Irrigazione area a verdeReflui enologici

(1)

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Progetto di ricerca:

Nuovi prodotti della trasformazione agroindustriale di frutti da colture mediterranee e gestione sostenibile dei sottoprodotti - Medfruit

Dott. Mirco Milani

Università degli Studi di Catania

mirco.milani@unict.it

Esperienze di fitodepurazione per il trattamento dei reflui agroindustriali

Webinar:

La gestione sostenibile delle acque reflue agroindustriali

24 Aprile 2020

(2)

• Le agroindustrie sono industrie trasformatrici di prodotti che provengono dal settore agricolo;

• Le attività produttive delle agroindustrie richiedono ed utilizzano elevati volumi idrici che determinano la produzione di reflui con caratteristiche quali-quantitative decisamente variabili;

• I reflui provenienti da impianti di lavorazione di agroindustria sono caratterizzati da:

– un elevato contenuto di sostanze organiche e biodegradabili e, di conseguenza, da una alta domanda di ossigeno;

– elevato tenore di sostanze solide sospese che pone il problema della loro separazione e dello smaltimento dei fanghi così prodotti.

Premessa

(3)

a) provenienti da imprese dedite esclusivamente alla coltivazione del terreno e/o alla silvicoltura;

b) provenienti da imprese dedite ad allevamento di bestiame che, per quanto riguarda gli effluenti di allevamento, praticano l'utilizzazione agronomica…..;

c) provenienti da imprese dedite alle attività di cui alle lettere a) e b) che esercitano anche attività di trasformazione o di valorizzazione della produzione agricola, inserita con carattere di normalità e complementarietà funzionale nel ciclo produttivo aziendale e con materia prima lavorata proveniente in misura prevalente dall'attività di coltivazione dei terreni di cui si abbia a qualunque titolo la disponibilità;

Assimilazione dei reflui agroindustriali alle acque reflue domestiche

L’articolo 101 del D.lgs. 152/06 ha previsto al comma 7 che, ai fini della disciplina degli scarichi e delle autorizzazioni, sono assimilate alle acque reflue domestiche le acque reflue:

Pertanto, secondo quanto stabilito alla lettere c), se i reflui prodotti dal ciclo produttivo possono essere assimilati a reflui domestici, nel caso di scarico in corpo idrico superficiale, devono essere conformi ai limiti previsti dalla tabella 5, allegato 5 del D.Lgs. 152/06.

Mirco Milani - Esperienze di fitodepurazione per il trattamento dei reflui agroindustriali

(4)

• Art. 74, lettera p: utilizzazione agronomica: la gestione di effluenti di allevamento, acque di vegetazione residuate dalla lavorazione delle olive, acque reflue provenienti da aziende agricole e piccole aziende agroalimentari, dalla loro produzione fino all’applicazione al terreno ovvero al loro utilizzo irriguo o fertirriguo, finalizzati all’utilizzo delle sostanze nutritive e ammendanti nei medesimi contenute.

• L’utilizzazione agronomica degli effluenti sopracitati può essere realizzata solo nei casi e secondo le procedure previste dall’articolo 112 del D.Lgs. 152/2006 e ss.mm.ii. e dal D.M. 25 febbraio 2016 recante i “Criteri e norme tecniche generali per la disciplina regionale dell'utilizzazione agronomica degli effluenti di allevamento e delle acque reflue, nonchè per la produzione e l'utilizzazione agronomica del digestato”.

• In tali decreti vengono definite piccole aziende agroalimentari le aziende operanti nei settori lattiero-caseario, vitivinicolo e ortofrutticolo che producono quantitativi di acque reflue non superiori a 4.000 m ³ /anno e quantitativi di azoto, contenuti in dette acque a monte della fase di stoccaggio, non superiori a 1.000 kg/anno.

Utilizzazione agronomica: D.Lgs. 152/06 – D.M. 25 febbraio 2016

(5)

Problemi della depurazione convenzionale delle acque reflue agroindustriali

• Elevata variabilità quali-quantitativa

• Le acque reflue agroalimentari vengono solitamente trattate in impianti biologici intensivi (fanghi attivi) che:

1. presentano lunghi tempi di avviamento, in relazione alla stagionalità che caratterizza la produzione delle acque reflue agroalimentari;

2. non riescono a garantire un’adeguata affidabilità depurativa (ridotta sedimentabilità del fango);

3. hanno alti costi di gestione;

Mirco Milani - Esperienze di fitodepurazione per il trattamento dei reflui agroindustriali

(6)

Trattamenti naturali delle acque reflue agroindustriali Fitodepurazione

FWS

H-SSF

V-SSF

Lagunaggio

(7)

Esperienze di fitodepurazione di reflui agroindustriali in Sicilia Reflui enologici: Cantina Marabino

Reflui agrumari: Stabilimento ORTOGEL

Mirco Milani - Esperienze di fitodepurazione per il trattamento dei reflui agroindustriali

(8)

CANTINA MARABINO

(9)

Volume dei reflui prodotti in cantina

I reflui prodotti in cantina risultano estremamente variabile sia da un punto di vista qualitativo che quantitativo.

