
Median 25%-75%
Non-Outlier Range Outliers
IN OUT
N-NO3 (mg/L)
Figura 42 – Dinamica di concentrazione azotata (N-NO3) tra IN e OUT del sottobacino B4.
Figura 43 – Concentrazione di N-NO3 di input e output in B4.
Conclusioni
L’analisi qualitativa sui nutrienti presenti nelle acque e le elaborazioni statistiche hanno mostrato come, in generale, la qualità delle acque in entrata e in uscita dall’intero sistema possa essere considerata buona, con concentrazioni solitamente molto basse, in media in-feriori ai 3 ppm sia per l’azoto che per il fosforo. Nonostante tali valori piuttosto bassi, è stato comunque possibile osservare una diminuzione dei valori medi di azoto totale tra l’ingresso nel sistema wetland (2,89 ppm in B1) e l’uscita (2,18 ppm in B5). Una simile di-minuzione è stata anche riscontrata per le barriere di fl ottanti: 1,65 ppm all’ingresso, 1,39 ppm all’uscita. Questi abbattimenti sono più evidenti andando a valutare specifi ci momenti in cui si sono andate sommando, alle vaste concimazioni su terreni circostanti, delle in-tense precipitazioni, con conseguente aumento dei valori di nutrienti in ingresso al sistema (marzo 2015). Durante uno di questi eventi è stato registrato un abbattimento dai 6,36 ppm dell’ingresso (B1 IN) ai 1,31 ppm dell’uscita (F3 OUT). Tali risultati confortanti sono stati rilevati anche durante la prova di carico, in cui nella valutazione di un singolo sub-bacino (B4) è stato registrato un abbattimento medio di circa il 6%. Le concentrazioni di fosforo si sono rilevate invece trascurabili durante tutto l’esperimento.
Il monitoraggio della vegetazione nei sistemi fl ottanti ha messo in evidenza la grande capacità delle specie di Carex di adattarsi a que-ste particolari condizioni di vita, come mostrano sia i risultati riguar-danti il tasso di sopravvivenza, sia quelli offerti dai rilevi biometrici.
In tutti i casi Carex spp. offre i risultati più confortanti. Possiamo annoverare anche la salcerella (Lythrum salicaria) tra le specie più promettenti per un insediamento nei fl ottanti, nelle condizioni clima-tiche della bassa pianura veneta.
La ricerca portata avanti dal progetto FATA ha permesso di con-frontare le prestazioni nell’abbattimento dell’azoto da parte di diffe-renti tipologie, consolidate e innovative, di bacini di fi todepurazione a fl usso superfi ciale. Le indicazioni che ne sono emerse possono essere punto di riferimento sia per sviluppi della ricerca nel settore (laboratorio di ricerca) che per altre realtà aziendali del Bacino Sco-lante in Laguna di Venezia.
Conclusioni
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