Soluzioni sostenibili per la gestione delle acque reflue nel bacino dell'Alcantara

Incontro Tecnico

Soluzioni sostenibili per la gestione delle acque reflue nel bacino dell'Alcantara

Francavilla di Sicilia (ME), 15 luglio 2021

Sala riunioni - Ente Parco Fluviale dell’Alcantara

Con il contributo di Regione Siciliana

Assessorato Regionale dell'Istruzione e della Formazione Professionale

Le tecnologie naturali per il trattamento ed il riuso delle acque reflue:

esperienze in Sicilia

Delia VENTURA - Università di Catania

Feliciana LICCIARDELLO - Università di Catania

Ingegneria sanitaria convenzionale

•Elevati consumi idrici/basso potenziale di riuso (acqua e nutrienti)

•Commistione di piccole quantitativi di materiale fecale con grandi quantità di acqua

•Fognature di tipo misto e scarichi concentrati (riduzione della capacità depurativa dei corsi d’acqua)

•Elevati costi di trattamento e disinfezione

•Elevati costi di riuso anche in relazione all’ubicazione degli impianti di

depurazione

Ingegneria sanitaria sostenibile

Riuso delle acque reflue (il più vicino possibile al punto di origine) e recupero di sostanze fertilizzanti

Separazione alla fonte della sostanza organica di origine fecale (acque nere e

acque grigie) nei nuovi edifici

Fonte: Masi et al., 2018

Tecnologie di trattamento dei reflui a basso costo e a basso impatto ambientale Impianti di trattamento decentralizzati adattabili

alle diverse situazioni economiche e sociali

TRATTA…

…RIUSA!!

Le tecnologie naturali per il trattamento ed il riuso delle acque reflue: esperienze in Sicilia – Dott.ssa Delia Ventura

Il trattamento delle AR nei piccoli e medi insediamenti civili e agro-industriali

 Notevole variabilità del carico idraulico (volume di AR) e del carico organico (kg BOD₅/giorno) giornaliero e stagionale

Le soluzioni impiantistiche «intensive» generalmente adottate non sono idonee:

 Modesta elasticità di esercizio

 Assenza di operatori qualificati

 Produzione di fanghi con costi di smaltimento elevati (fino a 80-100 euro/m³)

 Elevati consumi energetici (elevata emissione di CO₂)

 Elevati oneri di esercizio e manutenzione

 Rischio di lunghi periodi di "fuori esercizio“ per guasti delle apparecchiature elettromeccaniche

 Elevati oneri per la realizzazione e conduzione di sistemi terziari/disinfezione e di reti di distribuzione delle acque trattate finalizzate al riuso

 Elevati costi di monitoraggio, a fronte della stringente normativa italiana per il riuso (D.M. 185/2003)

Le soluzioni basate sulla natura (NBS) per il trattamento delle acque reflue

I sistemi di depurazione naturale sono ecosistemi artificiali in cui le varie componenti biotiche e abiotiche (piante, animali, microrganismi, terreno, radiazioni solari) contribuiscono alla rimozione degli inquinanti presenti nelle acque reflue, mediante processi fisici, chimici e biologici (filtrazione, adsorbimento, assimilazione da parte degli organismi vegetali, degradazione batterica)

Le tecnologie naturali per il trattamento ed il riuso delle acque reflue: esperienze in Sicilia – Dott.ssa Delia Ventura

Primari Secondari Terziari disinfezione

Lagunaggio

Serbatoi d’accumulo

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

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

- estese superfici (da 1-2 m²/AE fino a 10 m²/AE).

Piccole comunità Medie-grandi comunità

Affinamento batteriologico ai fini del riuso agricolo

Le NBS per il trattamento delle acque reflue

Fitodepurazione

Superfici occupate e consumi di energia di alcuni sistemi di depurazione

Superficie (m²/AE)

Consumi energetici [kWh/(AE anno)]

T R A T T A M E N T I PRELIM INARI 0,005÷0,01 0÷1,8

Fossa settica a monte di un trattamento secondario 0,1÷0,3 0

Fossa settica come trattamento a sé stante 0,8÷1,2 0

Fossa Imhoff a monte di un trattamento secondario 0,08÷0,1 0

Fossa Imhoff come trattamento a sé stante 0,2÷0,6 0

DEPURAZION E C O N SISTEMI N A T U R A L I

Subirrigazione in terreni drenanti 5÷12 0÷1,10¹

Subdispersione a goccia 4÷10 5,5÷11,0

Subdispersione drenata 7÷15 0÷1,10¹

Filtrazione lenta intermittente senza ricircolo 2÷4 0÷1,10²

Filtrazione lenta intermittente con ricircolo 1÷2 3÷7

Fitodepurazione verticale (secondario) Fitodepurazione verticale (terziario)

2÷3 0,7÷1

0÷1,10² 0÷1,10² Fitodepurazione subsuperficiale orizzontale (secondario)

Fitodepurazione subsuperficiale orizzontale (terziario)

4÷5 0,7÷1

0 0 Fitodepurazione superficiale (secondario)

Fitodepurazione superficiale (terziario)