La determinazione del volume delle acque prodotte in cantina non è agevole poiché le operazioni di cantina implicano consumi idrici estremamente variabili in relazione alla tecnologia adottata, alle dimensioni degli impianti di produzioni, ecc.

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.

Mirco Milani - Esperienze di fitodepurazione per il trattamento dei reflui agroindustriali

(10)

Principali caratteristiche qualitative dei reflui enologici (1)

 Le caratteristiche chimico-fisiche dei reflui di cantina presentano un elevato grado di variabilità legate alla tipologia di vino prodotto ed alle modalità di lavorazione delle uve adottate;

 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 di SST variabili da 12 a 7.300 mg/L)

(11)

Principali caratteristiche qualitative dei reflui enologici (2)

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

BOD

₅

COD

BOD

₅

/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

- 7.000-7.500 - Daffonchio et al., 1995

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

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

 Presenza di molecole complesse (polifenoli, detergenti, disinfettanti).

Mirco Milani - Esperienze di fitodepurazione per il trattamento dei reflui agroindustriali

(12)

La cantina Marabino: ubicazione

Produzione media annuale di

vini di circa 1.500 hL anno

^-1

(13)

La cantina Marabino: progettazione dell’impianto di fitodepurazione

Grigliatura

Letto a flusso sub- superficiale verticale

(140 m²)

Letto a flusso sub- superficiale orizzontale

(60 m²)

Vasca a flusso superficiale (30 m²)

Vasca Imhoff

Vasca di equalizzazione

(5 m³)

VF HF FW

Sistema di subirrigazione

Irrigazione area a verde

Reflui enologici

(3 m³/day)

(Progetto “Vigna Energetica – ViEnergy”

finanziato dal piano operativo Italia – Malta 2007-2013)

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(14)

Area realizzazione dell’impianto di fitodepurazione

Impianto dimostrativo di fitodepurazione

Vasca di equalizzazione Pozzetto di

grigliatura Vasca

Imhoff

V-SSF (≈ 140 m

²

) H-SSF (≈ 60 m

²

)

FWS (≈ 30 m

²

)

La cantina Marabino: impianto dimostrativo di fitodepurazione

(15)

Cantina Marabino - trattamenti preliminari e primari

Pozzetto di grigliatura

Vasca Imhoff

Cestello di grigliatura

Vasca Imhoff

subirrigazione Uscita FWS Vasca Imhoff

Vasca di equalizzazione

Pompa sommersa

Temporizzatore

15

Mirco Milani - Esperienze di fitodepurazione per il trattamento dei reflui agroindustriali

15

(16)

Cantina Marabino - Vasca V-SSF

Stratigrafia letto V-SSF

Fori Ø 20 mm Tubi di

drenaggio corrugati

Tubazioni di aerazione

Messa a dimora di rizomi di

Phragmites australis (4 rizomi/m

²

)

Fori Ø 8 mm Mattonella

20 x 20 cm

Tubazione di distribuzione

Tubazioni di distribuzione

Tubazioni di drenaggio

(17)

Cantina Marabino - Vasca H-SSF

Tubazione di distribuzione Tappi a vite

Pietrame lavico

Ghiaia 8-10 mm

Tubazione di uscita

Cyperus papyrus (≈ 8 piante/m

²

)

Canna indica (≈ 8 piante/m

²

)

Mirco Milani - Esperienze di fitodepurazione per il trattamento dei reflui agroindustriali

(18)

Cantina Marabino - Vasca FWS

Pietrame lavico Sezione di

uscita

Iris pseudacorus (≈ 10 piante/m

²

)

Scirpus lacustris (10 piante)

Nymphaea alba

(12 piante)

(19)

Cantina Marabino - 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:

Mirco Milani - Esperienze di fitodepurazione per il trattamento dei reflui agroindustriali

(20)

Attività sperimentale: metodologia

V-SSF H-SSF FWS

1 2 3 4 5

• Periodo di campionamento:

• Punti di campionamento:

1. Ingresso grigliatura;

2. Ingresso V-SSF;

3. Ingresso H-SSF;

4. Ingresso FWS;

5. Uscita FWS.

• Parametri chimico-fisici rilevati:

pH, C.E., SST, BOD

₅

, COD, N-NH

₄

, N-NO

₂

, N-NO

₃

, N-N

_org

, N-N

_tot

, P-PO

₄

, Escherichia coli Marzo 2014 – Giugno 2018, con frequenza variabile un funzione delle operazioni eseguite in cantina

• Efficienze di rimozione:

Efficienza di rimozione (%R) = (C

_in

– C

_out

)/C

_in

x 100

Surface Loading Rate (SLR) (g m

²

giorno

^-1

) = (Q x C

_in

)/A

Surface Removal Rate (SRR) (g m

²

giorno

^-1

) = Q x (C – C )/A

(21)

Risultati: pH e C.E.

