acque reflue prodotte da piccole comunità

Sala Ulisse – 13 Aprile 2019 giuseppe.cirelli@unict.it

Giuseppe Luigi Cirelli

, Mirco Milani

(a) Università di Catania - Dipartimento di Agricoltura, Alimentazione e Ambiente (Di3A)

(b) Centro Studi di Economia applicata all’Ingegneria - Catania

Il ruolo dei sistemi naturali per il riuso delle

acque reflue prodotte da piccole comunità

Premessa

Il riuso delle acque reflue trattate per l’irrigazione delle colture combina diversi vantaggi quali l’incremento della disponibilità idrica per l’agricoltura ed i benefici economici per gli agricoltori derivanti da una riduzione degli interventi di concimazione

La pratica del riuso di acque reflue urbane è subordinata al rispetto delle normative (spesso stringenti) in vigore nei diversi Paesi UE e non

L’uso pianificato e controllato delle acque reflue comporta la necessità di sottoporre queste acque ad idonei livelli di trattamento al fine di ridurre o eliminare il potenziale rischio igienico sanitario connesso alla qualità delle acque utilizzate.

Esigenza di individuare tecnologie di trattamento delle acque reflue a

basso per le piccole e medi comunità , anche con l’obiettivo del riuso.

Sistemi di trattamento naturale

I sistemi di depurazione naturale 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)

lagunaggio fitodepurazione Serbatoi di accumulo

Sistemi di trattamento naturale

Primari Secondari Terziari disinfezione

Fitodepurazione

Lagunaggio

Serbatoi

d’accumulo

Fitodepurazione

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:

substrato, vegetazione e microrganismi

Fitodepurazione: classificazione in funzione del regime idraulico

Sistema a flusso sub-superficiale verticale (V-SSF)

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

Sistema a flusso superficiale (FWS)

Flusso superficiale

Flusso subsuperficiale

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 m2/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 nutrienti

Interessanti prestazioni nella riduzione della carica batterica

Molto utilizzato in Europa, numerose applicazioni anche in Italia

Fonte: http://www.globalwettech.com

Sistemi a flusso sub-superficiale 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 spp.)

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

Distribuzione omogenea del liquame su tutta la superficie costituisce un problema idraulico non banale

Fonte: http://www.globalwettech.com

Alcune esperienze di fitodepurazione in Sicilia

Alcune esperienze sui sistemi di fitodepurazione a servizio di insediamenti civili e produttivi in Sicilia:

– Comune di San Michele di Ganzaria (Catania)

– IKEA Store di Catania

10 10

COMUNE DI SAN MICHELE DI GANZARIA

11 11

San Michele di Ganzaria Catania

• 90 Km da Catania

• 5000 abitanti

• Territorio 26 Km

San Michele di Ganzaria (490 m s.l.m.)

Impianto di fitodepurazione a scala pilota

(370 m s.l.m.)

Impianto di depurazione convenzionale comunale

(370 m s.l.m.)

Impianto di fitodepurazione a scala reale

–

Impianto di coltivazione di specie erbacee ed ortive

(367 m s.l.m.)

Comune di San Michele di Ganzaria – Ubicazione dell’impianto

13 13

San Michele di Ganzaria – Stato di fatto del sistema di affinamento

13 13

340 m

Impianto di affinamento 367 m s.l.m.

In esercizio dal 2001

In esercizio dal 2006 In esercizio dal 2013

14 14

San Michele di Ganzaria – Caratteristiche dei letti di fitodepurazione

Letti di fitodepurazione

portata (m³/day)

Area

(m²) A.E.

Materiale di riempimento

Macrofite piantumate tipo Dimens.

(mm)

Porosità nominale

altezza (m)

nome densità

H-SSF1

215 1950 1.100

calcareo

8-15

0.38

0.6

Phragmites sp

4/5 rizomi per m² H-SSF2

240 2080 1.100

lavico 0.40

H-SSF4

125 1200 600

H-SSF3

240 2080 1.100

TOT 820 7300 4.000

Letti di fitodepurazione

portata (m³/day)

Area

(m²) A.E.

Materiale di riempimento

Macrofite piantumate tipo Dimens.

