Tipologia di drofite utilizzate

Le idrofite si possono suddividere in funzione della presenza di parti aeree e del radicamento nel substrato. Le idrofite possono pertanto essere emergenti, galleggianti o sommerse. Mentre le idrofite emergenti e sommerse sono sempre radicate nel substrato, le idrofite galleggianti possono essere a foglie galleggianti radicate nel substrato o liberamente galleggianti.

Nell’ambito dei trattamenti di fitodepurazione, i criteri da utilizzare per selezionare le piante più adatte al sistema depurativo proposto sono:

- adattabilità al clima locale; - elevata attività fotosintetica;

- elevata capacità di trasporto dell’ossigeno; - resistenza a concentrazioni elevate di inquinanti; - capacità di assimilazione degli inquinanti; - resistenza a condizioni climatiche avverse; - resistenza alle malattie;

- semplicità di gestione (piantumazione, propagazione e raccolta).

Idrofite emergenti

Le idrofite emergenti sono piante radicate ad un substrato che può essere saturo d’acqua o completamente sommerso e sono caratterizzati da avere gambi, foglie ed organi riproduttivi aerei. Tra le più comuni si ricordano la Phragmites e la Typha.

Le idrofite emergenti sintetizzano carbonio atmosferico e nutrienti assunti attraverso il proprio apparato radicale. Esse possiedono un sistema di vuoti di volume pari al 50- 70% dell’intera pianta attraverso il quale provvedono al trasporto dell’ossigeno atmosferico fino al livello delle radici e dei rizomi (la cosiddetta rizosfera).

Nella rizosfera possono avvenire reazioni aerobiche di stabilizzazione della sostanza organica e di nitrificazione ad opera dei batteri sospesi nel liquame e soprattutto adesi

al substrato e sui rizomi delle idrofite stesse; al di fuori della zona ossidata operano popolazioni batteriche facoltative e/o anaerobiche tra cui i denitrificanti.

Idrofite galleggianti

Le idrofite a foglie galleggianti radicate nel substrato vivono in bacini di altezza variabile tra 25 e 350 cm e sono caratterizzate da avere foglie galleggianti ed organi riproduttivi aerei o galleggianti. Tra le più comuni specie e generi di idrofite liberamente galleggianti dotate di abbondante apparato radicale si possono rammentare Eichhornia crassipes (fam. Giacinto d’acqua) e la Lemna (fam. Lenticchia d’acqua).

Anche le idrofite galleggianti sintetizzano il carbonio atmosferico ed i nutrienti assunti attraverso il proprio apparato radicale. Le radici costituiscono anche un eccellente medium per la filtrazione e l’assorbimento dei solidi sospesi e per la crescita batterica. Le idrofite galleggianti determinano una copertura superficiale del bacino che riduce la penetrazione della luce solare ed il trasferimento dei gas tra la superficie idrica e l’atmosfera. E’ frequente che tali idrofite favoriscano la scomparsa delle alghe ed, in funzione dei carichi di sostanza organica applicati, l’instaurarsi di condizioni anaerobiche all’interno della colonna d’acqua. Pertanto parte dell’ossigeno fotosinteticamente prodotto viene trasferito verso le radici e quindi nell’acqua, creando la presenza di zone aerobiche ed anossiche in cui vengono favorite le reazioni sequenziali di nitrificazione e denitrificazione.

Idrofite sommerse

Le idrofite sommerse vivono in bacini idrici di altezza variabile fino a 10-11 m e sono caratterizzate da avere foglie interamente sommerse ed organi riproduttivi aerei, galleggianti o sommersi. La tipologia più utilizzata è l’Elodea. Alla stregua delle microalghe, le idrofite sommerse sintetizzano il carbonio ed i nutrienti che vengono assunti direttamente dalla colonna d’acqua. Avendo i tessuti fotosintetici interamente sommersi è richiesto che la loro crescita avvenga in acque sufficientemente limpide. Di notte le idrofite sommerse respirano e deve quindi essere presente ossigeno nella colonna d’acqua.

Sistemi depurativi con idrofite sommerse

I trattamenti di fitodepurazione con idrofite sommerse si ottengono in habitat artificiali costruttivamente simili a quelli in cui si svolgono i trattamenti con idrofite emergenti a flusso superficiale.