I valori di pH delle acque brute sono risultati compresi tra circa 5 ed 11, con i valori più bassi rilevati durante la vendemmia e quelli più elevati

evidenziati durante le operazioni di lavaggio eseguite con l’ausilio di soda caustica

La C.E. delle acque reflue immesse in V-SSF è risultata variabile tra 560 – 2930 μS/cm (valore medio di circa 1086 μS/cm), evidenziando una

riduzione di circa il 15% dopo il passaggio attraverso il sistema di fitodepurazione

Campioni raccolti durante la vendemmia

Campioni raccolti durante le fasi di lavaggio dei locali e di imbottigliamento

Ingresso

grigliatura Ingresso

V-SSF Ingresso

H-SSF Ingresso

FWS Uscita FWS

Ingresso

grigliatura Ingresso

V-SSF Ingresso

H-SSF Ingresso

FWS Uscita FWS

Mirco Milani - Esperienze di fitodepurazione per il trattamento dei reflui agroindustriali

(22)

Risultati: SST

SST V-SSF - R² = 0,9815 H-SSF - R² = 0,9330 FWS - R² = 0,8499

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

2

SRR (g/m2 giorno)

V-SSF H-SSF FWS

Linea di tendenza V-SSF Linea di tendenza H-SSF Linea di tendenza FWS 86

36

14 11

0 50 100 150 200 250

Inlet VF

Concentrazioni medie SST (mg/L)

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

L’intervallo di variazione delle concentrazioni dei SST nelle acque brute (8÷630 mg L

^-1

) è risultato inferiore ai dati di letteratura (Serrano et al., 2011; Shepherd et

al., 2001; Masi et al., 2015) a causa degli elevati volumi di acque di lavaggio utilizzati

dalla cantina Marabino (4-5 L per 1 L di vino).

I risultati hanno evidenziato una chiara correlazione, per ciascuno stadio di trattamento, tra il carico di SST immesso

e quello rimosso per unità di superficie

(23)

Risultati: Sostanza organica

COD V-SSF - R² = 0,9651 H-SSF - R² = 0,9496 FWS - R² = 0,9414

0 10 20 30 40 50 60 70

SLR (g/m² giorno) SRR (g/m2 giorno)

Linea di tendenza V-SSF Linea di tendenza H-SSF Linea di tendenza FWS 316

122

34 17

418

206

48 20

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800

Concentrazioni medie (mg/L)

BOD₅ COD

In V-SSF in H-SSF in FWS Out FWS In V-SSF in H-SSF in FWS Out FWS

L’impianto di fitodepurazione ha mostrato una rilevante capacità “tampone” in grado

di mitigare le ampie fluttuazioni delle concentrazioni di sostanza organica in ingresso mantenendo poco variabile la

concentrazione nell’effluente.

Anche per il COD sono state rilevate buone correlazioni tra SLR e SRR con valori di R

²

simili tra i diversi stadi di trattamento

Mirco Milani - Esperienze di fitodepurazione per il trattamento dei reflui agroindustriali

(24)

Risultati: Nutrienti

Linea di tendenza V-SSF Linea di tendenza H-SSF Linea di tendenza FWS TN

V-SSF - R² = 0,9573 H-SSF - R² = 0,8190 FWS - R² = 0,5517

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

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 SRR (g/m2 giorno)

4,9

3,4 3,0 2,6

13,3

8,3

5,3 4,2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

P-PO₄ TN

Inlet VF inlet HF inlet FW Outlet FW Inlet VF inlet HF inlet FW Outlet FW

Le efficienze di rimozione dei nutrienti sono risultate piuttosto limitate a causa delle ridotte concentrazioni rilevate già

in ingresso all’impianto di fitodepurazione

Le limitate concentrazioni di nutrienti, rilevate nelle acque reflue trattate, hanno determinato anche limite correlazioni tra le

SLR e le SRR con i minori valori di R

²

rilevati nel sistema FWS

(25)

Risultati: Escherichia coli

Escherichia coli

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

Imbottigliamento- Lavaggio locali - Travasi Vendemmia log10 UFC•100 mL-1

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

a a

a

b

a a

La presenza di E. coli nelle acque reflue prodotte dalla cantina è correlata alla componente domestica (ovvero uso di servizi igienici da parte dei lavoratori).

Le concentrazioni di E.coli nelle acque brute subiscono un incremento durante la vendemmia.

In tale periodo, il sistema di fitodepurazione ha dimostrato una maggiore efficacia nell’abbattimento della carica patogena.