(mm)

Porosità nominale

altezza (m)

nome densità

H-SSF1

215 1950 1.100

calcareo

8-15

0.38

0.6

Phragmites sp

4/5 rizomi per m² H-SSF2

240 2080 1.100

lavico 0.40

H-SSF4

125 1200 600

H-SSF3

240 2080 1.100

TOT 820 7300 4.000

Typha latifolia

15 15

San Michele di Ganzaria - Scavo, posa della guaina e riempimento dei letti

Pendenza fondo 1%

2.5

1

Ingresso

uscita

15 15

16 16

San Michele di Ganzaria - Messa a dimora della vegetazione e sviluppo vegetativo

17 17

San Michele di Ganzaria - Efficienza di rimozione dei parametri chimico-fisici

17 17

• L’efficienza di rimozione non risulta differente in modo significativo in relazione al periodo di esercizio dei sistemi di fitodepurazione (

• Le concentrazioni di SST, COD e BOD

sono risultate inferiori ai limiti imposti dal D.Lgs.

152/06 per lo scarico nei corpi idrici superficiali (oltre il 90% dei campioni esaminati) .

• Le efficienze medie di rimozione dell’azoto totale sono risultate comprese tra circa 40- 70%; per il fosforo l’efficienza media di rimozione è stata pari a circa il 20-30%;

• L’Escherichia coli ha mostrato, in ingresso all’impianto di fitodepurazione, concentrazioni variabili tra 2,4 Ulog e 7,0 Ulog che, in uscita dai letti filtranti, si sono ridotte in medi di circa 2,2 Ulog.;

• Necessità di un sistema di disinfezione a valle, anche tramite serbatoi di accumulo, per

rispettare i restrittivi limiti microbiologici imposti dal D.M. 185/2003 per il riuso.

IKEA STORE DI CATANIA

18 18

SCARICHI Servizi igienici

Cucina Bar

DISOLEATORE – DEGRASSATORE

GRIGLIATURA (COCLEA)

IMPIANTO SBR

SCARICO SU CANALE ASI

SBR

L’impianto di depurazione è stato dimensionato per rispettare i limiti della normativa per lo scarico in corpi idrici superficiali previsti dalla tabella 3 dell’Allegato 5, parte terza, del D.Lgs 152/2006, alcuni di questi sono:

• BOD 40 mg/L;

• COD 160 mg/L;

• TSS 80 mg/L;

19

IKEA Store di Catania – Impianto convenzionale SBR

SBR (Sequential Batch Reactor) Depuratore biologico a fanghi attivi con processo a fasi cicliche di trattamento (ossidazione e sedimentazione) nella medesima vasca.

Numero A.E. N° 150

Carico idrico netto pro-capite L/g 200 Carico idrico giornaliero

massimo (Qi) m

/g 30

Portata media in 24 ore m

/g 1,3 Portata di punta nera m

/h 5

Solidi Sospesi mg/L 350

COD mg/L 500

BOD mg/L 300

Azoto totale (TKN) mg/L 135

Fosforo totale (P) mg/L 15

influente Effluente

20 20

IKEA Store di Catania – Impianto convenzionale SBR

Da gennaio a maggio 2012, sono stati misurati, tramite i contatori volumetrici, il volume di acqua reflue effluenti da lavabi, WC, docce, lavelli cucina, ecc.

Min value m

/day 7 Max value m

/day 40 Range m

/day 33 Mean value m

/day 18,24

Statistiche del periodo Gennaio-Maggio 2012

Min value m

/day 7 Max value m

/day 27 Range m

/day 20 Mean value m

/day 14,73

Statistiche dei giorni feriali

Min value m

/day 15 Max value m

/day 40 Range m

/day 25 Mean value m

/day 27,85

Statistiche dei giorni prefestivi e festivi

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

01-gen 08-gen 15-gen 22-gen 29-gen 05-feb 12-feb 19-feb 26-feb 04-mar 11-mar 18-mar 25-mar 01-apr 08-apr 15-apr 22-apr 29-apr 06-mag 13-mag 20-mag 27-mag 03-giu 10-giu 17-giu 24-giu 01-lug

portata (m3)

