WORKSHOP
WORKSHOP:: “Il“Il trattamentotrattamento naturalenaturale delledelle acqueacque refluereflue enologicheenologiche ee didi insediamentiinsediamenti agro
agro--industrialiindustriali ””
I sistemi di fitodepurazione per il trattamento ed il riuso delle acque reflue dei piccoli e medi insediamenti
Progetto VIENERGY
Progetto co-finanziato dall’Unione Europea Fondo Europeo di Sviluppo Regionale
UNIONE EUROPEA
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Noto (SR), 20 giugno 2014 Noto (SR), 20 giugno 2014 Azienda Agricola
Azienda Agricola MarabinoMarabino -- C.daC.da BimmiscaBimmisca --AgliastroAgliastro
acque reflue dei piccoli e medi insediamenti
Giuseppe Luigi CIRELLI
CSEI Catania – Università di Catania giuseppe.cirelli@unict.it
Con il patrocinio di:
Con il patrocinio di:
Regione Siciliana
Assessorato Regionale dell’Agricoltura, dello Sviluppo Rurale e della Pesca Mediterranea Dipartimento Regionale dell’Agricoltura
Consiglio della Federazione Regionale degli Ordini dei Dottori Agronomi e Forestali della Sicilia Ministero della Giustizia
Ordine dei Tecnologi Alimentari di Sicilia e Sardegna
Ordine degli Ingegneri della Provincia di Catania
Ordine dei Chimici della provincia di Ragusa
Ordine dei Chimici della provincia di Siracusa
AIAT Sicilia
Associazione Ingegneri per l’Ambiente e il Territorio della Regione Sicilia
AIAPP Sezione Sicilia
Associazione Italiana di Architettura del Paesaggio
Sustainable sanitation (Ingegneria sanitaria sostenibile) Sustainable sanitation (Ingegneria sanitaria sostenibile)
•Riduzione dei consumi idrici
•Reti di fognatura separate (con trattamento delle acque di prima pioggia)
• Separazione alla fonte della sostanza organica di origine fecale (acque nere e acque fecale (acque nere e acque grigie)
•Riuso acqua e recupero di sostanze fertilizzanti
- Soluzioni flessibili e adattabili a diverse situazioni economiche e sociali
- Tecnologie a basso costo e a
basso impatto ambientale
Sustainable sanitation (Ingegneria sanitaria sostenibile)
Da un modello di depurazione centralizzato depurazione centralizzato ad un modello modello decentralizzato e diffuso
decentralizzato e diffuso sul territorio
3TRATTARE E “RIUSARE”
LE ACQUE REFLUE IL PIU’ VICINO POSSIBILE AL PUNTO DI ORIGINE
Sustainable sanitation (Ingegneria sanitaria sostenibile) Sustainable sanitation (Ingegneria sanitaria sostenibile)
POSSIBILE AL PUNTO DI ORIGINE Impianti decentralizzati
“ Privilegiare i piccoli impianti ai grandi impianti”
Piccoli e medi impianti insediamenti civili ed agro Piccoli e medi impianti insediamenti civili ed agro- - industriali
industriali
Notevole variabilità del carico idraulico (volume di acque reflue) e del carico organico (kg BOD5/giorno) giornaliero e stagionale
Assenza di operatori qualificati
Smaltimento dei fanghi di depurazione
Rischio di lunghi periodi di fuori esercizio per guasti delle apparecchiature elettromeccaniche
Esigenza di tecnologie a basso costo e a basso impatto ambientale Le soluzioni impiantistiche «intensive» adottate non sono idonee:
Modesta elasticità di esercizio
Elevati consumi energetici (emissione di CO2)
Produzione di fanghi con costi di smaltimento elevati (fino a 100-
130 euro/m3)
RAGUSA
Sigilli a 2 villaggi turistici,
19/01/2013
Il provvedimento - dicono i carabinieri -
Una storia che ... si ripete !!!