2÷3 0,5÷1

0 0

Evapotraspirazione 15÷50 0

Stagno facoltativo (secondario) Stagno facoltativo (terziario)

5÷60 2÷6

0÷1,10³ 0

Stagno aerobico (affinamento) 2÷4 0

Stagno anaerobico 0,2÷0,4 0

Stagno aerato aerobico-anaerobico Stagno aerato aerobico

0,6÷0,8 0,5÷0,7

20-40 30÷60 DEPURAZION E C O N SISTEMI IMPIANTISTICI

Filtro percolatore classico a basso carico 0,22÷0,40 0÷1,8²

Dischi biologici 0,20÷0,35 0,35÷0,7

Filtro biologico aerato (BAF) 0,15÷0,20 55÷80

Percolatore sommerso aerato (SAF) 0,16÷0,22 55÷80

M B B R 0,16÷0,20 35÷70

Fanghi attivi ad aeraz. prol. (a flusso continuo e SBR) 0,22÷0,30 55÷80

Fanghi attivi M B R 0,18÷0,25 70÷120

Trattamento chimico 0,13÷0,16 1÷1,8

Filtrazione rapida 0,001÷0,002 1,3÷2

Rispetto agli impianti

convenzionali, per i sistemi naturali si hanno:

 Bassi consumi energetici e costi di

gestione

 Maggiori

superfici

occupate

Gli impianti di fitodepurazione, o ” aree umide artificiali”, sono ambienti controllati dove vengono riprodotti i processi naturali di depurazione caratteristici delle zone umide

Substrato

Microrganismi Vegetazione

NBS: gli impianti di fitodepurazione

Classificazione degli impianti di fitodepurazione

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) (fonte IRIDRA)

(CSEI – IKEA CT)

Tipologia di piante generalmente utilizzate: macrofite

Papiro

(Cyperus papyrus)

radicate emergenti

Cannuccia di palude

(Phragmites australis)

Mazza di tamburo

(Typha latifolia)

Applicazioni della fitodepurazione

INQUINAMENTO PUNTUALE:

• Trattamento Secondario di:

- reflui domestici

- reflui municipali/civili - reflui agro-industriali

• Trattamento Terziario:

- stadio di affinamento per impianti convenzionali

INQUINAMENTO DIFFUSO:

• Deflusso Agricolo

• Deflusso Urbano

• Deflusso Autostrade/Infrastrutture

• Deflusso Aeroporti

• Trattamento di acque superficiali e sotterranee

PARTICOLARI APPLICAZIONI:

- Percolato discariche RSU e compostaggi

- Fitodisidratazione e mineralizzazione fanghi di supero

Costruzione e materiali: scavo, posa della guaina e riempimento dei letti

Riempimento Prove di tenuta idrauliche

Posa guaina impermeabilizzante Scavo

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Costruzione e materiali: sistemi di distribuzione, raccolta e regolazione del livello

Sistema di alimentazione (Tubazione in PVC DN 200 con elementi a T e riduzioni

DN 200 – DN 160)

Sistema di regolazione del livello idrico (tubo corrugato)

Sistema di raccolta delle acque (tubazione forata in PVC DN 200)

Costruzione e materiali: pozzetti di raccolta, vasche di equalizzazione ed elettropompe

Vasca di equalizzazione

Pompa sommersa

Temporizzatore

Costruzione e materiali: messa a dimora delle macrofite

• assenza di reagenti;

• produzione di fanghi molto ridotta;

• componentistica elettromeccanica minima o addirittura assente;

• consumo energetico minimo o nullo;

• consigliato pretrattamento meccanico e una sedimentazione primaria (es. fosse settiche, fosse imhoff, letti percolatori) a monte della fitodepurazione.

Manutenzione:

• Sfalcio annuale della vegetazione (manutenzione ordinaria)

• Manutenzione apparecchiature elettromeccaniche ove esistenti (pompe)

• Pulizia/ricambio materiale di riempimento nel caso di accumulo di fanghi (manutenzione straordinaria, limitata ai casi in cui non sia presente una sedimentazione primaria)

Principali aspetti gestionali

• Il D.Lgs. 152/99 - allegato 5 (aggiornato con D.Lgs. 152/2006) prescrive:

“Per tutti gli insediamenti con popolazione equivalente tra 50 e 2000 AE si ritiene auspicabile il ricorso a tecnologie di depurazione naturale quali il lagunaggio o la fitodepurazione...”

Inoltre

“...Tali trattamenti si prestano, per gli insediamenti di maggiori dimensione con popolazione equivalente compresa tra i 2000 e i 25000 AE, anche a

soluzioni integrate con impianti a fanghi attivi o a biomassa adesa, a valle del trattamento, con funzione di affinamento.”

SITUAZIONE IN ITALIA

Esperienze di fitodepurazione in Sicilia

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

• Aziende agrituristiche:

- Valle dei Margi (Grammichele - CT)

• Aziende agrituristiche:

- Cantina Marabino (Noto - SR)

San Michele di Ganzaria (CT) – Sistema di affinamento impianto comunale

 4000 a.e.

