Il settore enologico produce consistenti quantità di reflui caratterizzati in alcuni periodi dell’anno da una rilevante concentrazione di sostanza organica.

Evento conclusivo di presentazione dei risultati Evento conclusivo di presentazione dei risultati

Linee di sviluppo della Cantina Marabino e interventi per la Linee di sviluppo della Cantina Marabino e interventi per la

sostenibilità ambientale sostenibilità ambientale

Dott. Pierpaolo Messina

Dott. Pierpaolo Messina -- Azienda Marabino Azienda Marabino Prof. Giuseppe Cirelli

Prof. Giuseppe Cirelli -- Università di Catania (Università di Catania ([email protected])[email protected])

UNIONE EUROPEA

Progetto PROMED 2

La protezione dell'ambiente nelle isole del Mediterraneo attraverso la valorizzazione di un sistema colturale arboreo

Progetto co-finanziato dall’Unione Europea Fondo Europeo di Sviluppo Regionale

Noto (SR), 11 dicembre 2015 Noto (SR), 11 dicembre 2015 c/o Cantina Marabino, C.da Buonaviri c/o Cantina Marabino, C.da Buonaviri Prof. Giuseppe Cirelli

Prof. Giuseppe Cirelli -- Università di Catania (Università di Catania ([email protected])[email protected])

Con il patrocinio di:

Con il patrocinio di:

Centro Studi di Economia Applicata all’ingegneria

Regione Siciliana Istituto Regionale del Vino

e dell’Olio – IRVO

Organizzato da:

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Premessa

Il settore enologico produce consistenti quantità di reflui caratterizzati in alcuni periodi dell’anno da una rilevante concentrazione di sostanza organica.

I reflui, derivanti dal processo di vinificazione, se non opportunamente trattati, possono comportare un significativo impatto ambientale, se lo scarico avviene su corpo idrico, o notevoli problemi gestionali ai depuratori consortili se lo scarico avviene in fognatura.

La compatibilità ambientale degli scarichi diventa un aspetto molto importante per la sostenibilità ambientale della filiera vitivinicola sia nel caso di grandi stabilimenti che nel caso dei piccoli produttori.

L’attenzione crescente delle cantine alle problematiche della sostenibilità

Rifiuti prodotti in cantina

Sottoprodotti lavorazione 28 Kg/hL di vino

Raspi

Vinacce Fecce

Uso agronomico Uso energetico

Distilleria Uso energetico Uso agronomico

Imballaggi di scarto

Solidi chiarificazione

Ditte specializzate

Rifiuti solidi 2 Kg/hL di vino

Bioreattore a membrana

Sistema a fanghi attivi

Lagunaggio aerobico/anaerobico Uso agronomico

Trattamento chimico-fisico

Trattamento

Solidi chiarificazione filtrazione, panelli

Consumi idrici in cantina

Vinificazione in rosso Vinificazione in bianco

RICEVIMENTO UVA

PIGIATURA E DIRASPATURA

MACERAZIONE E FERMENTAZIONE

SVINATURA

FERMENTAZIONE MALOLATTICA

TORCHIATURA

RICEVIMENTO UVA

PIGIATURA E DIRASPATURA

CRIO-MACERAZIONE

SGRONDATURA

DEFECAZIONE PRESSATURA

Consumo idrico

(L/hL di vino) Fonte

92-94 Sangiorgi et al., 1996 233 Fumi et al., 1995

43 Gasperi e Viglia, 1995

59-729 ANPA, 2001

TRATTAMENTI

INVECCHIAMENTO

FERMENTAZIONE ALCOLICA

TRATTAMENTI

INVECCHIAMENTO

59-729 ANPA, 2001

Volume dei reflui prodotti in cantina

Lo scarico dei reflui in cantina risulta estremamente variabile sia da un punto di vista qualitativo che quantitativo.

La valutazione del volume delle acque reflue prodotte in cantina è difficile poiché le operazioni di cantina implicano consumi idrici estremamente variabili in relazione alla tecnologia adottata, alle dimensioni degli impianti di produzione, ecc.

Generalmente, i consumi idrici per unità di uva lavorata risultano inversamente proporzionali alle dimensioni della cantina ed alla capacità lavorativa.