Il provvedimento - dicono i carabinieri - colpisce strutture turistiche tra le più grandi in Italia per estensione e valore, stimato attorno ai 30 milioni di euro
complessivi e con un volume d'affari tra i più importanti nel settore.
http://www.gazzettadelsud.it/news//31134/Sigilli-a-2-villaggi--turistici.html
REDAZIONE BARLETTAVIVA
Giovedì 10 Ottobre 2013 ore 12.59
…….., i militari del Nucleo di polizia giudiziaria della Capitaneria di porto – Guardia costiera di Bari e del Comando Gruppo Guardia di finanza di Barletta hanno sottoposto a sequestro probatorio l'impianto di depurazione della città di Andria
………ai fini dell'accertamento degli agenti di contaminazione chimica e batteriologica lungo l'intero percorso delle acque reflue le quali, in uscita dal depuratore, sono
convogliate nel canale dal quale poi vengono scaricate (quale corpo recettore finale) nel mare scaricate (quale corpo recettore finale) nel mare Adriatico, nei pressi della città di Barletta.
…………consentito di accertare l'attuale e
persistente stato di degrado degli impianti che, a causa di gravissime condizioni manutentive e precarietà nella conduzione, risultano
funzionanti in pessime condizioni ed inidonei all'espletamento dei cicli di depurazione. Pertanto i reflui, frammisti a fango, sono sversati,
unitamente ad acque non depurate.
http://www.barlettaviva.it/notizie/sequestrato-depuratore-di- andria-ciappetta-camaggio-sotto-l-occhio-della-procura/
Su GOOGLE
inserendo DEPURATORE SOTTO SEQUESTRO = Circa
59.300
risultatiINTERESSE APPLICATIVO DEI
INTERESSE APPLICATIVO DEI SISTEMI NATURALI SISTEMI NATURALI
Relativa facilità di realizzazione anche da imprese locali Relativa facilità di realizzazione anche da imprese locali Assenza (quasi sempre) di apparecchiature elettro
Assenza (quasi sempre) di apparecchiature elettro-- meccaniche
meccaniche
Produzione di fanghi molto modesta Produzione di fanghi molto modesta
Semplicità ed economicità di gestione e manutenzione Semplicità ed economicità di gestione e manutenzione
8
Affidabilità nel rendimento ed elevata efficienza nella rimozione Affidabilità nel rendimento ed elevata efficienza nella rimozione di alcuni inquinanti
di alcuni inquinanti
Ottima capacità “buffer” per assorbire punte di carico idraulico Ottima capacità “buffer” per assorbire punte di carico idraulico ed organico
ed organico
Buon inserimento ambientale Buon inserimento ambientale
Possibilità di recupero di aree marginali
Possibilità di recupero di aree marginali
Superfici occorrenti e consumi di energia di alcuni sistemi di depurazione Superficie
(m2/AE)
Consumi energetici [kWh/(AE anno)]
TRATTAMENTI PRELIMINARI 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
DEPURAZIONE CON SISTEMI NATURALI
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
Superficie occupate e consumi di energia di alcuni sistemi di depurazione
Fitodepurazione subsuperficiale orizzontale (terziario) 0,7÷1 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 DEPURAZIONE CON 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
MBBR 0,16÷0,20 35÷70
Fanghi attivi ad aeraz. prol. (a flusso continuo e SBR) 0,22÷0,30 55÷80
Fanghi attivi MBR 0,18÷0,25 70÷120
Trattamento chimico 0,13÷0,16 1÷1,8
Filtrazione rapida 0,001÷0,002 1,3÷2
SITUAZIONE
SITUAZIONE IN IN ITALIA ITALIA Il
Il D D..Lgs Lgs.. 152 152//99 99 --allegato allegato 5 5 (aggiornato (aggiornato con con D D..Lgs Lgs 152 152//2006 2006)) prescrive
prescrive ::
“Per
“Per tutti tutti gli gli insediamenti insediamenti con con popolazione popolazione equivalente equivalente tra tra 50 50 e e 2000 2000 AE
AE si si ritiene ritiene auspicabile auspicabile il il ricorso ricorso a a tecnologie tecnologie di di depurazione depurazione naturale
naturale quali quali il il lagunaggio lagunaggio o o la la fitodepurazione fitodepurazione…… ……” ” inoltre
inoltre inoltre inoltre
“
“… …..Tali Tali trattamenti trattamenti si si prestano, prestano, per per gli gli insediamenti insediamenti di di maggiori maggiori dimensione
dimensione con con popolazione popolazione equivalente equivalente compresa compresa tra tra ii 2000 2000 e e ii 25000
25000 AE, AE, anche anche a a soluzioni soluzioni integrate integrate con con impianti impianti a a fanghi fanghi attivi attivi o o a a biomassa
biomassa adesa, adesa, a a valle valle del del trattamento, trattamento, con con funzione funzione di di affinamento
affinamento..” ”
D.M. 185/2003 “Normativa sul riutilizzo delle acque reflue”
Requisiti di qualità delle acque reflue recuperate destinate ai vari usi
ALCUNI PARAMETRI CHIMICO-FISICI Parametro Unità di misura Valore limite tab.