Mirco Milani - Esperienze di fitodepurazione per il trattamento dei reflui agroindustriali

(26)

Risultati: Conformità ai limiti normativi

La proliferazione algale contribuisce ad un incremento dei SST in uscita dalla vasca FWS.

Si potrebbe ottenere un ulteriore abbattimento dei SST e, conseguentemente, della sostanza organica, aumentando la zona di filtrazione con ghiaia avente una minore dimensione

granulometrica Limite

D.Lgs. 152/2006 per lo scarico in corpo idrico superficiale

⁽¹⁾

% campioni entro limiti D.Lgs.152/2006

Limite D.M. 185/2003 per il riuso agricolo

% campioni entro limiti D.M.185/2003

SST 80 mg L

^-1

10 mg L

^-1

Ingresso V-SSF 71 19

Uscita FWS 100 67

BOD

₅

40 mg L

^-1

20 mg L

^-1

Ingresso V-SSF 48 29

Uscita FWS 100 86

COD 160 mg L

^-1

100 mg L

^-1

Ingresso V-SSF 57 57

Uscita FWS 100 100

N-NH

4

15 mg L

^-1

2 mg L

^-1

Ingresso V-SSF 95 62

Uscita FWS 100 100

E.coli 5.000 CFU 100 mL

^-1

50

⁽²⁾

- 200

⁽³⁾

UFC 100 mL

^-1

Ingresso V-SSF 20 20 - 40

Uscita FWS 100 40 - 60

(1)

per reflui industriali –

⁽²⁾

per 80% dei campioni –

^{( 3)}

valore massimo

(27)

STABILIMENTO ORTOGEL

27 27

(28)

• Le industrie agrumarie, che nel territorio siciliano assumono particolare rilevanza, producono una notevole e variabile quantità di acque reflue, contraddistinte da un’elevata concentrazione di carico organico (variabile secondo il tipo di industria, ma comunque sempre molto elevato, fino a 12 g di COD ogni kg di frutta trasformata);

• Le acque reflue agrumarie sono essenzialmente costituite da:

– acque di lavaggio dei frutti, degli impianti, delle attrezzature e dei pavimenti;

– acque di raffreddamento delle macchine;

– acque prodotte dalle linee di estrazione degli oli essenziali e di essiccazione delle scorze.

Le acque reflue agrumarie

(29)

Le acque reflue agrumarie – variabilità quantitativa mensile

0 2 4 6 8 10 12

Nov Dic Gen Feb Mar Apr Mag Giu Lug Ago Sett Ott P roduzi one acque r e fl ue ( 1 0

3

m

3

me se

-1

)

0 5 10 15 20 25 30

P roduzi one acque r e fl ue ( % m e ns il e) ___

9.400 m

³

mese

^-1

Media periodo feb-apr: 23,4% mese

^-1

5.000 m

³

mese

^-1

Media periodo nov-giu: 12,5% mese

^-1

3.400 m

³

mese

^-1

Media periodo nov-ott: 8,3% mese

^-1

Distribuzione mensile della produzione di acque reflue in un’industria agrumaria di medie dimensioni (40.000 t/anno), assumendo un consumo idrico unitario costante di 1 m ³ per tonnellata di prodotto trasformato.

oltre il 70% della produzione risulta concentrata nel trimestre febbraio-aprile

Mirco Milani - Esperienze di fitodepurazione per il trattamento dei reflui agroindustriali

(30)

Le acque reflue agrumarie – variabilità quantitativa settimanale

Distribuzione settimanale della produzione di acque reflue in un’industria

agrumaria, assumendo un consumo idrico unitario costante di 1 m ³ per tonnellata di

prodotto trasformato (il periodo di indagine coincide con uno dei mesi dell’anno in

cui si riscontra la massima produzione di acque reflue).

(31)

Le acque reflue agrumarie – variabilità quantitativa intra-settimanale

La portata di acque reflue agrumarie presenta anche una elevata variabilità intra- settimanale per la inattività notturna e nel fine settimana.

0 100 200 300 400 500 600 700

Lu n g io

L un n ot

M ar g io M ar n o t

M er g io M er n o t

G io g io G io n o t

V en g io

V en n o t

S ab g io

S ab n o t

D o m g io D o m n ot

% volume acque reflue

settimanale

0 5 10 15 20 25 30

M edia 178 m

³

/12 ore, pari al 7,2% del volume settimanale Volume

acque reflue m

³

/12 ore

Mirco Milani - Esperienze di fitodepurazione per il trattamento dei reflui agroindustriali

(32)

Le acque reflue agrumarie – variabilità qualitativa

Lavaggio agrumi 3,5-6,7 17-1.195 59-3.723 392-5.237 Reparto essenze 4,4-5,0 815-22.319 4.525-171.045 4.234-28.692