Sangiorgi e Balsari (1996) hanno stimato una produzione totale annua di reflui ripartibile per il 47% durante la vendemmia, il 22% durante la fase dei travasi ed il 31%

durante l’imbottigliamento.

durante l’imbottigliamento.

Principali caratteristiche qualitative dei reflui enologici (1)

La composizione chimica delle acque reflue rispecchia le sostanze contenute nell’uva (acini, raspi, semi, polpa) ed i prodotti residui dei vari processi di vinificazione quali:

- lieviti, microrganismi, zuccheri, alcol etilico e metilico, formaldeide e butilaldeide, acetone, acido formico, acetico e tartarico, tartrati di potassio e calcio.

Inoltre, la qualità dello scarico è influenzata dalle sostanze impiegate nella Inoltre, la qualità dello scarico è influenzata dalle sostanze impiegate nella lavorazione del vino quali:

- carbone attivo, coadiuvanti di filtrazione, ferrocianuro di potassio, anidride

solforosa e suoi sali, soluzioni alcaline, tensioattivi cationici.

Principali caratteristiche qualitative dei reflui enologici (2)

Il pH risulta tendenzialmente acido nelle acque provenienti dalle attività di lavorazione proprio per i processi di fermentazione mentre, al contrario, risulta significativamente alcalino nelle acque derivanti dal lavaggio di attrezzature e bottiglie.

Valori di pH variabili da 3,5 a 7,0

Alto contenuto di sostanze solide costituite da residui di foglie, bucce degli acini, semi e raspi, prodotti residui dei vari stadi di vinificazione, resti di sostanze che intervengono nella lavorazione del vino, soluzioni alcaline e tensioattivi impiegati nei lavaggi.

Valori dei solidi sospesi totali (SST) variabili da 12 a 7.300 mg/L

Principali caratteristiche qualitative dei reflui enologici (3)

Il COD durante la vendemmia raggiunge concentrazioni almeno 5 volte superiori a quelle registrate nel periodo primaverile ed estivo

BOD₅ COD

BOD₅/COD Fonte

(mg/L) (mg/L)

1.000-3.000 1.700-6.000 0,5-0,6 Farolfi, 1995

1.200-6.000 2.000-9.000 0,6-0,7 Fumi et al., 1995b

1.200-6.000 2.000-9.000 0,6-0,7 Fumi et al., 1995b

- 7.000-7.500 - Daffonchio et al., 1995

- 500-30.000 - Fumi et al., 1995a

Ridotto contenuto di elementi fertilizzanti (N, P, K)

Trattamenti naturali di depurazione delle acque reflue

I sistemi di depurazione naturale sono degli ecosistemi artificiali, in cui le varie

componenti (piante, animali, microrganismi, terreno, radiazioni solari) contribuiscono

alla rimozione degli inquinanti presenti nelle acque reflue, rimossi attraverso processi

fisici, chimici e biologici (filtrazione, adsorbimento, assimilazione da parte degli

organismi vegetali, degradazione batterica, ecc.)

Trattamenti naturali di depurazione delle acque reflue

I trattamenti naturali vengono denominati anche estensivi in quanto i processi di depurazione di tipo chimico-fisico e biologico richiedono:

- lunghi tempi (da 1-2 giorni fino ad alcune decine di giorni);

- estese superfici (da 1-2 m

/AE fino a 10 m

/AE).

Numerose applicazioni sono state realizzate nel settore civile per:

- trattamento secondario di piccole comunità;

- trattamento terziario di medie e grandi comunità;

- trattamento terziario di medie e grandi comunità;

- affinamento batteriologico ai fini del riuso agricolo.

serbatoi di accumulo lagunaggio

fitodepurazione

Fitodepurazione: definizione

Negli impianti di fitodepurazione o “aree umide artificiali” (“constructed wetlands”), vengono riprodotti, in un ambiente controllato, i processi depurazione naturale caratteristici delle zone umide e ottenuti prevalentemente dall’azione combinata di: suolo, vegetazione e microrganismi

Vegetazione Vegetazione

Fitodepura zione Fitodepura

zione

Substrato

Substrato Microrgan

ismi

Microrgan

ismi

Fitodepurazione: classificazione

SISTEMI DI FITODEPURAZIONE

SISTEMI A MACROFITE GALLEGGIANTI SISTEMI A MACROFITE

RADICATE

SISTEMI A MACROFITE EMERGENTI

SISTEMI A MACROFITE SOMMERSE

SISTEMI A FLUSSO SUBSUPERFICIALE

(SSF)