A
Commento
PH 6-9,5 valore guida
SAR 10
Materiali grossolani Assenti
Solidi sospesi totali mg/l 10
BOD5 mg O2/l 20
COD mg O2/l 100
Fosforo totale mg P/l 2 riuso irriguo: 10
Azoto totale mg N/l 15 riuso irriguo: 35
Azoto ammoniacale mg NH4/l 2 valore guida
Conducibilità elettrica dS/m 3 valore guida; valore limite: 4
Parametro Unità di misura Valore limite tab. A Valore limite lagunaggio e fitodepurazione Escherichia coli UFC/100 ml 10 (80% dei campioni)
100 (valore puntuale max)
50 (80% dei campioni) 200 (valore puntuale max)
Salmonella Assente (100% dei campioni)
PARAMETRI MICROBIOLOGICI
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
FITODEPURAZIONE
Substrato Substrato
Vegetazione Vegetazione
Microrganismi Microrganismi
•Abiotica
•Biotica
Fitodepurazion e
Fitodepurazion
e effluente effluente
Refluo
Trattamenti di depurazione delle acque reflue
Fitodepurazione
preliminari Primari Secondari Terziari disinfezione
Schema sistema di trattamento e smaltimento
Dispersione nel terreno quale sistema di trattamento e nel contempo di smaltimento finale.
trattamento preliminare e primario
(fossa settica, fossa Imhoff sistema individuale aerazione prolungata)
dispersione nel terreno
assorbimento in falda
Sistema di subirrigazione nel terreno con trincee drenanti per insediamenti isolati.
fossa settica
trincea di subdispersione
Acque grigie – Acque nere
70% Acque Grigie 30% Acque Nere
Scarichi idrici domestici
Dott. Mirco Milani – Esperienze nell’uso dei sistemi di fitodepurazione per il trattamento delle acque reflue
Le acque grigie contengono la parte minore e più biodegradabile del carico organico complessivo, pochissimo azoto e un basso livello di carica patogena.
Sono facilmente depurabili e immediatamente disponibili per essere riutilizzate per molti
usi, quali l’irrigazione, le cassette dei WC, l’antincendio, il lavaggio pavimentazioni.
Classificazione dei sistemi di fitodepurazione in funzione del funzionamento idraulico
Sistema a flusso superficiale (FWS)
Flusso superficiale
Sistema a flusso sommerso verticale (SFS-v)
Sistema a flusso sommerso orizzontale (SFS-h)
Sistema a flusso superficiale (FWS)
Flusso subsuperficiale
Classificazione dei sistemi di fitodepurazione: macrofite
galleggianti radicate sommerse
radicate emergenti
Giacinto d’acqua
(Eichornia crassipes)
Papiro
(Cyperus papyrus)
Peste d’acqua maggiore
(Hydrocharitaceae)
Che cos ’ è una pianta da aree umide?
Macrofite caratteristiche
• Macrofite: piante vascolari i cui
tessuti sono facilmente visibili
Costituente Meccanismi di Rimozione (in ordine di rilevanza)
Solidi Sospesi • Sedimentazione / Filtrazione
• Degradazione
BOD • Degradazione microbica (aerobica ed anaerobica)
• Sedimentazione (accumulo di materiale organico/fango sulla superficie del sedimento)
Meccanismi di rimozione nei sistemi di fitodepurazione
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Azoto • Trasformazione in ammoniaca, seguita da nitrificazione e denitrificazione microbica
• Assunzione diretta da parte delle piante o delle alghe
• Volatilizzazione dell’ammoniaca
Fosforo e
microinquinanti persistenti
• Adsorbimento da parte del medium (reazioni di adsorbimento-precipitazione con Al, Fe, Ca e minerali argillosi presenti nel suolo)
• Assunzione diretta da parte delle piante o delle alghe
Patogeni
• Sedimentazione / Filtrazione
• Decadimento spontaneo, predazione
• Radiazione UV
• Escrezione di antibiotici dalle radici delle macrofite (???)