 Area superficiale sistemi H-SSF: 7300 m²

 Portata giornaliera totale: 820 m³/giorno (circa 300.000 m³/anno)

Le tecnologie naturali per il trattamento ed il riuso delle acque reflue: esperienze in Sicilia – Prof.ssa Feliciana Licciardello

Schema sperimentale dell’impianto di irrigazione con ARD e acque chiare (AC) utilizzato durante la stagione 2013 (from Castorina et al., 2016)

IRRIGATION

Durante gli ultimi 15 anni sono state condotte prove di irrigazione con acque reflue depurate (ARD) di colture vegetali in siti sperimentali localizzati nei pressi dell’impianto di depurazione del comune di San Michele di Ganzaria.

San Michele di Ganzaria (CT) - Riuso in agricoltura di acque reflue depurate

Pacciamatura

- Missouri

Pomodoro Scura

Lattuga Romana

Melanzana

San Michele di Ganzaria (CT) - Colture irrigate con acque reflue depurate

L’impianto dei trattamento dei reflui prodotti dall’IKEA Catania (SBR + CW)

SBR Grigliatura

Scarichi

Servizi igienici, Cucina, Bar

P P

Q= 30 m³/giorno

Fitodepurazione

HF (I stadio) VF1 (II stadio) VF2 (III stadio)

Canale Buttaceto Qin= 45-50

m³/giorno

Pompa Pompa

Q= 15-20 m³bypass SBR se Q > 30 m³/giorno

Griglia

Letto di fitodepurazione a flusso sub-superficiale

verticale

Letto di fitodepurazione a flusso sub-superficiale

orizzontale

Vasca di fitodepurazione a flusso superficiale Vasca

Imhoff

Vasca di equalizzazione Subirrigazione

V-SSF H-SSF FWS

Irrigazione area averde

(Progetto “Vigna Energetica – ViEnergy”

finanziato dal piano operativo Italia – Malta 2007-2013)

Rapporto reflui di produzione/vino prodotto pari a circa 4,5/1 Volume di reflui trattati pari a circa 3 m³/giorno

Produzione media annuale di vini di circa 1.500 hL anno^-1

Az. Agricola MARABINO – scala dimostrativa: V-SSF + H-SSF + FWS

Nymphaea alba

Canna indica Cyperus papyrus

Area (m²) 60; pietrisco calcareo 8-10 mm

Area (m²) 30; profondità 0.7 m Iris

pseudacoris/pietrame lavico in zona terminale

Phragmites australis

Area (m²) 144; ghiaia (2-10 mm ) e pietrisco calcareo (10-40 mm) V-SSF

Az. Agricola MARABINO – scala dimostrativa: V-SSF + H-SSF + FWS

Az. Agricola MARABINO – Riuso irriguo area a verde

 Punica granatum;

 Gaura spp.;

 Phyllirea spp.;

 Pistacia lentiscus;

 Nerium oleander;

 Convolvulus spp.;

 Rosmarinum spp.;

 Teucrium spp.;

 Laurus nobilis;

 Ficus carica;

 Lavandula angustifolia.

Specie vegetali impiantate:

Agriturismo Valle dei Margi – Impianto di fitodepurazione H-SSF+FWS

Superficie letto H-SSF= 350 m

Superficie letto FWS = 180 m

200 AE (circa 30 m³/giorno)

Agriturismo Valle dei Margi – Impianto di fitodepurazione H-SSF+FWS

Agriturismo Valle dei Margi

 Elevate efficienze di rimozione dei principali parametri chimico-fisici e microbiologici (SST >95%, COD >90%, BOD5

>95%, NT ≈ 70%, PT ≈ 50%, E. coli fino a 4 ulog)

 Limiti sempre rispettati sia per lo scarico nei corpi idrici superficiali (D.Lgs 152/06) che per il riutilizzo a scopo irriguo dei reflui depurati (D.M. 185/03; regolamento UE, 2020/741)

 Sono stati messi a punto e applicati protocolli di monitoraggio finalizzati alla riduzione degli effetti dell’utilizzo di ARD su suolo, prodotti e sistemi di irrigazione

 I sistemi di fitodepurazione si integrano pienamente con altre tipologie di sistemi naturali allo scopo di rimuovere specifici inquinanti. Ovvero possono essere utilizzati sistemi di disinfezione (UV) per la rimozione dei microrganismi.

 I sistemi di fitodepurazione giocano un importante ruolo ambientale per quanto concerne:

- la riqualificazione di terreni marginali

- la rinaturalizzazione (determinante nel costituire habitat ideali per la fauna acquatica e l’avifauna) e l’accrescimento della biodiversità.

Considerazioni finali

… la rinaturalizzazione degli ambienti urbani (fitodepurazione a decorso verticale: tetti e pareti verdi) favorisce la creazione di corridoi ecologici e la mitigazione dei cambiamenti climatici

Fonte: Masi et al., 2018

Grazie per l’attenzione!

Dott.ssa Delia Ventura - delia.ventura@unict.it Prof.ssa Feliciana Licciardello – flicciar@unict.it