Portata massima di progetto Q = 30 m³/giorno

- Portata massima di progetto: 5 m

/h

- In alcuni giorni sono state registrate portate orarie di 10 m

/h

21 21

IKEA Store di Catania – Valutazione quantitativa dell’acqua di scarico

Parametro Unità di misura

Campionamenti

25/01/2012 06/03/2012 26/05/2012 27/05/2012

In In In In

pH unità 7,69 7,83 7,44 7,93

SST mg/L 160 120 160 230

BOD₅ mg/L 333 207 286 303

COD mg/L 620 660 600 740

Solfati (SO₄) mg/L 124 82,4 21,6 54,6

Cloruri mg/L 211 241 245 237

Fosforo totale mg/L 18,04 16,1 16,84 17,92

Azoto ammoniacale

(NH₄) mg/L 229 217 213 201

Azoto nitroso mg/L <0,01 0,07 <0,01 <0,01

Azoto nitrico mg/L <0,22 <0,22 <0,22 <0,22

Grassi e oli

animali/vegetali mg/L <0,01 34,7 51,5 111,6

Tensioattivi MBAS mg/L 12,8 16,4 45,8 21,7

Solidi Sospesi Totali

(SST) mg/L 167,5

BOD₅ mg/L 282,3

COD mg/L 655

Fosforo mg/L 17,2

Azoto ammoniacale

(NH₄) mg/L 215

Valori medi di alcuni parametri

22

Concentrazione di progetto di azoto totale è di 135 mg/L

22

IKEA Store di Catania – Valutazione qualitativa delle acque di scarico non trattate

A W L

m

m m

Letto H1 400 12 34

Letto V1 530 24 24

Letto V2 530 24 24

TOT 1460

Portata di progetto: 45-50 m

/giorno

Funzionamento dei letti di fitodepurazione in serie: H1 > V1 > V2 > SCARICO (in corpo idrico )

23 23

IKEA Store di Catania – Caratteristiche impianto di fitodepurazione

IKEA Store di Catania – Schema del sistema depurativo: SBR + fitodepurazione

Installazione delle tubazioni di distribuzione

Posa in opera del materiale di riempimento

(strato principale) Installazione delle tubazioni

di drenaggio

25 25

IKEA Store di Catania – Fase di costruzione letti V1 e V2

26 26

IKEA Store di Catania – Stato di fatto

27 27

IKEA Store di Catania – Risultati

• L’impianto di fitodepurazione ha evidenziato elevate efficienze di rimozione dei SST , del COD e del BOD

che sono stati rimossi fino a percentuali, rispettivamente, del 99,3%, 92,7% e 96,6%;

• Sono stati evidenziati buoni risultati anche nell’abbattimento dell’ azoto totale e del fosforo totale con percentuali medie che hanno raggiunto valori, rispettivamente, del 69,5% (±

17%) e del 54,4% (± 1%) ;

• Significativo miglioramento della qualità microbiologica del refluo con concentrazioni di

E.coli con una riduzione complessiva pari a 3-4 Ulog) le concentrazioni di E.coli

nell’effluente sono risultate conformi (circa il 90% dei campioni) anche ai restrittivi limiti

legislativi per il riuso

Conclusioni

• Le tecnologie di trattamento naturale delle acque reflue possono rappresentare una valida alternativa ai trattamenti convenzionali. Nei Paesi con normative in linea con quanto stabilito dall’ OMS, potrebbero essere l’unica tecnologia da applicare per il trattamento ed il riuso delle acque reflue nel caso di piccole e medie comunità. In Italia, la fitodepurazione+UV potrebbe essere una valida soluzione sostenibile e con modesti costi di gestione e manutenzione per il trattamento ed il riuso delle acque reflue nelle piccole e medie comunità;

• I sistemi di fitodepurazione a flusso verticale (IKEA di Catania) hanno una notevole efficienza nella rimozione dei microrganismi (E. coli);

• I sistemi di fitodepurazione sono risultati efficaci anche nel trattamento delle acque reflue agro-industriali, dimostrando la capacità di produrre effluenti compatibili con i restrittivi limiti del D.M. 185/2003;

• Si auspica una rapida revisione della vigente normativa italiana sul riuso delle

acque reflue alla luce delle nuove linee guida europee per tenere in

considerazione diversi usi, tipologie colturali e metodi di irrigazione.

Prof. Giuseppe Luigi Cirelli – Università di Catania

giuseppe.cirelli@unict.it

La presentazione è disponibile sul sito www.cseicatania.com

Grazie per l’attenzione!