Sistema 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
2/AE per un trattamento terziario) Pochi esempi di applicazione in Europa e in Italia
Pochi esempi di applicazione in Europa e in Italia
Sistemi a flusso superficiale
Superficie complessiva bacini 8.400 m
2impianti di fitodepurazione “in cascata” su terrazzamenti
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Francia
Sistema H-SSF + FWS
(fonte G. Cooper)
Purdue’s Kampen campo da Golf, West Lafayette, Indiana
3 impianti di fitodepurazione a flusso superficiale raccolgono le acque
reflue di un centro urbano e di un resort urbano e di un resort
per poi riutilizzarle per l’irrigazione del
campo da golf
(Fonte: Zachary Reicher, Vickie Poole, Ron Turco, Amanda Lopez and Jon Harbor, Purdue University Nov 2000)
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Sistemi a flusso sub
Sistemi a flusso sub--superficiale orizzontale (H superficiale orizzontale (H--SSF) SSF)
• Semplicità ed economia gestionale
• Presenta modeste perdite di carico
• Assenza di acqua libera (sviluppo di insetti modesto)
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• 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 sp.)
• funzionamento in condizioni di terreno saturo, ma con il livello idrico non affiorante
• trattamento secondario a servizio di piccole o piccolissime comunità ( si consiglia di realizzare una sedimentazione primaria a monte !!!)
• Superficie occupata ≈ 4-5 m2/AE (trattamenti secondari) e 1-2 m2/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 Artec Ambiente srl)
Tipologia di piante generalmente utilizzate: macrofite radicate emergenti
Papiro
(Cyperus papyrus)
Cannuccia di palude
(Phragmites australis)
Mazza di tamburo
(Typha latifolia)
Sistema a flusso subsuperficiale orizzontale - HSSF
(fonte IRIDRA)
Borgo Verde - Preganziol (Treviso)
a.e.: 240
Area superficiale sistemi H-SSF: 232 m2 Quantitativo di acque grigie trattate, disponibili per il riutilizzo: 14,5 m3/giorno (circa 5.300 m3/anno)
si è stimato un periodo di circa 9 anni come tempo di ammortamento dei costi di realizzazione e dei costi di manutenzione annui.
Dott. Mirco Milani – Esperienze nell’uso dei sistemi di fitodepurazione per il trattamento delle acque reflue
(fonte IRIDRA)
Singola abitazione - Catania
a.e.: 4
Area superficiale sistema H-SSF: 5 m2 Quantitativo di acque grigie trattate, disponibili per il riutilizzo: 0,4 m3/giorno Vegetazione: Cyperus papyrus, Canna indica
0,80
0,60
pietrame 30-50 mm
pietrisco 8-10 mm dispersore con tubazione
in PVC forato
fossa Imhoff
dispersore con tubo in PVC forato
sezione longitudinale sezione trasversale
Dott. Mirco Milani – Esperienze nell’uso dei sistemi di fitodepurazione per il trattamento delle acque reflue
Carpaneto Piacentino (PC) – Reflui caseari
Impianto a servizio del caseificio “Santa Vittoria” (capacità lavorativa 20.000 t/anno latte) per il trattamento di reflui prodotti nella produzione di Parmigiano Reggiano (10,5 m
3/giorno) e Grana Padano (70 m
3/giorno)
4 letti H-SSF (2+2 in parallelo) + 1 letto V-SSF Area superficiale sistemi H-SSF: 2.700 m2
Area superficiale sistema V-SSF: 750 m2
Fattoria della Piana (RC) – Reflui zootecnici - caseari
a.e.: 1.500
Portata trattata: 100 m3/giorno
Area superficiale sistemi H-SSF: 2.280 m2
Sistemi a flusso sub
Sistemi a flusso sub--superficiale verticale (V superficiale verticale (V--SSF) SSF)
• Sviluppati come alternativa al flusso orizzontale, allo scopo di migliorare l’aerazione del terreno, favorendo i processi aerobici
• 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
FITODEPURAZIONE FITODEPURAZIONE
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• 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
spesso utilizzato a questo scopo in accoppiamento ai sistemi orizzontali
• Perdite di carico maggiori dei sistemi orizzontali
• Distribuzione omogenea del liquame su tutta la superficie costituisce un problema idraulico non banale
• Necessaria una regolazione idraulica dell’uscita
• Le applicazioni sono ancora poche a causa delle difficoltà sopra evidenziate
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(fonte Artec Ambiente srl)
Sistema a flusso subsuperficiale verticale - VSSF
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Impianto a flusso sub
Impianto a flusso sub--superficiale verticale WRc di Medmenham. Messa a dimora delle superficiale verticale WRc di Medmenham. Messa a dimora delle macrofite (Cooper et al., 1996)
macrofite (Cooper et al., 1996)
Sistema a flusso subsuperficiale verticale - VSSF
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Impianto a flusso sub
Impianto a flusso sub--superficiale verticale WRc di Medmenham a regime (luglio 1994) superficiale verticale WRc di Medmenham a regime (luglio 1994) (Cooper et al., 1996)
(Cooper et al., 1996)
38 (fonte IRIDRA)
La fitodepurazione per la riqualificazione e recupero del paesaggio e dell’ambiente
I sistemi di fitodepurazione, oltre che tutelare e
migliorare la qualità delle acque, rivestono l’importante
ruolo ambientale di rinaturalizzazione, determinante nel
costituire habitat ideali per la fauna acquatica e
l’avifauna, accrescendo la biodiversità ed incrementando
le specie presenti.