Reparto succhi 4,2-5,5 1.531-3.578 3.570-9.570 4.196-6.048

Reparto scorze 12 39.887 17.119 52.297

Lavaggio agrumi 4,8-6,4 40-270 123-1.189 970-1.600 Reparto essenze 2,5-4,5 5.000-73.000 27.000-68.000 8.000-58.000

Reparto succhi 3,8 2.635 3.820 8.700

Prodotto lavorato

Arance

Limoni

CAMPO DI VARIAZIONE PARAMETRO COD (mg/L)

Solidi sospesi (mg/L) Line a di

lavorazione pH Residuo secco a

105 °C (mg/L)

Caratteristiche qualitative degli effluenti di diverse fasi di lavorazione dell’industria agrumaria (Di Giacomo e Calvarano, 1987, modificata)

L’elevata variabilità qualitativa delle acque reflue agrumarie è attribuibile, non solo al tipo e allo stato degli agrumi in fase di trasformazione, ma dipende anche dalle caratteristiche funzionali, costruttive e tecnologiche degli impianti di lavorazione.

Le valutazioni sulle caratteristiche qualitative dell’effluente agrumario rimangono

affette da un significativo grado di incertezza e di ciò occorre tener conto nella

progettazione del sistema depurativo.

(33)

Le acque reflue agrumarie – caratteristiche qualitative

Gli effluenti agrumari sono caratterizzati da:

 valori del pH bassi e molto variabili nonchè dalla tendenza, in carenza di ossigeno, alla fermentazione dei carboidrati ad opera di ceppi batterici acido-resistenti, con la produzione di acidi organici che inducono ulteriori abbassamenti del pH;

 basse concentrazioni di nutrienti (in particolare azoto e fosforo) che possono essere all’origine di disturbi anche molto gravi nei processi depurativi specialmente se a fanghi attivi (difficile sedimentabilità del fango);

 presenza (in concentrazioni molto incerte e variabili) di oli essenziali (in gran parte d-limonene) che con la loro azione batteriostatica possono disturbare e rallentare in modo significativo i processi di depurazione biologica, specialmente se intensivi.

Mirco Milani - Esperienze di fitodepurazione per il trattamento dei reflui agroindustriali

(34)

Ubicazione dello stabilimento di trasformazione agrumaria ORTOGEL Gli stabilimenti dell’azienda di trasformazione agrumaria ORTOGEL S.p.A. sorgono nella zona industriale di Caltagirone (Catania) in prossimità delle più

vocate zone di produzione agrumicola

siciliana.

(35)

ORTOGEL S.p.A. – Impianto di depurazione a servizio dello stabilimento

Mirco Milani - Esperienze di fitodepurazione per il trattamento dei reflui agroindustriali

(36)

ORTOGEL S.p.A. - Impianto di lagunaggio aerato

S1

S2

S3

10.900 m ³

20.000 m ³

Immissione reflui con elevata concentrazione di sostanza

organica e oli essenziali Immissione reflui con ridotta concentrazione di

sostanza organica e oli

essenziali Invasi realizzati in terra ed

impermeabilizzati con teli in PE termosaldati, con un tirante idrico massimo di 7 m.

L’ossigenazione delle vasche è

affidata ad aeratori galleggianti

(turbine da 15 kW).

(37)

Impianto prototipale di fitodepurazione

In prossimità del serbatoio S3 è stato realizzato un impianto di fitodepurazione a scala pilota per il trattamento di un volume di acque reflue pari a circa 7 - 10 m ³ /giorno (prelevate in uscita dal serbatoio S3)

IMPIANTO DI FITODEPURAZIONE A SCALA PROTOTIPALE

S1

S2

S3

FWS

V‐SSF H‐SSF

(Progetto “Uso sostenibile dei sottoprodotti provenienti dalla lavorazione industriale degli agrumi” finanziato dal

Ministero dello Sviluppo Economico – MiSE)

Mirco Milani - Esperienze di fitodepurazione per il trattamento dei reflui agroindustriali

(38)

Impianto prototipale di fitodepurazione

L’impianto di fitodepurazione è costituito da tre moduli di trattamento disposti in serie:

 Vasca a flusso sub-superficiale orizzontale (H-SSF): superficie pari a circa 50 m ² ;

 Vasca a flusso sub-superficiale verticale (V-SSF): superficie pari a circa 50 m ² ;

 Vasca a flusso superficiale (FWS): superficie pari a circa 90 m ²

H‐SSF V‐SSF FWS

Settembre 2016

Settembre 2017

H‐SSF

V‐SSF FWS

(39)