SISTEMI A FLUSSO SUBSUPERFICIALE ORIZZONTALE

(H-SSF)

SISTEMI A FLUSSO SUBSUPERFICIALE VERTICALE

(V-SSF)

SISTEMI A FLUSSO SUPERFICIALE

(FW S)

Sistemi a flusso superficiale (FWS)

Bacini di forma allungata e bassa profondità

Utilizzati prevalentemente come trattamento terziario

Prestazioni significativamente variabili con le stagioni (poco applicabile in climi rigidi)

Problemi di impatto ambientale

Superficie occupata (oltre 3-4 m

/AE per un trattamento terziario)

Pochi esempi di applicazione in Europa e in Italia

Sistemi a flusso sub-superficiale orizzontale (H-SSF)

Bacini impermeabilizzati di forma rettangolare allungata e altezza intorno a 60 cm Riempimento in materiale ghiaioso o misto ghiaioso-sabbioso

Il liquame viene fatto fluire orizzontalmente in continuo attraverso il terreno in cui sono radicate le macrofite (prevalentemente Phragmites spp.)

Funzionamento in condizioni di terreno saturo, ma con il livello idrico non affiorante Semplicità ed economia gestionale

Assenza di acqua libera (sviluppo di insetti modesto)

Superficie occupata: 4-5 m

/AE (trattamenti secondari) e 1-2 m

/AE (trattamenti terziari) Molto efficace nella rimozione di sostanza organica e SST, meno per la rimozione dei Molto efficace nella rimozione di sostanza organica e SST, meno per la rimozione dei nutrienti

Interessanti prestazioni nella riduzione della carica batterica

Molto utilizzato in Europa, numerose applicazioni anche in Italia

Sistemi a flusso verticale (V-SSF)

Bacini impermeabilizzati di forma rettangolare e altezza variabile da 40 a oltre 80 cm

Riempimento in materiale ghiaioso e sabbioso, a volte con stratificazioni a granulometria variabile

Il liquame viene fatto fluire verticalmente attraverso il terreno in cui sono radicate le macrofite (prevalentemente Phragmites)

Funzionamento con cicli di riempimento-svuotamento in modo da migliorare al massimo l’aerazione del terreno

Usati efficacemente come trattamento secondario o terziario

Presentano rendimenti migliori rispetto al flusso orizzontale (riduzione fino al 50% delle superfici a parità di rendimento)

Sono in grado di nitrificare efficacemente, e spesso utilizzato a questo scopo in accoppiamento ai sistemi orizzontali

accoppiamento ai sistemi orizzontali

Distribuzione omogenea del liquame su tutta la superficie costituisce un problema

idraulico non banale

Il caso studio del progetto ViENERGY: la cantina Marabino

L’azienda agricola Marabino è localizzata nella Val di Noto nella zona sud orientale della Sicilia nel comprensorio Eloro DOC & Noto DOC

La tenuta dell’azienda si estende per 30 ettari di cui 26 circa in produzione reimpiantati con i vitigni autoctoni della zona, Nero d’Avola e Moscato Bianco, e differenti cloni di Chardonnay

La produzione media annuale di vini è pari a circa 120.000 bottiglie

La cantina Marabino: il sistema di trattamento dei reflui pre-esistente

Fossa settica

prefabbricata di tipo Imhoff, seguita da

condotta di

subirrigazione

La cantina Marabino: progettazione dell’impianto di fitodepurazione

Letto di

Vasca di

Rapporto reflui di produzione/vino prodotto pari a circa 4,5/1 Volume di reflui trattati pari a circa 3 m

/giorno

V-SSF H-SSF FWS

Subirrigazione

Irrigazione area a verde

Letto di fitodepurazione a flusso sub-superficiale

verticale

Letto di

Vasca di fitodepurazione a flusso superficiale Vasca

Imhoff

Area realizzazione dell’impianto di fitodepurazione

Impianto dimostrativo di fitodepurazione La cantina Marabino: impianto dimostrativo di fitodepurazione

Impianto dimostrativo di fitodepurazione

V-SSF (≈ 140 m²) H-SSF (≈ 60 m²)

FWS (≈ 30 m²)