Finalità di tali sistemi, peraltro poco diffusi, sono la rimozione dei nutrienti e l’affinamento degli effluenti secondari.

I principali meccanismi depurativi sono la completa degradazione aerobica della sostanza organica e la volatilizzazione dell’ammoniaca e la precipitazione chimica del fosforo dovute a favorevoli condizioni di pH conseguenti all’attività fotosintetica.

Possibili problemi riguardano la crescita algare che può impedire alla luce di raggiungere le parti fotosintetiche di tali idrofite.

Sistemi di fitodepurazione integrati

Per ottimizzare i rendimenti delle singole fasi depurative e per contenere l’impegno di superficie si può ricorrere a sistemi di fitodepurazione integrati cioè a trattamenti multistadio in cui, nella configurazione più semplice, si fa seguire un bacino di fitodepurazione di affinamento (con macrofite galleggianti, emergenti e sommerse) ad uno di sgrossatura (con macrofite galleggianti o emergenti) alimentato con un effluente primario proveniente da un sedimentatore primario o da una vasca Imhoff. Tali sistemi tendono ad assomigliare maggiormente agli habitat naturali poiché sono generalmente multispecie.

I meccanismi depurativi

I meccanismi di rimozione degli inquinanti nella fitodepurazione sono costituiti da una varietà di processi biologici, chimici e fisici. Ai processi di tipo biologico, derivanti dalla cooperazione tra le macrofite acquatiche e le colonie batteriche adese sulle macrofite stesse (epifitiche) o disperse nell’habitat circostante, si devono aggiungere processi chimico fisici che includono l’assorbimento, la precipitazione, la sedimentazione, la filtrazione e lo scambio ionico.

Nella tabella seguente si riassumono i principali meccanismi depurativi attivi nei trattamenti di fitodepurazione nei confronti delle diverse forme di inquinamento.

Inquinanti Meccanismi depurativi S o l i d i s o s p e s i S e d i m e n t a z i o n e F i l t r a z i o n e / a s s o r b i m e n t o D e g r a d a z i o n e b i o l o g i c a i d r o l i t i c a BOD S e d i m e n t a z i o n e F i l t r a z i o n e / a s s o r b i m e n to D e g r a d a z i o n e b i o l o g i c a A z o t o A m m o n i f i c a z i o n e – n i t r i f i c a z i o n e – d e n i t r i f i c a z i o n e b i o l o g i c a A s s u n z i o n e d a p a r t e d e l l e p i a n t e Fosforo P r e c i p i t a z i o n e c o n c a t i o n i ( F e , A l e C a ) p r e s e n t i n e l m e d i u m A s s o r b i m e n t o s u a r g i l l a o s o s t a n z a o r g a n i c a A s s u n z i o n e d a p a r t e d e l l e p i a n t e M e t a l l i p e s a n t i A s s o r b i m e n t o – p r e c i p i t a z i o n e – s c a m b i o i o n i c o A s s u n z i o n e d a p a r t e d e l l e p i a n t e B a t t e r i e v i r u s S e d i m e n t a z i o n e F i l t r a z i o n e - a s s o r b i m e n t o P r e d a z i o n e e m o r t e n a t u r a l e R a d i a z i o n e U V R i l a s c i o d i s o s t a n z e a n t i b i o t i c h e d a p a r t e d e l l e p i a n t e

I solidi sospesi sedimentabili ed il particolato flottante sono rimossi principalmente in un’unità di pretrattamento meccanico, di solito installata in testa all’impianto. I rimanenti solidi sospesi rimasti negli effluenti dopo il pretrattamento sono rimossi negli stagni di trattamento per sedimentazione e filtrazione. Ciò permette di rimuovere anche una consistente parte del BOD, nutrienti e patogeni. I colloidi vengono rimossi invece per assorbimento su altri solidi o per degradazione biologica di tipo idrolitico.

Per quanto concerne la rimozione della sostanza organica (BOD e COD), la frazione sospesa, associata ai solidi sospesi, viene rimossa mediante i meccanismi descritti in precedenza.