Impianto prototipale di fitodepurazione: Vasca H-SSF

• Altezza media letto filtrante = 0,70 m

• Pendenza del fondo letto = 1 %

• Area superficiale del letto filtrante = 50 m

²

• Lunghezza media vasca = 10 m

• Larghezza media vasca = 5 m

• Scarpa delle sponde = 1:1

Guaina in PE Tessuto

non tessuto

Pietrisco 8-10 mm

Phragmites australis 8 rizomi/m

²

Pietrame 8- 10 cm Staffe

Tubazione di distribuzione dei reflui in testa ad H-SSF Scavo

Pozzetto di scarico Tubazione di regolazione

del livello idrico

Mirco Milani - Esperienze di fitodepurazione per il trattamento dei reflui agroindustriali

(40)

Impianto prototipale di fitodepurazione: Vasca V-SSF

• Altezza media letto filtrante = 1,00 m

• Area superficiale del letto filtrante = 50 m

²

• Scarpa delle sponde = 1:1 Pozzetto

scarico H-SSF

Serbatoio carico V-SSF

(10 m

³

)

Timer per cicli azionamento pompa V-SSF

Tubazione di distribuzione

dei reflui

Phragmites australis

100m

Ghiaia Ø 0 - 5 mm Spess. 5 cm

Sabbia lavata Spess. 10 cm

Pietrisco Ø 10 - 15 mm Spess. 15 cm

Pietrisco Ø 25 - 40 mm Spess. 40 cm

Stratigrafia letto V-SSF

(41)

Impianto prototipale di fitodepurazione: P. australis in H-SSF e V-SSF

H-SSF V-SSF

Aprile 2017

• Ridotto sviluppo vegetativo

• Limitata emissione di stoloni

• Copertura vegetativa dei letti filtranti pari a circa il 20%

Maggio e Giugno 2017

due interventi di concimazione che hanno previsto la distribuzione, in ciascun letto filtrante, di 3,2 Kg di perfosfato (19% P

₂

O

₅

) e 3,0 Kg di urea (46% N) Maggio 2017

Ulteriore trapianto di plantule di P. australis (circa 4 piante/m

²

)

Settembre 2017

V-SSF H-SSF

• Totale copertura vegetativa dei letti filtranti

• In H-SSF: piante in fase vegetativa

• In V-SSF: piante in fase di senescenza

Mirco Milani - Esperienze di fitodepurazione per il trattamento dei reflui agroindustriali

(42)

Impianto prototipale di fitodepurazione: Vasca FWS

• Altezza del pelo libero = 0,70 m

• Area superficiale della vasca = 90 m

²

• Scarpa delle sponde = 2:1

• Sezione terminale SSF

Guaina in PVC

Rete in biojuta

Pietrisco lavico 0 – 5 mm

Tubazione di immissione dei reflui

Vetiveria zizanoides 6 piante/m

²

Pozzetto di uscita

Tubazione di scarico dei reflui

Tubazione di sollevamento dei reflui in S3

Sezione finale SSF

(43)

Impianto prototipale di fitodepurazione: Vegetazione in FWS

Aprile 2017

Limitato sviluppo vegetativo della

V.zizanoides Proliferazione spontanea della

Lemna minor (lenticchia d’acqua)

Giugno 2017

• Struttura galleggiante con culmi di bambù e canna gigante

• Superficie pari a circa 10 m

²

• Piante di Typha latifolia (15 piante/m

²

)

Settembre 2017

• V. zizanoides: ridotto sviluppo vegetativo

• T. latifolia: fitta copertura della struttura galleggiante (piante alte circa 1,60 m)

• L. minor: completa copertura della superficie dell’acqua

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(44)

1 2

1. Uscita S2;

2. Uscita S3.

• Punti di campionamento

• Parametri rilevati sui campioni:

S1 S2 S3

• Nel primo campionamento: la totalità dei parametri imposti dalla Tabella 3, Parte terza, Allegato 5 al D.Lgs. 152/2006 e ss.mm.ii.;

• Nei successivi campionamenti: pH, colore, odore, materiali grossolani, SST, BOD

₅

, COD, H

₂

S, SO

₃

, SO

₄

, Cl

^‐

, F

^‐

, P

_tot

, N‐NH

₄

, N‐NO

₂

, N‐NO

₃

, saggio di tossicità acuta, oli essenziali

Metodologia – Impianto di lagunaggio

• Parametri rilevati in situ sulle acque invasate:

• Frequenza di campionamento acque reflue:

• 15 – 30 giorni

• Periodo di campionamento acque reflue:

• Marzo 2015 – Aprile 2016

(45)

Metodologia – Impianto di fitodepurazione

• Frequenza di campionamento acque reflue:

• 15 – 30 giorni

• Punti di campionamento:

1. Ingresso H‐SSF (uscita S3);

2. Uscita H‐SSF;

3. Uscita V‐SSF;

4. Uscita FWS.

• pH, O.D., C.E., temperatura, colore, odore, materiali grossolani, SST, BOD

₅

, COD, H

₂

S, SO

₃

, SO

₄

, Cl

^‐

, F

^‐

, P

_tot

, N‐NH

₄

, N‐NO

₂

, N‐NO

₃

, N

_tot

, saggio di tossicità acuta, oli essenziali, Escherichia coli

• Parametri rilevati:

• Periodo di campionamento acque reflue:

• Dicembre 2016 – Settembre 2017

1

2

3

4 H‐SSF

V‐SSF

FWS

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(46)

Risultati – Lagunaggio: gestione in batch (1)

PARAMETRO Unità di misura

S2 S3

Inizio Batch Fine Batch Inizio Batch Fine Batch

pH unità pH 8,1 7,8 8,6 8

Colore Hanzen N 1:100 N 1:100 N 1:100 N 1:100 Odore - no molestie no molestie no molestie no molestie

Materiali grossolani - Assenti Assenti Assenti Assenti

SST mg/L 1.020 220 820 140

BOD

₅

mg/L 719 144 400 81

COD mg/L 1.523 395 983 257

Solfuri (H

2

S) mg/L 0,28 0,1 5,9 0,11 Solfiti (SO

3

) mg/L <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 Solfati (SO

4

) mg/L <1,4 4,4 <1,4 3,7

Cloruri mg/L 101 25 92 23

Fluoruri mg/L 0,24 0,08 0,15 <0,08

Fosforo totale mg/L 5,9 5 6,1 7,5

Azoto ammoniacale mg/L 10,4 7 7,6 5 Azoto nitroso mg/L <0,08 <0,08 <0,08 <0,08

Azoto nitrico mg/L <0,20 <0,20 <0,20 <0,20

Azoto Totale mg/L 36 29 32 24

Tossicità acuta con batteri bioluminescenti

%

Inibizione 90 <6 92 39

Al termine del periodo di gestione a batch si evidenzia, per la quasi totalità dei parametri analizzati, una compatibilità delle acque invasate negli stagni S2 ed S3

con i limiti imposti dal D.Lgs. 152/06 per lo scarico in rete fognaria

(47)

Concentrazioni SST IN MODALITÀ BATCH Risultati – Lagunaggio: gestione in batch (2)

Tra il campionamento di agosto e settembre 2015 è stato rilevato un incremento della concentrazione di SST determinato, probabilmente, dalla proliferazione algale

Mirco Milani - Esperienze di fitodepurazione per il trattamento dei reflui agroindustriali

(48)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

SST BOD5 COD SST BOD5 COD

Efficienze Rimozione (%)

S2 S3

Risultati – Lagunaggio: gestione in batch (3)

Le efficienze di rimozione dei principali parametri chimico-fisici nei due stagni di

lagunaggio S2 ed S3, durante la fase di gestione a batch, sono risultate confrontabili

(49)

S2 S3 PARAMETRO Unità di

misura Media Min Max Media Min Max

pH unità pH 7,1 6,3 8,0 7,4 6,7 8,6 Colore Hanzen 1:88 1:20 1:100 1:100 1:100 1:100

Odore - no molestie

no molestie

no molestie Materiali grossolani - Assenti Assenti Assenti Assenti Assenti Assenti

SST mg/L 413 8 900 383 40 950

BOD

5

mg/L 571 28 1.138 564 37 1.469 COD mg/L 1.310 197 2.589 1.379 267 2.300 Solfuri (H

2

S) mg/L 0,9 <0,05 2,9 1,6 <0,5 3,2 Solfiti (SO

3

) mg/L <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 Solfati (SO

4

) mg/L 34 <1,4 91 8 <1,4 27

Cloruri mg/L 107 77 126 95 77 106 Fluoruri mg/L <0,05 <0,05 <0,06 <0,05 <0,05 <0,06

Fosforo totale mg/L 7 2 11 8 4 12

Azoto ammoniacale mg/L 7,0 <0,04 17,6 6,4 <0,04 13,0 Azoto nitroso mg/L 1,7 <0,08 11,0 0,4 <0,08 2,5 Azoto nitrico mg/L 10,2 <0,20 70,0 0,4 <0,20 1,2 Azoto Totale mg/L 35 15 75 28 4 47 Tossicità acuta con

batteri bioluminescenti

%

Inibizione 78 <6 98 63 <6 97

Risultati – Lagunaggio: gestione in continuo

Durante la gestione in continuo degli stagni è stato rilevato un incremento della quasi totalità dei parametri analizzati con i valori più elevati evidenziati nel periodo finale

della stagione di trasformazione agrumaria, compreso tra febbraio ed aprile 2016

Mirco Milani - Esperienze di fitodepurazione per il trattamento dei reflui agroindustriali

(50)

Risultati – Fitodepurazione: fase di start-up (Dicembre 2016 – Marzo 2017)

56

243

7 5

24

193

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

SST COD PTOT

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

183

465

7 6

97

376

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

S3 gestito in batch

S3 gestito in continuo

La variazione di gestione del bacino S3, da batch a

continuo, ha determinato, come previsto, un incremento

delle concentrazioni medie della totalità dei parametri chimico-fisici a causa dell’immissione

di reflui “freschi”