Impianto di fitodepurazione: trattamenti preliminari e primari

Pozzetto di grigliatura

Vasca Imhoff

Cestello di grigliatura

Vasca Imhoff

Uscita FWS Vasca Imhoff

Vasca di equalizzazione

Pompa sommersa

Vasca a flusso sub-superficiale verticale (V-SSF): fasi di realizzazione (1)

Tubazioni di drenaggio

Fori Ø 20 mm

Tubi di

Vasca a flusso sub-superficiale verticale (V-SSF): fasi di realizzazione (2)

Rizomi di Phragmites australis Messa a dimora di

rizomi di

Phragmites australis (4 rizomi/m²) Stratigrafia letto V-SSF

Tubazione di uscita Fori Ø 8 mm

Mattonella 20 x 20 cm

Tubazione di distribuzione

Vasca a flusso sub-superficiale verticale (V-SSF): fasi di realizzazione (3)

Tubazione di distribuzione

Tubazione di uscita con tappi a vite

Terreno naturale Inerbimento naturale

Rete in polietilene +

Rete in biojuta

Vasca a flusso sub-superficiale orizzontale (H-SSF): fasi di realizzazione (1)

Tubazione di distribuzione Tappi a vite

Fori Ø 20 mm

Tubazione di drenaggio

Vasca a flusso sub-superficiale orizzontale (H-SSF): fasi di realizzazione (2)

Pietrame lavico

Ghiaia 8-10 mm

Tubazione di uscita

Cyperus papyrus (≈ 8 piante/m²)

Vasca a flusso superficiale (FWS): fasi di realizzazione (1)

Pietrame lavico

Iris pseudacorus (≈ 10 piante/m²)

Scirpus lacustris

Vasca a flusso superficiale (FWS): fasi di realizzazione (2)

Pozzetto di uscita

Pompa

Tubazione di uscita

Nymphaea alba

Contatore volumetrico

Area a verde

Punica granatum;

Gaura spp.;

Phyllirea spp.;

Pistacia lentiscus;

Nerium oleander;

Convolvulus spp.;

Rosmarinum spp.;

Teucrium spp.;

Laurus nobilis;

Ficus carica;

Specie vegetali impiantate:

Ficus carica;

Lavandula angustifolia.

Attività sperimentale: metodologia

V-SSF H-SSF FWS

1 2 3 4 5

• Frequenza di campionamento:

• Punti di campionamento:

mensile

1. Ingresso grigliatura;

2. Ingresso V-SSF;

3. Ingresso H-SSF;

4. Ingresso FWS;

5. Uscita FWS.

• Parametri chimico-fisici rilevati:

Attività sperimentale: campionamenti delle acque reflue

MARZO 2014

(acque di lavaggio locali e imbottigliamento)

APRILE 2014 (acque di lavaggio

locali e botti) Ingresso

grigliatura

Ingresso V-SSF

Ingresso H-SSF

Ingresso FWS

Uscita FWS

Ingresso grigliatura

Ingresso V-SSF

Ingresso H-SSF

Ingresso FWS

Uscita FWS

locali e botti)

Ingresso

grigliatura Ingresso

V-SSF Ingresso

H-SSF Ingresso

FWS Uscita FWS

Attività sperimentale: campionamenti delle acque reflue

AGOSTO 2014 (vendemmia)

Ingresso

grigliatura Ingresso V-SSF

Ingresso H-SSF

Ingresso FWS

Uscita FWS Ingresso

grigliatura Ingresso

V-SSF Ingresso

H-SSF Ingresso

FWS Uscita FWS

SETTEMBRE 2014

OTTOBRE 2014

(acque di lavaggio tini e botti) Ingresso

grigliatura Ingresso

V-SSF Ingresso

H-SSF Ingresso

FWS Uscita FWS SETTEMBRE 2014

(vendemmia)

Attività sperimentale: risultati (1)

Il pH e la C.E. delle acque brute sono risultati estremamenti variabili nel periodo della vendemmia con valori compresi, rispettivamente, tra circa 5 ed 11

e tra circa 1.000 e 5.000 µS/cm

Il pH e la C.E. delle acque reflue in uscita dalla vasca di equalizzazione hanno presentato variazioni decisamente più ridotte presentato variazioni decisamente più ridotte

rispetto a quelle rilevate nelle acque brute Range pH: 4,7 – 7,7

Range C.E.: 560 – 1650 µS/cm

404

203 207

200 250 300 350 400 450

Concentrazioni medie (mg/L)