Beijing, China
superficie di circa 8 ha, di cui 2 ha di specchio liquido più di 300 specie di piante
Photo: Beijing Tsinghua Urban Planning & Design Institute
Wakodahatchee Wetlands (Palm Beach, Florida)
56 acri per il trattamento terziario di acque reflue (ricarica degli acquiferi) Più di 140 diverse specie di uccelli
tra gli animali: tartarughe, rane, lontre, alligatori, iguane…
Airone verde
(Photo:Gloria Hopkins)
Galinnella viola
(Photo:Gloria Hopkins)
Wakodahatcee Wetlands - Palm Beach County, Florida
Nel 1996 circa 20 ettari di vasche di infiltrazione sono state convertite in sistemi FWS
Dopo 3 anni si contavano già 174 specie di uccelli di cui 13 strettamente dipendenti dalla wetland.
(fonte Hans Brix)
Wakodahatcee Wetlands - Palm Beach County, Florida
(fonte Hans Brix)
Oregon Garden, (vicino Silverston)
trattamento terziario acque reflue portata: circa 3 m
3al giorno
superficie: 7 ha
Numerose specie spontanee
SOLUZIONI IMPIANTISTICHE
Le combinazioni impiantistiche maggiormente utilizzate sono
H-SSF + V-SSF: lo stadio a flusso sommerso orizzontale rimuove gran parte dei solidi sospesi e del carico organico mentre lo stadio a flusso verticale effettua una rilevante ossidazione e un’efficace nitrificazione. In alcuni casi viene previsto un ricircolo dell’effluente in testa all’impianto per migliorare le percentuali di rimozione dei nitrati tramite i
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migliorare le percentuali di rimozione dei nitrati tramite i processi di denitrificazione che si verificano nel H-SSF;
V-SSF + H-SSF: lo stadio a flusso sommerso orizzontale assolve alla funzione di denitrificazione dell’effluente in uscita dal sistema verticale;
H-SSF + V-SSF + FWS: lo stadio a flusso libero finale oltre a
completare la rimozione delle sostanze azotate, affina
ulteriormente l’abbattimento della carica microbiologica.
Fitodepurazione a scarico zero
Il sistema di smaltimento di Fitodepurazione a scarico zero detti anche ad evapotraspirazione totale sono progettati per non avere uno scarico in uscita (eccetto un eventuale scarico di troppo pieno in caso di piogge molto abbondanti) e quindi sono da utilizzare in situazioni in cui l’impossibilità di connettersi alla rete fognaria e l’assenza di corpi idrici superficiali.
tali sistemi richiedono superfici, che dipendono dalle condizioni meteorologiche e dal fabbisogno idrico per abitante, ma che in ogni caso sono molte estese.
Q out = Q in + P - ET - I 0 0
Q
in= ET -P
Massimo Carico idraulico Equazione di continuità:
Q
out= 0
Area necessaria per 1 A.E.: circa 40-50 m
2(600 mm/anno)
Impianti di fitodepurazione “a scarico zero”
47 (fonte Hans Brix)
Impianti di fitodepurazione “a scarico zero”
48 (fonte Hans Brix)