(51)

Risultati – Fitodepurazione: fase di start-up (Dicembre 2016 – Marzo 2017)

V‐SSF

Limitate efficienze di rimozione a causa:

1. Fase di start‐up;

2. Condizioni sature in entrambi i letti SSF, per favorire l’attecchimento della Phragmites australis;

3. Ridotte concentrazioni di nutrienti in ingresso all’impianto.

H‐SSF

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

SST COD PTOT NTOT SST COD PTOT NTOT

Efficienza di rimozione (%)

S3 gestito in batch S3 gestito in continuo

Efficienze di rimozione del sistema di fitodepurazione

Mirco Milani - Esperienze di fitodepurazione per il trattamento dei reflui agroindustriali

(52)

Risultati – Fitodepurazione: Aprile – Settembre 2017

79

278

7 5

22

165

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750

SST COD PTOT

11 213

725

34 8

358

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750

S3 gestito in batch

S3 gestito in continuo

Durante il periodo di gestione in continuo del

bacino S3, sono state rilevate concentrazione

più elevate, rispetto al precedente periodo d’indagine, a causa dell’immissione di reflui

dal bacino S1.

Risulta confermata, come era prevedibile, la

scarsa presenza di

nutrienti.

(53)

Risultati: Aprile 2017 – Settembre 2017

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

SST COD PTOT NTOT SST COD PTOT NTOT

Efficienza di rimozione (%)

S3 gestito in batch S3 gestito in continuo

Si rileva un deciso incremento delle percentuali di abbattimento rispetto alla fase di start-up impiantistica

Mirco Milani - Esperienze di fitodepurazione per il trattamento dei reflui agroindustriali

(54)

Risultati: Compatibilità standard D.Lgs. 152/06 (Maggio – Luglio 2017)

La quasi totalità dei campioni sono risultati compatibili ai limiti per lo scarico in rete fognaria già in ingresso all’impianto di fitodepurazione. Quest’ultimo è stato

in grado di incrementare, per i parametri SST, COD e NO

₂

, la percentuale di campioni compatibili per lo scarico su corpo idrico superficiale

Campioni prelevati nel periodo di gestione in batch di S3

(55)

Risultati: Compatibilità standard D.Lgs 152/06 (Aprile, Agosto, Settembre 2017) Campioni prelevati nel periodo di gestione in continuo di S3

Il trattamento di fitodepurazione ha determinato un incremento delle percentuali di campioni conformi ai limiti legislativi

Mirco Milani - Esperienze di fitodepurazione per il trattamento dei reflui agroindustriali

(56)

Il progetto “Medfruit”

 Efficienza di trattamento di fitodepurazione delle acque reflue agrumarie in funzione dei diversi volumi di ricircolo dell’effluente;

 Efficienza di trattamento dell’impianto di fitodepurazione in funzione di diversi carichi idraulici;

 Effetti dell’irrigazione di acque reflue agrumarie su colture e suolo.

Articolazione delle indagini:

L’attività di ricerca, sul trattamento dei reflui agrumari, verrà svolta presso gli impianti e sui terreni dell’industria Ortogel e sarà condotta dal Dipartimento Di3A - Università degli Studi di Catania con la collaborazione del CSEI Catania.

Obiettivo:

 Sviluppare sistemi tecnologici di fitodepurazione e riuso delle acque reflue

agrumarie

(57)

Conclusioni

• Le esperienze condotte in Sicilia hanno dimostrato che i sistemi di trattamento naturale sono in grado di produrre effluenti compatibili con i limiti imposti dal D.Lgs. 152/2006 e con i più restrittivi limiti per il riuso imposti dal D.M.

185/2003;

• Per le aziende agroalimentari che dispongano di estensioni di terreno idonee alla creazione di un sistema di trattamento naturale, la fitodepurazione si profila come un’efficiente alternativa ai trattamenti biologici convenzionali, i quali possono presentare aspetti critici in relazione alla tossicità degli effluenti ed alla scarsa presenza di sostanze nutritive;

• In conclusione, grazie alla ridotta esigenza di interventi di manutenzione e alla trascurabile richiesta di apporti energetici esterni, i sistemi di fitodepurazione si configurano come una valida e conveniente soluzione per il trattamento dei reflui agroindustriali, soprattutto a servizio delle piccole realtà produttive.

Mirco Milani - Esperienze di fitodepurazione per il trattamento dei reflui agroindustriali

(58)

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Progetto di ricerca:

Nuovi prodotti della trasformazione agroindustriale di frutti da colture mediterranee e gestione sostenibile dei sottoprodotti - Medfruit

Dott. Mirco Milani mirco.milani@unict.it

Webinar:

La gestione sostenibile delle acque reflue agroindustriali

24 Aprile 2020