Ingresso grigliatura Ingresso V-SSF Ingresso H-SSF Ingresso FWS Uscita FWS

Attività sperimentale: risultati (2)

Le concentrazioni di SST in INGRESSO

all’impianto di trattamento sono risultate variabili tra 13 e 960 mg/L

Le concentrazioni di COD in INGRESSO all’impianto di trattamento sono risultate variabili tra

7 e 1700 mg/L

Si evidenzia un abbattimento dei SST e della sostanza organica già dal primo stadio di trattamento

10 9 16

0 50 100 150 200

SST BOD5 COD

Concentrazioni medie (mg/L)

Attività sperimentale: risultati (3)

5,3

1,1

5,9

3,3

0,8

2,5

1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

Concentrazioni medie (mg/L)

Ingresso grigliatura Ingresso V-SSF Ingresso H-SSF Ingresso FWS Uscita FWS

Leggero incremento della concentrazione di N-NH₄a causa di possibili condizioni di anaerobiosi verificatesi,

0,8

0,0 0,5 1,0

N-NH4 Ntot P-PO4

Attività sperimentale: risultati (4)

30 40 50 60 70 80 90 100

Efficienze medie di rimozione (%)

Le limitate efficienze di rimozione dei nutrienti sono state determinate dalla loro

0 10 20 30

SST BOD5 COD N-NH4 Ntot P-PO4

Efficienze medie di rimozione (%)

Ingresso Impianto Uscita Impianto Parametri Limite

D.Lgs. 152/2006⁽¹⁾

Limite D.M. 185/2003

% campioni entro limiti D.Lgs.152/2006

% campioni entro limiti D.M.185/2003

% campioni entro limiti D.Lgs.152/2006

% campioni entro limiti D.M.185/2003

SST 150 mg/L⁽²⁾ 10 mg/L 67 0 100 80

BOD₅ 25 mg/L 20 mg/L 22 22 90 90

COD 125 mg/L 100 mg/L 67 67 100 100

Attività sperimentale: risultati (5)

La proliferazione algale contribuisce ad un incremento dei SST in uscita dalla vasca FWS. Si potrebbe ottenere un ulteriore abbattimento dei SST aumentando la zona di filtrazione con ghiaia avente una più ridotta dimensione granulometrica

COD 125 mg/L 100 mg/L 67 67 100 100

N_tot 15 mg/L ⁽³⁾ 35 mg/L 100 100 100 100

(1) Le analisi sugli scarichi provenienti da lagunaggio o fitodepurazione devono essere effettuate su campioni filtrati;

(2) limite di 150 mg/L per gli impianti di fitodepurazione e lagunaggio;

(3) limite valido solo per le aree sensibili.

Conclusioni

L ’ impianto pilota di fitodepurazione per il trattamento delle acque reflue enologiche realizzato nell’ambito del progetto VIENERGY ha evidenziato ottime efficienze di rimozione già dalle prime fasi di esercizio

L ’ impianto pilota durante tutta la fase di esercizio ha evidenziato un ’ ottima capacità buffer in presenza di elevate punte di carico organico ed idraulico Fin dalla primo stadio di trattamento (letto verticale), l’efficienza di rimozione dei principali inquinanti è risultata elevata

Ai fini del riuso irriguo delle acque reflue trattate è necessario incrementare l ’ efficienza di rimozione dei SST attraverso un miglioramento della rimozione della biomassa algale (incremento della zona di filtrazione presente nella sezione terminale della vasca a flusso superficiale)

L’impianto pilota di fitodepurazione costituisce motivo di attrazione ed

interesse, per l’innovazione tecnologica e l’attenzione dell’azienda alla

UNIONE EUROPEA

GRAZIE PER L’ATTENZIONE GRAZIE PER L’ATTENZIONE

Progetto PROMED 2

La protezione dell'ambiente nelle isole del Mediterraneo attraverso la valorizzazione di un sistema colturale arboreo

Progetto co-finanziato dall’Unione Europea Fondo Europeo di Sviluppo Regionale

GRAZIE PER L’ATTENZIONE GRAZIE PER L’ATTENZIONE

Giuseppe Luigi Cirelli Giuseppe Luigi Cirelli [email protected] [email protected]

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