I componenti solubili subiscono degradazione biologica di tipo aerobica e/o anossica e/o anaerobica, a seconda della presenza o meno di ossigeno disciolto.

L’ossigeno per supportare il processo aerobico deriva direttamente dall’atmosfera, per diffusione attraverso i sedimenti o l’interfaccia acqua-atmosfera, e dalle perdite delle radici delle macrofite. I processi anaerobi avvengono in particolare nel sedimento.

I maggiori meccanismi di rimozione dell’azoto nelle Constructed Wetlands, sono i processi di nitrificazione-denitrificazione.

L’ammoniaca viene ossidata in nitriti dai batteri nitrificanti nelle zone aerobiche, i nitrati sono convertiti in gas di azoto (N2) dai batteri nitrificanti nelle zone anossiche.

L’ossigeno richiesto per la nitrificazione proviene direttamente dall’atmosfera e dalle radici delle piante.

L’azoto viene anche assimilato dalle radici ed incorporato nella biomassa vegetale; in genere l’assimilazione dell’azoto da parte delle piante è, comunque, di minor importanza, sul piano quantitativo, dei processi di denitrificazione.

La capacità nitrificante è più elevata che nei letti filtranti, ove si trova costantemente acqua negli interstizi fra il substrato e la soluzione.

La rimozione del fosforo nelle Constructed Wetlands avviene principalmente come la conseguenza delle reazioni di assorbimento e precipitazione con alluminio(Al), ferro(Fe), calcio (Ca), e minerali argillosi nei sedimenti. Periodi alternati secchi ed umidi incrementano l’efficienza della fissazione del fosforo nei sedimenti; l’assorbimento delle radici delle macrofite può essere particolarmente importante in sistemi dove lo specifico carico per unità di area sia basso.

I batteri patogeni e i virus sono rimossi durante il passaggio dei reflui attraverso il sistema di sedimentazione, filtrazione e come conseguenza di una morte naturale per avverse condizioni ambientali, quali prolungata esposizione a fattori fisici, chimici e biologici ostili. Le radiazioni ultraviolette che attraversano le acque reflue durante il loro passaggio in strati sottili hanno un effetto depurativo importante.

Inoltre le escrezioni naturali delle radici delle macrofite hanno un effetto antibiotico sui batteri.

I metalli pesanti hanno un’alta affinità per l’assorbimento e combinazione con la materia organica e saranno accumulati nei sedimenti attraverso meccanismi di stoccaggio biologico e chimico; le macrofite stesse possono assorbire alcuni metalli pesanti.

I contributi della vegetazione al processo depurativo possono essere ricondotti sia allo sviluppo di un’efficiente popolazione microbica aerobica nella rizosfera sia all’azione di pompaggio di ossigeno atmosferico dalla parte emersa all’apparato radicale e quindi alla porzione di suolo circostante, con creazione di un’alternanza di zone aerobiche, anossiche ed anaerobiche con conseguente sviluppo di diverse famiglie di microrganismi specializzati e scomparsa pressoché totale dei patogeni, particolarmente sensibili ai rapidi cambiamenti nel tenore di ossigeno disciolto. Inoltre le idrofite contribuiscono al processo depurativo attraverso i seguenti fattori di influenza:

- diminuzione della velocità della corrente idrica; - stabilizzazione della superficie del letto;

- riduzione degli effetti del vento;

- contribuzione ad attenuare la luce solare;

- riduzione degli scambi di gas e di calore tra atmosfera e acqua; - influenza sull’evaporazione dell’acqua.

Da quanto detto, risulta che nello svolgimento di un’analisi qualitativa e quantitativa dei trattamenti di fitodepurazione, è bene suddividere l’ecosistema acquatico nelle sue diverse componenti interattive quali l’acqua, il substrato solido, la lettiera, le macrofite ed i microrganismi.

Ognuna di queste può essere sede di accumulo o di trasformazione degli inquinanti, in funzione della tipologia di trattamento, delle caratteristiche dello scarico da trattare, del carico applicato, delle capacità di accumulo dei diversi inquinanti/nutrienti, della velocità di trasferimento tra le diverse componenti e dei fattori ambientali, quali luce, temperatura, vento e piovosità (Bonomo Pastorelli, 1996).